Aea 92305 4

ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA

DESDE 1913

PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS

ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA

ARGENTINA Redes de potencia y de comunicaciones dentro de las estructuras

AEA 92305-4 © Edición 2007 Página i

Prólogo

- La Asociación Electrotécnica Argentina es una institución civil sin fines de lucro, de carácter privado, creada para fomentar el desarrollo de todos los campos de la Elec-trotecnia. Es el ámbito adecuado para el estudio e información de los aspectos teóricos de la Ingeniería Eléctrica, como así también para el establecimiento de documentos normativos, en todo lo referente a las aplicaciones tecnológicas y a los avances e in-novaciones en este campo. Fue creada el 18 de octubre de 1913 por un grupo de veinticinco especialistas y desde ese mismo año es sede del Comité Electrotécnico Argentino (CEA), representante na-cional de la International Electrotechnical Commission (IEC), que propiciara en su época el Ing. Jorge Newbery.

- Los documentos normativos producidos tienen la forma de recomendaciones de uso

nacional y se publican bajo la forma de Reglamentaciones, Normas, Especificaciones Técnicas, Guías, Documentos Técnicos o Informes Técnicos, que han sido adoptados por diversas Leyes, Decretos, Ordenanzas y Resoluciones de carácter oficial.

- Las decisiones formales o acuerdos de la Asociación Electrotécnica Argentina en te-

mas técnicos expresan el consenso de la opinión nacional en temas relevantes, dado que cada Comité de Estudio tiene representación de todos los sectores interesados.

- El Comité de Estudio CE 00 – Normas de Concepto – tiene como principal objetivo la

redacción de documentos normativos, que puedan ser utilizados como plataforma y ayuden a reafirmar las prescripciones y recomendaciones vertidas en todos los do-cumentos de la AEA. En otro orden, representan una invalorable ayuda para el profe-sional y los especialistas y un material didáctico que aporta un significativo valor agregado a los establecimientos educacionales que se encuentren vinculados con la electrotecnia.

- El carácter de las Normas de Concepto y sus Informes Técnicos asociados, tiene su origen en las ciencias básicas y las específicas dentro del campo de la Electrotecnia; este principio indica canalizar el proceso de Discusión Pública hacia las Universidades, Escuelas Técnicas, Consejos y Colegios Profesionales, además de todo otro sector que desee contribuir al perfeccionamiento del material a emitir.

- No se puede considerar a la Asociación Electrotécnica Argentina responsable de nin-

guna instalación, equipo o material declarado de estar en conformidad con alguna de sus Reglamentaciones o Normas.

- El presente documento normativo sigue los lineamientos establecidos en ISO/IEC

Guide 21 “Adoption of Internacional Standards as regional or nacional standards”.




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Comité de Estudio CE 00

Normas de Concepto

Integrantes

Presidente Ing. MANILI, Carlos M. (INSPT-UTN)

Secretario Ing. GARCÍA DEL CORRO, Carlos (AEA)

Miembros permanentes Ing. BRUGNONI, Mario (FIUBA)

Ing. GALIZIA, Carlos (CONSULTOR)

Téc. MANILI, Carlos I. (AEA)

Invitados especialistas

Ing. BERGLIAFFA, Miguel (FEMMI S.A.) Ing. MUÑOZ, Horacio (UNAM)

Ing. CAMPUS, Juan José (UTN – FRT) Ing. PINTO, Roberto (UNSE)

Ing. CARLOROSI, Mauro (UTN – FRT) Ing. POCLAVA, Daniel (COPAIPA)

Ing. COMESAÑA, Martín (APE – SMA) Ing. PUJADAS, Delia (UTN – FRM)

Ing. FONSECA, Alberto (UTN – FRD) Ing. REVERSAT, José (UNAM)

Ing. GALLO, Salvador (UTN – FRT) Ing. ROZA, Fernando (EDEN)

Ing. GONZÁLEZ, Raúl (EDENOR S.A.) Ing. SOLBEIZON, Héctor (UNLP - UBA)

Ing. HAMAKERS, Carlos (UNT) Ing. TOURN, Daniel (UNRC)

Téc. IBARRA, Jorge (COPAIPA) Ing. VINSON, Edgardo (EDENOR S.A.)

