Una zona de protección contra el rayo (LPZ) es un volumen donde el ambiente electromagnético del rayo está definido. LPZ 0A está expuesta al rayo directo y al campo completo; LPZ 0B está protegida del rayo directo pero no del campo; LPZ 1, 2 y siguientes reducen la corriente de impulso y el campo con blindajes, interfaces aislantes y DPS en cada frontera. Los equipos deben quedar en una zona compatible con lo que resisten.
Respuesta corta
Una zona de protección contra el rayo (LPZ) es un volumen donde el ambiente electromagnético del rayo está definido. Hay zonas exteriores, LPZ 0A y LPZ 0B, y zonas interiores, LPZ 1, LPZ 2 y siguientes. Cada zona interior tiene menos corriente de impulso y menos campo que la anterior. Las medidas que crean las fronteras son el sistema de protección contra el rayo (SPCR), los hilos de guarda, los blindajes magnéticos y los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS). La regla general es que la estructura, y lo que contiene, quede en una zona compatible con lo que resiste.
Las zonas exteriores y las interiores
IEC 62305-1 y 62305-4 definen estas zonas:
| Zona | Amenaza | Cómo se crea |
|---|---|---|
| LPZ 0A | Rayo directo y campo electromagnético completo; los sistemas internos pueden recibir toda la corriente de rayo o parte de ella | No hay protección contra el rayo directo |
| LPZ 0B | Sin rayo directo, pero con el campo electromagnético completo; los sistemas internos pueden recibir corrientes parciales de rayo | Es el volumen cubierto por el sistema de captores (SPCR) o por hilos de guarda |
| LPZ 1 | Sin rayo directo; corriente de impulso limitada por el reparto de corriente y por interfaces aislantes o DPS en la frontera; el campo puede atenuarse con blindaje espacial | Interfaces aislantes o DPS en la frontera, y blindaje espacial |
| LPZ 2…n | Corriente de impulso limitada aún más por reparto de corriente, interfaces o DPS adicionales; blindaje espacial adicional atenúa más el campo | Más DPS o interfaces en cada frontera, y blindaje adicional |
En general, cuanto mayor es el número de la zona, menores son los parámetros del ambiente electromagnético. Las zonas 0A y 0B forman la zona LPZ 0. Las zonas LPZ 1 y superiores están protegidas del rayo directo.
La regla de protección
La norma establece dos condiciones según el tipo de daño:
- Daño físico y peligro para la vida: la estructura debe quedar dentro de una zona LPZ 0B o superior. Esto lo logra el SPCR.
- Falla de sistemas eléctricos y electrónicos: el sistema debe quedar dentro de una zona LPZ 1 o superior. Esto lo logran las medidas de protección contra el impulso electromagnético del rayo (LEMP), que son blindajes magnéticos, trazado de cables, interfaces aislantes y DPS. En cada frontera de zona deben unirse a la barra equipotencial las partes metálicas y las instalaciones que la cruzan; la unión puede ser un conductor o, cuando hace falta, un DPS.
Los volúmenes protegidos dentro de una zona LPZ 1 deben respetar la distancia de separación s contra chispas peligrosas. Si la zona se crea con medidas contra el LEMP, los volúmenes de las zonas LPZ 1 y 2 deben respetar además una distancia de seguridad ds contra un campo magnético demasiado alto.
Las fronteras no son paredes
La norma aclara que los límites de una zona no son necesariamente fronteras físicas. Una zona puede ser pequeña, como la carcasa de un equipo, o grande, como toda la estructura. Se define según la cantidad, el tipo y la tensión que resisten los equipos que se van a proteger.
Para un tablero de control en un edificio de subestación, la zona puede ser el gabinete (LPZ 2), la sala de control (LPZ 1) y el exterior bajo los captores (LPZ 0B). Cada cambio de zona se marca con un blindaje, un DPS o una interfaz aislante en cada cable que cruza.
