En un edificio ya construido no siempre se pueden aplicar todas las medidas SPM de IEC 62305-4. El Anexo B ordena el trabajo: recoger datos con listas de chequeo, evaluar el riesgo, definir zonas LPZ, diseñar una red de unión (o al menos un anillo en cada piso), añadir DPS coordinados, interfaces aislantes, mejores trazados de cables y protección del equipo exterior. La red TN-C antigua y los lazos grandes son los problemas típicos.
Respuesta corta. En un edificio ya construido, las medidas contra el pulso electromagnético del rayo (SPM) no se pueden aplicar como en uno nuevo: la estructura, las instalaciones y los equipos están dados. El Anexo B de IEC 62305-4 propone un orden de trabajo: levantar los datos con listas de chequeo, evaluar el riesgo, definir zonas de protección (LPZ), mejorar la unión equipotencial y la red de tierra, añadir DPS coordinados, usar interfaces aislantes, corregir el trazado de cables y proteger el equipo exterior.
Listas de chequeo
La cláusula B.2 pide recopilar los datos con las listas de las Tablas B.1 a B.4 y, con ellos, hacer la evaluación de riesgo de IEC 62305-2 para decidir si hace falta protección y cuál es la más económica. Los datos sirven también en el diseño. Las preguntas cubren cuatro grupos:
| Tabla | Qué se levanta |
|---|---|
| B.1 Estructura y entorno | Material (mampostería, ladrillo, madera, concreto armado, acero, fachada metálica); si es una sola estructura o bloques unidos con juntas de dilatación; dimensiones; continuidad eléctrica del acero de refuerzo; tipo de cubierta metálica; fachadas y marcos de ventanas unidos; tamaño de ventanas; si hay SPCR externo y su calidad; tipo de suelo; altura, distancia y tierra de estructuras vecinas |
| B.2 Instalaciones | Servicios entrantes (subterráneos o aéreos); antenas y dispositivos externos; tipo de alimentación (alta o baja tensión, aérea o subterránea); trazado de líneas (montantes, canalizaciones); uso de canalizaciones metálicas; si los equipos están autocontenidos en la estructura; conductores metálicos a otras estructuras |
| B.3 Equipos | Tipo de interconexión de sistemas internos (cables blindados o no, coaxial, analógico o digital, balanceado o no, fibra óptica); si se especificó el nivel de soportabilidad del sistema electrónico |
| B.4 Otros | Esquema de puesta a tierra de la alimentación (TN-S, TN-C, TN-C-S, TT o IT); ubicación del equipo; interconexión de los conductores de tierra funcional con la red de unión |
Orden del diseño
La Figura B.1 organiza el diseño en pasos. Si la evaluación de riesgo indica que se necesitan SPM:
- Recoger datos y evaluar el riesgo. Listas de chequeo B.1 a B.4 y análisis según IEC 62305-2
- Definir las zonas LPZ. Desde la carcasa de un equipo hasta todo el edificio
- Diseñar la red de unión básica. Malla de 5 m o, al menos, un anillo por piso
- Diseñar las medidas básicas de cada zona. LPZ 1, LPZ 2 y LPZ 3
- Diseñar el sistema de DPS coordinados. En la frontera de cada zona
- Medidas adicionales. Interfaces aislantes, trazado y blindaje de cables
- Equipo exterior e interconexiones entre estructuras. Antenas, sensores, cables entre edificios
Si hay que instalar sistemas nuevos en una estructura que ya tiene medidas, el proceso se repite para el lugar de esos sistemas.
Cómo crear las zonas LPZ
Según el número, el tipo y la sensibilidad de los sistemas, las zonas pueden ir de un recinto pequeño (la carcasa de un equipo) hasta todo el volumen del edificio. La Figura B.2 muestra cuatro soluciones frecuentes en estructuras existentes:
- LPZ 1 sin blindaje, con el SPCR y DPS en la entrada de las líneas. Protege contra las sobretensiones conducidas, pero el campo magnético interior apenas se atenúa, porque los captores y bajantes tienen mallas mayores de 5 m.
- LPZ 1 sin blindaje, con protección solo para los sistemas nuevos. Líneas de señal blindadas y DPS coordinados en las líneas de potencia, y posiblemente equipos clase II de doble aislamiento.
- Una LPZ 2 grande con blindaje en rejilla dentro de la LPZ 1, para alojar los sistemas nuevos.
- Dos LPZ 2 locales pequeñas dentro de la LPZ 1, con DPS adicionales en cada una.
La base de la protección es una red interna de blindaje y unión con mallas no mayores de 5 m en ninguna dirección. Si la estructura no lo permite, se instala al menos un conductor en anillo dentro de la pared exterior en cada piso, unido a cada bajante del SPCR externo. Para la LPZ 1, el anillo se conecta al de la pared exterior en al menos dos puntos lo más alejados posible. Una LPZ 2 o LPZ 3 de más de 5 m × 5 m se subdivide en mallas que no pasen de 5 m × 5 m.
Para mejorar el blindaje de un SPCR existente (B.6) se integran fachadas y cubiertas metálicas al sistema externo, se aprovechan los refuerzos continuos desde la cubierta hasta el sistema de tierra, se reduce la separación de bajantes y la malla de captores a típicamente menos de 5 m, y se instalan conductores flexibles de unión en las juntas de dilatación entre bloques de refuerzo.