Ing. MANZANO, Marcelo (EPRET) Ing. ZAMANILLO, Germán (UNRC)

Ing. MARAMONTI, Atilio (CEDIE)




AEA 92305-4 © Edición 2007 Página iii

Comisión de Normas

Integrantes

Presidente Ing. BROVEGLIO, Norberto

Secretario Ing. FISCHER, Natalio

Miembros permanentes Ing. GALIZIA, Carlos

Ing. IACONIS, Alberto

Ing. OSETE, Víctor

Ing. PUJOLAR, Jorge




AEA 92305-4 © Edición 2007 Página 1

AEA 92305


PARTE 4

REDES DE POTENCIA Y DE COMUNICACIONES DENTRO DE LAS ESTRUCTURAS





AEA 92305

Protección contra las Descargas Eléctricas Atmosféricas

Parte 4: REDES DE POTENCIA Y DE COMUNICACIONES

DENTRO DE LAS ESTRUCTURAS ÍNDICE GENERAL

Cláusula Subcláusula Contenido Página

1 Dominio de aplicación 6

2 Referencias normativas 6

3 Términos y definiciones 7

4 Proyecto e instalación del sistema de protección contra el pulso electromagnético (LPMS) 10

4.1 Proyecto de un sistema de medidas de protección contra el pulso electromagnético (LPMS) 14

4.2 Zonas de protección contra el rayo LPZ 15

4.3 Medidas de protección básicas contra el pulso electromagnético (LPMS) 20

5 Puesta a tierra y equipotencialización 21

5.1 Electrodos de puesta a tierra 21

5.2 Red de equipotencialización 23

5.3 Barras de equipotencialización 28

5.4 Equipotencialización en la frontera de una zona LPZ 28

5.5 Materiales y dimensiones de los componentes de la equipotencialización 29

6 Blindaje magnético y recorrido de los cables 29

6.1 Blindaje tridimensional (espacial) 29

6.2 Blindaje de las líneas internas 30

6.3 Recorrido de las líneas internas 30

6.4 Blindaje de las líneas externas 30

6.5 Materiales y dimensiones de los blindajes magnéticos 30

7 Protección coordinada de descargadores 31

8 Gestión de un sistema de protección contra el pulso electromagnético 31

8.1 Método de gestión de un sistema de protección contra el pulso electromagnético 32

8.2 Inspección de un sistema de protección contra el pulso electromagnético 34

8.3 Mantenimiento 35





Anexos Contenido Página

Anexo A (Informativo) Elementos esenciales para la evaluación del entorno electromagnético dentro de una zona LPZ 36

Anexo B (Informativo) Implementación de medidas de protección contra el pulso electromagnético (LEMP) en estructuras existentes 63

Anexo C (Informativo) Coordinación de descargadores 81

Anexo D (Informativo) Selección y montaje de descargadores coordinados 100

Índice de figuras

Figura 1 Principio general de división en diferentes zonas de protección contra el rayo 11

Figura 2 Protección contra el pulso electromagnético – Ejemplos de posibles sistemas de me-didas contra el pulso electromagnético (LPMS) 13

Figura 3 Ejemplos de zonas LPZ interconectadas 17

Figura 4 Ejemplos de zonas de protección contra el rayo (LPZ) extendidas 19

Figura 5 Ejemplo de red de puesta a tierra tridimensional combinando los electrodos de puesta a tierra y las conexiones de equipotencialización 21

Figura 6 Electrodo de tierra mallado de una planta 22

Figura 7 Utilización de las barras de refuerzo de la estructura de hormigón para la equipotencia-lización 24

Figura 8 Equipotencialización en una estructura con armadura de acero 25

Figura 9 Integración de redes electrónicas en una red de equipotencialización 26

Figura 10 Combinaciones de métodos de integración de redes internas electrónicas con la red de equipotencialización 27

Figura A.1 Situación de pulso electromagnético derivado de un impacto directo de rayo 38

Figura A.2 Simulación del crecimiento del campo magnético debido a oscilaciones amortiguadas 40

Figura A.3 Blindaje de un gran volumen realizado por armaduras y marcos metálicos 42

Figura A.4 Volumen para los sistemas eléctricos y electrónicos dentro de una zona LPZ n 43

Figura A.5 Reducción de los efectos de inducción por elección del recorrido de los cables y por blindaje 45

Figura A.6 Ejemplo de un sistema de protección contra el pulso electromagnético para un edificio de oficinas 46

Figura A.7 Evaluación de los campos magnéticos en el caso de un impacto directo del rayo 48

Figura A.8 Evaluación del campo magnético en el caso de un impacto de rayo próximo 50

Figura A.9 Distancia sa en función del radio de la esfera rodante y de las dimensiones de la estruc-tura 53

Figura A.10 Tipos de blindajes tridimensionales mallados de grandes dimensiones 55

Figura A.11 Intensidad de campo magnético H1/máx en un blindaje mallado del Tipo 1 56

Figura A.12 Intensidad de campo magnético H1/máx en un blindaje mallado del Tipo 1 57