Cuando una zona se une o se extiende
Hay casos en los que conviene unir dos zonas o prolongar una dentro de otra. Las figuras 3 y 4 de la Parte 4 los muestran:
| Situación | Solución de la norma |
|---|---|
| Dos zonas LPZ 1 conectadas por líneas | DPS en la entrada de cada zona, o cables o canalizaciones blindados que soporten la corriente parcial del rayo; con blindaje, el DPS puede omitirse si la caída de tensión en el blindaje no es alta |
| Dos zonas LPZ 2 conectadas por líneas | Las líneas están expuestas al nivel de amenaza de la zona 1, así que se necesitan DPS en la entrada de cada zona 2, o cables o canalizaciones blindados que permitan omitirlos |
| Transformador fuera de la estructura | Queda en la zona LPZ 0; solo las líneas de baja tensión que entran necesitan DPS |
| Transformador dentro, sin DPS en alta tensión | Se extiende la zona LPZ 0 dentro de la estructura, como LPZ 1; los DPS se instalan solo en baja tensión |
| Línea que alimenta una zona LPZ 2 | Dos DPS coordinados, uno en la frontera 0/1 y otro en la 1/2 |
| Línea que alimenta una zona LPZ 2 extendida hasta la entrada con blindaje | Un solo DPS, en la frontera 0/2, que baja la amenaza de una vez al nivel de la zona 2 |
Dos casos merecen atención:
- Dos estructuras con tierras separadas. Si están a decenas o cientos de metros, una parte grande de la corriente del rayo puede circular por las líneas que las conectan, y esas líneas no están protegidas. La solución de la norma es unirlas con cables o canalizaciones blindados, siempre que el blindaje soporte la corriente parcial.
- Transformador dentro de la estructura. El propietario del edificio muchas veces no puede adoptar medidas del lado de alta tensión; por eso la norma resuelve el caso en baja tensión.
Qué se necesita para crear una zona
La Parte 4 resume las medidas básicas contra el LEMP:
- Puesta a tierra y unión equipotencial. La tierra conduce y dispersa la corriente. La red de unión reduce diferencias de potencial y puede reducir el campo.
- Blindaje magnético y trazado de cables. El blindaje espacial atenúa el campo; los cables blindados y su trazado reducen las tensiones inducidas.
- Sistema coordinado de DPS. Limita las sobretensiones de origen externo y las creadas dentro de la estructura.
- Interfaces aislantes. Reducen las sobretensiones conducidas por las líneas que entran a una zona. Pueden ser transformadores de aislamiento con pantalla puesta a tierra entre devanados, fibra óptica sin metal u optoaisladores.
Los DPS están en la frontera de la zona, por ejemplo en el tablero principal, en un tablero secundario o junto al equipo. La instalación detallada y la selección de DPS se explican en la guía de sobretensiones transitorias en la planta.
Guías de la misma serie
Las medidas de protección interior que se apoyan en estas fronteras se explican en medidas SPM contra el LEMP: la red de unión equipotencial y tierra en 3D, el blindaje magnético y trazado de cables y los DPS coordinados.
Cuándo llamarnos
Si debe definir las zonas de su edificio de control, o verificar que los gabinetes y los cables de su instalación respetan las fronteras, cuéntenos qué tiene. Conozca nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62305-1:2010, Protection against lightning – Part 1: General principles, cláusulas 3.36, 8.3 y 8.4, figuras 3 y 4.
- IEC 62305-4:2010, Protection against lightning – Part 4: Electrical and electronic systems within structures, cláusulas 4.2, 4.3 y 4.4, figuras 2, 3 y 4.
Preguntas frecuentes
¿Una zona LPZ tiene que coincidir con una pared o una sala?
No. La norma dice que los límites de una zona no son necesariamente fronteras físicas como paredes, piso y techo. Una zona puede ser un gabinete de equipos o la estructura completa, según el número, el tipo y el nivel de resistencia de lo que se quiere proteger.
¿Cuántos DPS necesita un cable que entra a una zona LPZ 2?
Depende de la ruta. Si el cable cruza primero la frontera 0/1 y luego la 1/2, necesita un DPS coordinado en cada una. Si la zona 2 se extiende hasta la entrada con cables o canalizaciones blindados, basta un DPS en la frontera 0/2, que baja la amenaza de una vez al nivel de la zona 2.
¿Qué pasa con un transformador de potencia que alimenta el edificio?
Si está fuera de la estructura, queda en la zona LPZ 0 y solo las líneas de baja tensión que entran necesitan DPS. Si está dentro y no tiene DPS en alta tensión, se extiende la zona LPZ 0 hasta dentro, como LPZ 1, y se instalan DPS solo en el lado de baja tensión.