Unión equipotencial
Los sistemas de tierra de 50/60 Hz existentes pueden no dar un plano equipotencial satisfactorio para corrientes de rayo de hasta varios MHz, por su impedancia (B.8). Aun un SPCR diseñado según la parte 3 puede ser insuficiente para sistemas sensibles. Se recomienda con fuerza una red de baja impedancia con malla típica de 5 m o menos. La red no se usa como retorno de potencia ni de señal: el conductor PE se integra a la red, pero el PEN no. Un conductor de tierra funcional (una «tierra limpia») puede unirse directamente a la red, pero nunca al PEN ni a partes metálicas conectadas a él.
DPS e interfaces aislantes
Se instalan DPS en la entrada de cada zona interior y, si hace falta, en el equipo. Con DPS no coordinados, un DPS aguas abajo o dentro del equipo puede impedir que actúe bien el de la acometida, y el daño se produce. Para mantener la eficacia, se documenta la ubicación de todos los DPS instalados (B.9). La selección de DPS por zonas se trata también en sobretensiones transitorias en planta.
Para evitar las corrientes de interferencia a 50/60 Hz por lazos grandes o por falta de una red de unión de baja impedancia, sobre todo en instalaciones TN-C, el Anexo B.10 propone separar lo viejo de lo nuevo con interfaces aislantes: equipos clase II con doble aislamiento sin conductor PE, transformadores de aislamiento, fibra óptica sin metal y acopladores ópticos.
Trazado de cables
El trazado y el blindaje son especialmente importantes cuando el blindaje de la LPZ 1 es despreciable. Los principios del Anexo B.11 son minimizar el área del lazo de inducción, evitar alimentar equipos nuevos desde la red existente porque forma un gran lazo, llevar adyacentes las líneas eléctricas y de señal, usar cables blindados con la pantalla unida en ambos extremos, y usar canalizaciones metálicas o placas unidas, bien interconectadas entre sí y con la longitud completa unida por ambos extremos. Para mantener baja la impedancia de la canalización se distribuyen varios tornillos o tiras en su perímetro. Con más de 10 m entre una línea de señal y el equipo electrónico, la norma recomienda líneas balanceadas con aislamiento galvánico, como acopladores ópticos.
Equipo exterior y cables entre estructuras
Antenas, cámaras, sensores meteorológicos y sensores expuestos en procesos o mástiles (B.12) se llevan, cuando es posible, a la zona LPZ 0B con un captor local. En estructuras altas se usa el método de la esfera rodante para ver si el equipo puede recibir un impacto directo, y si es así se agregan captores; barandas, escaleras y tuberías pueden cumplir esa función. Algunas antenas pueden requerir DPS en el alimentador. Los cables salen de la canalización por un solo punto y aprovechan el blindaje natural de tuberías, escaleras y perfiles bien unidos.
Entre estructuras separadas (B.13), las fibras sin partes metálicas no requieren protección. Los cables metálicos, si las tierras de las estructuras no están interconectadas, forman un camino de baja impedancia para el rayo: la unión en la entrada protege solo el equipo interior, pero no la línea. Se recomienda tenderlos en canalizaciones metálicas cerradas e interconectadas, o añadir un conductor de unión en paralelo. Con muchos cables, las pantallas o armaduras unidas en ambos extremos pueden reemplazar a la canalización.
Alimentación de la instalación
Las redes antiguas suelen ser TN-C, que causan interferencia a frecuencia industrial. Para una red nueva se recomienda con fuerza TN-S. Para mejorar una antigua, se usan interfaces aislantes (viable con poco equipo electrónico) o se cambia a TN-S, la solución recomendada para sistemas extensos.
Guías de la misma serie
Las mejoras se explican en red de unión equipotencial y tierra en 3D, blindaje magnético y trazado de cables y DPS coordinados; el marco general de las medidas, en medidas SPM contra el LEMP.
Cuándo llamarnos
La adaptación de una sala de control o de una planta antigua se decide con el levantamiento de datos, la evaluación de riesgo y el estado real de la puesta a tierra y de los cables. Si va a ampliar o modernizar una instalación, nuestro equipo de diseño de ingeniería y estudios puede acompañarle en la parte eléctrica, y nuestras pruebas y puesta en servicio cubren las mediciones en campo. Escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62305-4:2010, Protection against lightning, Part 4: Electrical and electronic systems within structures: Anexo B (implementación de SPM en una estructura existente), Tablas B.1 a B.4 y Figuras B.1 a B.8.
- IEC 62305-2:2010, Part 2: Risk management.
Preguntas frecuentes
¿Qué hacer si no se puede construir una red de unión mallada en un edificio existente?
IEC 62305-4, Anexo B.3, pide al menos un conductor en anillo dentro de la pared exterior en cada piso, unido a cada bajante del SPCR externo. La norma advierte que reforzar el blindaje de un edificio existente suele ser poco práctico y poco económico, y que en esos casos los DPS son una alternativa eficaz.
¿Qué problema trae una red de alimentación TN-C antigua?
El conductor PEN lleva corriente de servicio, y si las líneas de señal puestas a tierra se conectan a él aparecen corrientes de interferencia a 50/60 Hz. El Anexo B.16 propone separar las instalaciones con interfaces aislantes, si hay poco equipo electrónico, o pasar a un sistema TN-S, que es la solución recomendada para sistemas extensos.
¿Hay que proteger los cables entre dos edificios?
Depende del cable. Una fibra óptica sin partes metálicas no necesita medidas. Los cables metálicos entre estructuras sin tierras interconectadas pueden llevar una parte importante de la corriente del rayo, por lo que se recomienda tenderlos en canalizaciones metálicas cerradas e interconectadas, o poner un conductor de unión en paralelo.