Figura A.13 Ensayo de bajo nivel para determinar el campo magnético dentro de una estructura blindada 58

Figura A.14 Tensiones y corrientes inducidas en una espira formada por las líneas de ingreso a un equipo 59





Índice de figuras Página

Figura B.1 Actualización de las medidas de protección contra el pulso electromagnético (LEMP) y compatibilidad electromagnética (CEM) en estructuras existentes 65

Figura B.2 Posibilidades de creación de zonas LPZ en estructuras existentes 71

Figura B.3 Reducción de las dimensiones de la espira utilizando cables blindados próximos a un panel metálico 74

Figura B.4 Ejemplos de paneles metálicos utilizados como blindajes complementarios 75

Figura B.5 Protección de antenas y otros equipamientos exteriores 77

Figura B.6 Blindajes naturales provistos por escaleras y canalizaciones puestas a tierra 78

Figura B.7 Ubicaciones ideales para las líneas en los mástiles (corte transversal de una mástil o torre reticulada) 79

Figura C.1 Ejemplo de instalación de descargadores en una red de potencia 82

Figura C.2 Modelo básico de coordinación energética de descargadores 84

Figura C.3 Combinación de dos descargadores del tipo de limitación de tensión 86

Figura C.4 Ejemplo con dos descargadores por limitación de tensión MOV 1 y MOV 2 87

Figura C.5 Asociación de un descargador del tipo por corte de tensión (vía de chispas) y de un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) 88

Figura C.6 Ejemplo con un descargador por corte de tensión (vía de chispas) y un descargador por limitación de tensión (varistor) MOV) 90

Figura C.7 Determinación de la inductancia de desacople para corrientes de impulso de forma de onda 10/350 μs y 0,1 kA/μs 91

Figura C.8 Ejemplo de coordinación de un descargador a recorte de tensión (vía de chispas) y de un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) con una onda de impulso 10/350 μs

93

Figura C.9 Ejemplo de coordinación de un descargador a recorte de tensión (vía de chispas) y de un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) con una onda de impulso 0,1 kA/μs

95

Figura C.10 Principio de coordinación según la variante I – descargadores por limitación de tensión 96

Figura C.11 Principio de coordinación según la variante II – descargadores por limitación de tensión 97

Figura C.12 Principio de coordinación según la variante III – descargador por recorte de tensión y descargadores por limitación de tensión 97

Figura C.13 Principio de coordinación según la variante IV – varios descargadores en un único dispositivo 98

Figura C.14 Principio de coordinación según el método de la energía pasante 99

Figura D.1 Sobretensiones entre un conductor activo y la barra de puesta a tierra 101

Índice de tablas

Tabla 1 Secciones mínimas para los componentes de las redes de equipotencialización 29

Tabla A.1 Ejemplos para i0/máx = 100 kA y w = 2 m 49

Tabla A.2 Atenuación magnética de un blindaje tridimensional mallado en el caso de una onda plana 51

Tabla A.3 Radio de la esfera rodante correspondiente a la máxima corriente de descarga del rayo 53

Tabla A.4 Ejemplos para i0/máx = 100 kA y w = 2 m correspondiente a un SF = 12,6 dB 54

Ninina

impulso 0,1 kA/μs





Índice de tablas Página

Tabla B.1 Características de las estructuras y de su entorno 63

Tabla B.2 Características de las instalaciones 64

Tabla B.3 Características del equipamiento 64

Tabla B.4 Otras preguntas necesarias para la determinación conceptual de la protección 64





PARTE 4

REDES DE POTENCIA Y DE COMUNICACIONES

DENTRO DE LAS ESTRUCTURAS

1 Dominio de aplicación La presente parte de AEA 92305 suministra las informaciones relativas al proyecto, la instalación, la inspección, el mantenimiento y los ensayos de una instalación de protección contra el pulso electro-magnético derivado de la descarga del rayo (PEMR). Estas instalaciones serán adoptadas en una estructura para reducir el riesgo permanente de fallas de las redes de potencia y comunicaciones de-bido a los pulsos electromagnéticos derivados de la descarga del rayo. Este documento no trata de las protecciones contra las perturbaciones electromagnéticas debidas al rayo y susceptibles de producir el mal funcionamiento de las redes de comunicaciones. Sin embargo, las informaciones del Anexo A pueden ser utilizadas para evaluar esas perturbaciones. Las medidas de protección contra las interferencias electromagnéticas son tratadas en AEA 90364-4-44 y en la serie IEC 61000. El presente documento brinda directivas para la cooperación entre el proyectista de las redes de po-tencia y de comunicaciones y el proyectista de las medidas de protección para tratar de obtener la protección más eficaz. Este documento no trata el proyecto de detalle de la red de potencia y de comunicaciones en sí mis-mas. 2 Referencias normativas Los siguientes documentos de referencia son indispensables para la aplicación de este documento. Para referencias fechadas, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha, se aplica la última edición del documento referido (incluyendo cualquier enmienda) AEA 90364-4-44: 2006, Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles – Parte 4-44: Protecciones para preservar la seguridad – Protección contra las perturbaciones electro-magnéticas AEA 90364-5-53: 2006, Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles – Parte 5-53: Selección y montaje del equipamiento eléctrico – Seccionamiento, interrupción y comando IEC 60664-1: 2002, Coordinación de la aislación para equipos en sistemas de baja tensión – Parte 1: Principios, requisitos y ensayos IEC 61000-4-5: 1995, Compatibilidad electromagnética (CEM) – Parte 4-5: Técnicas de ensayo y me-dición – Ensayo de inmunidad frente a las ondas de choque IEC 61000-4-9: 1993, Compatibilidad electromagnética (CEM) – Parte 4-9: Técnicas de ensayo y me-dición – Ensayo de inmunidad frente al pulso electromagnético





IEC 61000-4-10: 1993, Compatibilidad electromagnética (MEM) – Parte 4-10: Técnicas de ensayo y medición – Ensayo de inmunidad frente al campo magnético oscilatorio amortiguado IEC 61000-5-2: 1997, Compatibilidad electromagnética (CEM) – Parte 5-2: Guías para la instalación y atenuación – Sección 2: Cableado y puesta a tierra IEC 61643-1: 1998, Dispositivos de protección contra las sobretensiones conectadas a las redes de distribución de baja tensión – Parte 1: Requisitos de funcionamiento y métodos de ensayo IEC 61643-12: 2002, Descargadores para baja tensión – Parte 12: Descargadores conectados a la red de distribución de baja tensión – Principios de elección y de aplicación IEC 61643-21: 2000, Descargadores para baja tensión – Parte 21: Descargadores conectados a las redes de señalización y comunicaciones – Requisitos de funcionamiento y métodos de ensayo IEC 61643-22: 2004, Descargadores para baja tensión – Parte 22: Descargadores conectados a las redes de señalización y comunicaciones – Principios de elección y de aplicación AEA 92305-0, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 0: Carta de nivel iso-ceráunico medio anual AEA 92305-1, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 1: Principios generales AEA 92305-2, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 2: Evaluación del riesgo AEA 92305-3, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 3: Daños a las estruc-turas y riesgo para la vida humana ITU-T Recomendación K.20: 2003, Inmunidad de los equipos de telecomunicaciones instalados en un centro de telecomunicaciones a las sobretensiones y a las sobreintensidades ITU-T Recomendación K.21: 2003, Inmunidad de los equipos de telecomunicaciones instalados en los locales de los abonados a las sobretensiones y a las sobreintensidades 3 Términos y definiciones Para las necesidades del presente documento, son aplicables los términos y las definiciones siguientes, así como las dadas en las distintas partes de AEA 92305. 3.1 Red de potencia Red que comprende los componentes de la alimentación de potencia en baja tensión. 3.2 Red de comunicaciones Red que comprende los componentes electrónicos sensibles tales como los equipos de comunica-ciones, sistemas de procesamiento de datos, de comando, de instrumentación, de radiocomunicacio-nes e instalaciones electrónicas de potencia.





3.3 Red interna Red de potencia y de electrónica dentro de una estructura. 3.4 Pulso electromagnético generado por el rayo LEMP Efectos electromagnéticos debidos a la corriente de descarga del rayo. Nota: Estos efectos comprenden las ondas transmitidas así como los efectos inducidos debido al campo electromagnético. 3.5 Impulso Onda transitoria que crea una sobretensión y/o una sobrecorriente causada por un pulso electromag-nético. Nota: Las ondas de impulso debidos a los pulsos electromagnéticos pueden ser provocados por corrientes (parciales) de rayo, a partir de los efectos inductivos en las espiras de la instalación y como una tensión residual aguas abajo de los descar-gadores. 3.6 Tensión resistida al impulso

WU Tensión resistida al impulso asignada por el fabricante del equipo o de una parte del mismo, caracte-rizando la capacidad específica de su aislación para soportar las sobretensiones. Nota: A los propósitos de este documento, sólo se considera la tensión resistida entre conductores activos y de tierra. 3.7 Nivel de protección contra el rayo LPL (por su sigla en idioma inglés Lightning Protection Level) Número relacionado a un conjunto de valores de los parámetros de la corriente de rayo, relativos a la probabilidad de que los valores máximos y mínimos de proyecto no serán excedidos durante la apari-ción natural de una tormenta. Nota: El nivel de protección contra el rayo se utiliza para proyectar medidas de protección, conforme a un conjunto de valores significativos de los parámetros de la corriente de rayo. 3.8 Zona de protección contra el rayo LPZ (por su sigla en idioma inglés Lightning Protection Zone) Zona donde se define el medioambiente electromagnético de la descarga eléctrica atmosférica. Nota: Los límites de una zona de protección contra el rayo no necesariamente son límites físicos (por ejemplo: paredes, piso y techo).





3.9 Sistema de medidas de protección contra pulso electromagnético del rayo LPMS Conjunto de medidas de protección para sistemas internos contra el LEMP. 3.10 Blindaje mallado del espacio Blindaje magnético caracterizado por sus aberturas. 3.11 Electrodo de puesta a tierra Parte de la instalación exterior destinada a conducir y a disipar la corriente de descarga del rayo a la tierra. 3.12 Red de equipotencialización Red de conductores que interconectan las partes conductoras de la estructura y los sistemas internos (excluyendo a los conductores activos) al electrodo de puesta a tierra. 3.13 Sistema de puesta a tierra Sistema completo que combina el electrodo de puesta a tierra y la red de equipotencialización. 3.14 Dispositivo de Protección contra Sobretensiones DPS Dispositivo destinado a limitar sobretensiones transitorias y dispersar las corrientes de rayo. Contiene al menos un componente no lineal. 3.15 Descargador probado bajo Iimp Descargador que soporta una corriente parcial de descarga del rayo con una forma de onda típica 10/350 μs requiriendo un ensayo a la corriente de impulso de esas características Iimp. Nota: Para las redes de potencia, una corriente adecuada Iimp está definida para el procedimiento de ensayo de la Clase I en la norma IEC 61643-1. 3.16 Descargador probado bajo In Descargador que soporta una corriente de impulso con forma de onda típica 8/20 μs requiriendo un ensayo a la corriente de impulso de esas características In. Nota: Para las redes de potencia, una corriente adecuada In está definida para el procedimiento de ensayo de la Clase II en la norma IEC 61643-1. 3.17 Descargador probado bajo onda combinada Descargador que soporta una corriente de impulso con forma de onda típica 8/20 μs requiriendo un ensayo a la corriente de impulso de esas características Isc.





Nota: Para las redes de potencia, una onda combinada de ensayo está definida en el método de ensayo de la Clase III en la norma IEC 61643-1 definiendo la tensión a circuito abierto Uoc 1,2/50 μs y la corriente de cortocircuito Isc 8/20 μs de un ge-nerador de onda combinada de 2 Ω. 3.18 Descargador del tipo de corte por tensión Descargador que presenta una elevada impedancia en ausencia de impulso, pero que presenta un súbito cambio a una impedancia de bajo valor en respuesta a un impulso de tensión. Nota 1: Los componentes habituales utilizados como dispositivos de corte por tensión son por ejemplo, las vías de chispas, los tubos de descarga gaseosa, los tiristores (SCR) y los triacs. Estos descargadores son conocidos a veces como del tipo “crowbar”. Nota 2: Los descargadores de corte por tensión presentan una característica tensión/corriente discontinua. 3.19 Descargadores del tipo limitador de sobretensiones Descargador que presenta una impedancia elevada en ausencia de impulso, pero que disminuye de forma continua con el aumento de la corriente o la tensión de impulso. Nota 1: Ejemplos de estos dispositivos de característica no lineal son los varistores y diodos supresores de picos. Estos descargadores son conocidos a veces como dispositivos recortadores (clamping devices). Nota 2: Los descargadores limitadores de sobretensiones presentan una característica tensión/corriente continua. 3.20 Descargadores del tipo combinado Descargadores que comprenden el tipo de corte por tensión y el tipo de limitador de sobretensiones y pueden cortar por tensión, limitar la tensión o ambas cosas a la vez y en los cuales su comportamiento depende de las características de la tensión aplicada. 3.21 Protección coordinada de DPS Conjunto de DPS adecuadamente seleccionados, coordinados e instalados para reducir fallas en los sistemas eléctricos y electrónicos. 4 Proyecto e instalación del sistema de protección contra el pulso electromagné-tico (LPMS) Las redes de potencia y de comunicaciones están sujetas a daños por el pulso electromagnético pro-veniente de la descarga del rayo (LEMP). Por este motivo deberán ser previstas medidas de protección para evitar fallas en las redes internas. La protección contra el pulso electromagnético (LEMP) se fundamenta en el concepto de zona de protección contra el rayo (LPZ): el volumen donde existen redes internas a proteger debe ser dividido en zonas de protección contra el rayo (LPZ). Estas zonas son, teóricamente, volúmenes asignados del espacio dentro de los cuales la severidad del pulso electromagnético es compatible con el nivel de inmunidad (resistencia al impulso) (ver Figura 1). Las zonas sucesivas están caracterizadas por modi-ficaciones significativas en la severidad del LEMP. Las fronteras de una zona está definida por las medidas de protección utilizadas (ver Figura 2).





Red depotencia

Antena

Mástil o riel

Fronterade LZP 1

Red detelecomunicaciones

Ubicaciónde lapuesta atierra

Cañeríade agua

Equipo

LPZ 2

Fronterade LPZ 2

LPZ 1

LPZ 0

Unión directa o a través de un SPD apropiado de los servicios ingresantes

Nota: Esta figura muestra un ejemplo de división de una estructura en zonas de protección contra el rayo interiores. Las canalizaciones metálicas de los servicios que penetran en la estructura están puestas a tierra por conexiones a la barra equi-potencial a la entrada de la LPZ 1. Además las canalizaciones metálicas que ingresan en la LPZ 2 (por ejemplo una sala de computación) están puestos a tierra a las barras equipotenciales a la entrada de la LPZ 2.

Figura 1 – Principio general de división en diferentes zonas de protección contra el rayo





Aparato(víctima)

Envolvente

Blindaje LPZ 2

LPS + Blindaje LPZ 1

LPZ 2

LPZ 1

SPD 1/2(SB)

SPD 0/1(MB)

Corriente parcial dedescarga del rayo

LPZ 0lo, Ho

H1

H0

U2, I2 U1, I1 U0, I0

H2

Figura 2a – LPMS utilizando blindaje mallado espacial y una protección coordinada de des-cargadores – Equipos protegidos contra los impulsos conducidos (U2 << Uo e I2 << Io) y contra

los campos magnéticos inducidos (H2 << Ho)

LPS + Blindaje LPZ1

lo, Ho

LPZ 1

LPZ 0H0

H1

SPD 0/1(MB)


U1, I1 U0, I0

Aparato(víctima)

Envolvente

Figura 2b – LPMS utilizando blindaje mallado espacial para la LPZ 1 y un descargador a la en-

trada de la LPZ 1 - Equipos protegidos contra los impulsos conducidos (U1 < Uo e I1 < Io) y contra los campos magnéticos inducidos (H1 < Ho)





H0

LPS (No blindada)

LPZ 1

LPZ 0lo, Ho

H2

Aparato(Víctima)

Envoltura o chasisblindados

U2, I2

U0, I0

SPD 0/1/2(MB)


H2LPZ 2

= Frontera blindada

= Frontera no blindada

Figura 2c – LPMS utilizando un cable apantallado y un descargador a la entrada de la LPZ 1 - Equipos protegidos contra los impulsos conducidos (U2 < Uo e I2 < Io) y contra los campos

magnéticos inducidos (H2 < Ho)

LPS (No blindada) LPZ 0lo, Ho

LPZ 1

H0

H0

U2, I2 U1, I1 U0, I0

SPD 1/2(SB)

SPD 0/1(MB)


Aparato(Víctima)

Envoltura

SPD(SA)

= Frontera blindada

= Frontera no blindada

Figura 2d – Sistema de protección contra el pulso electromagnético utilizando exclusivamente “protección por descargadores coordinados”- Equipos protegidos contra los impulsos condu-

cidos (U2 << Uo e I2 << Io) pero no contra los campos magnéticos inducidos (Ho) Nota 1: Los descargadores pueden ser ubicados en los siguientes puntos (ver también D.1.2): - en la frontera de LPZ 1 (por ejemplo: en el tablero de distribución principal); - en la frontera de LPZ 2 (por ejemplo: en el tablero de distribución seccional); - en o cerca del aparato a proteger (por ejemplo: en la boca de salida). Nota 2: Para reglas de instalación detalladas ver también AEA 90364-5-53. Figura 2 – Protección contra el pulso electromagnético – Ejemplos de posibles sistemas de

medidas contra el pulso electromagnético (LPMS)





Las fallas permanentes de las redes de potencia y de comunicaciones debidas a los pulsos electro-magnéticos pueden ser causadas por:

- los impulsos conducidos e inducidos sobre los equipos por el cableado de conexión; - los efectos de los campos magnéticos inducidos sobre los equipos mismos.

Nota 1: Las fallas debidas a los campos magnéticos directos son despreciables si los equipos conforman los ensayos de emisión y de inmunidad definidos en las normas de compatibilidad electromagnética correspondientes. Nota 2: Para los materiales no conformes a las normas de compatibilidad correspondientes, el Anexo A da informaciones para ejecutar la protección contra los efectos directos de los campos magnéticos. El nivel de resistencia de estos equipos será elegido de acuerdo con IEC 61000-4-9 e IEC 61000-4-10. 4.1 Proyecto de un sistema de medidas de protección contra el pulso electromagnético (LPMS) Los sistemas de medidas de protección contra el pulso electromagnético pueden ser proyectados para la protección de los equipos contra los impulsos y contra los campos magnéticos. La figura 2 da ejemplos:

Un sistema de protección contra los pulsos electromagnéticos empleando blindajes mallados espaciales y descargadores coordinados protegerá contra los campos magnéticos inducidos y contra los impulsos conducidos (ver Figura 2a). Estas protecciones dispuestas en cascada pueden reducir la amenaza de campos magnéticos e impulsos a un bajo nivel.

Un sistema de protección contra los pulsos electromagnéticos empleando un blindaje mallado

espacial en la zona LPZ 1 y un descargador a la entrada de la zona LPZ 1 puede proteger los aparatos contra los campos magnéticos inducidos y contra los impulsos (ver Figura 2b).

Nota 1: La protección podría ser insuficiente, si el campo magnético permanece muy alto (debido a la baja eficacia de blindaje en LPZ 1) o si el nivel de impulso permanece muy alto (nivel de protección del descargador muy elevado o efectos de inducción en el cableado aguas abajo del descargador).

Un sistema de protección contra los pulsos electromagnéticos utilizando cables blindados combinados con envolturas blindadas, protegerán contra los campos magnéticos inducidos. El descargador a la entrada de la zona LPZ 1 proveerá protección contra los impulsos conducidos (ver figura 2c). Para obtener una disminución del nivel de amenaza puede requerirse un des-cargador de características especiales (por ejemplo: etapas coordinadas en el interior) para obtener un nivel de protección suficientemente bajo.

Un sistema de protección contra los pulsos electromagnéticos formado solamente por des-

cargadores coordinados es eficaz para la protección de equipos insensibles a los campos magnéticos inducidos porque los descargadores aseguran solamente la protección contra los impulsos (ver Figura 2d). Una protección de un nivel más bajo puede ser obtenida utilizando descargadores coordinados.

Nota 2: Las soluciones conformes a las Figuras 2a, 2b y 2c son recomendadas particularmente para los equipos que no conforman las normas de compatibilidad electromagnética (CEM). Nota 3: Un sistema de protección contra el rayo conforme con AEA 92305-3 que solamente emplea descargadores co-nectados a la red de equipotencialización no protege contra las fallas a las redes de potencia y comunicaciones sensibles. El sistema de protección contra el rayo puede ser mejorado reduciendo las dimensiones de la malla y eligiendo descargadores adecuados, constituyendo éstos componentes efectivos del sistema de protección contra el pulso electromagnético.





4.2 Zonas de protección contra el rayo LPZ Según la amenaza de descarga de rayo, son definidas las siguientes zonas de protección contra el rayo (ver AEA 92305-1): Zonas exteriores: LPZ 0 Zona puesta en peligro por los campos eléctrico y magnético no atenuados y donde los sis-temas internos pueden estar sujetos a corrientes de impulso parciales o totales. La zona LPZ 0 es subdividida en: LPZ 0A Zona puesta en peligro por la amenaza de impacto directo del rayo o campo electromagnético total debido a la descarga del rayo. Los sistemas internos pueden estar sujetos a corrientes de impulso totales. LPZ 0B Zona protegida de la amenaza de impacto directo del rayo pero donde la amenaza es el campo electromagnético total debido a la descarga del rayo. Los sistemas internos pueden estar su-jetos a corrientes de impulso parciales. Zonas interiores (protegidas contra los impactos directos del rayo) LPZ 1 Zona donde la corriente de impulso está limitada por la repartición de la corriente y por los descargadores dispuestos en la frontera. El blindaje mallado espacial puede atenuar el campo elec-tromagnético debido a la descarga del rayo. LPZ 2…n Zona donde la corriente de impulso puede estar muy limitada por reparto de la corriente y por descargadores adicionales dispuesto en la frontera. Un blindaje mallado espacial adicional puede ser usado para atenuar aún más el campo electromagnético debido a la descarga del rayo. Los SPCR son mejorados por los LPMS, por ejemplo instalando descargadores y/o blindajes magné-ticos (ver Figura 2). En función del número, del tipo y de la resistencia al impulso de los equipos a proteger, un SPCR apropiado puede ser definido. Este, podría incluir pequeñas zonas locales (por ejemplo: envolturas de equipos) o grandes zonas integrales (por ejemplo: todo el volumen de la es-tructura) (ver Figura B.2). La interconexión de SPCR del mismo nivel de protección pueden ser necesaria si dos estructuras separadas son conectadas por redes de comunicaciones o debe ser reducido el número de descar-gadores (ver Figura 3).





Figura 3 – Ejemplos de zonas LPZ interconectadas La extensión de una LPZ dentro de otra LPZ podría ser necesaria en casos especiales o puede ser utilizada para reducir el número de descargadores requerido (ver Figura 4). Información complementaria sobre la evaluación electromagnética detallada de una LPZ se da en el Anexo A.





Figura 4 – Ejemplos de zonas de protección contra el rayo (LPZ) extendidas





4.3 Medidas de protección básicas contra el pulso electromagnético (LPMS) Las medidas de protección básicas contra el pulso electromagnético incluyen: • Puesta a tierra y equipotencialización (ver cláusula 5)

El sistema de puesta a tierra conduce y dispersa la corriente de descarga del rayo a tierra. La equipotencialización minimiza las diferencias de potencial y puede reducir el campo magnético.

• Blindaje magnético y traza de las líneas (ver cláusula 6)

El blindaje magnético del espacio atenúa el campo magnético dentro de la zona LPZ, proveniente de los impactos directos o cercanos a las estructuras y reduce los impulsos internos. El blindaje de las líneas internas, utilizando cables o canalizaciones apantalladas, minimiza los impulsos internos inducidos. El correcto trazado de las líneas internas puede minimizar las espiras y reducir los impulsos internos.

Nota 1: El blindaje espacial, blindaje de las líneas y el trazado pueden utilizarse en forma separada o combinada.

El blindaje de las líneas externas que penetran la estructura reduce la posibilidad de conducción de los impulsos hasta los sistemas internos.

• Protección coordinada de descargadores (ver cláusula 7)

La protección coordinada de descargadores limita los efectos de los impulsos externos e internos. La puesta a tierra y la equipotencialización deberían ser siempre aseguradas, en particular, la equi-potencialización de cualquier canalización conductora de servicios ya sea en forma directa o a través de descargadores, en el punto de ingreso a la estructura. Nota 2: Una red de equipotencialización contra el rayo conforme a AEA 92305-3 protegerá solamente contra las chispas peligrosas. La protección de las redes internas contra las tensiones y corrientes de impulso necesita de una protección coor-dinada de descargadores conforme al presente documento. Otras medidas de protección contra el pulso electromagnético pueden ser utilizadas solas o en com-binación. Las medidas de protección contra el pulso electromagnético deben soportar los esfuerzos operacio-nales esperados en el lugar de la instalación (por ejemplo: temperatura, humedad, atmósfera corrosiva, vibración, tensión y corriente). La elección de la protección contra el pulso electromagnético más adecuada debería ser realizada utilizando el método de análisis de riesgos conforme a AEA 92305-2, teniendo en cuenta los factores técnicos y económicos. Las informaciones prácticas sobre actualización de protecciones contra el pulso electromagnético en estructuras existentes son brindadas en el Anexo B.





Nota 3: Otras informaciones sobre la instalación de medidas de protección contra el pulso electromagnético pueden en-contrarse en AEA 90364-4-44. 5 Puesta a tierra y equipotencialización Una puesta a tierra y equipotencialización apropiada se basan sobre una red de puesta a tierra com-pleta (ver Figura 5), combinando: - los electrodos de puesta a tierra (dispersando la corriente de descarga del rayo a la tierra) y; - la red de equipotencialización (minimizando las diferencias de potencial y reduciendo el campo magnético).

Red deequipo-tenciali-zación

Electrodos de Puesta a Tierra

Nota: Todas las conexiones dibujadas son uniones a los elementos de la estructura metálica o interconexiones. Las conexiones pueden también contribuir a interceptar, drenar y dispersar la corriente de descarga del rayo a la tierra.

Figura 5 – Ejemplo de red de puesta a tierra tridimensional combinando los electrodos de puesta a tierra y las conexiones de equipotencialización

5.1 Electrodos de puesta a tierra El sistema de electrodos de puesta a tierra de la estructura debe estar conforme con AEA 90305-3. En aquellas estructuras donde solamente existe red de potencia, puede utilizarse una disposición del tipo A, pero es preferible una disposición del tipo B. En las estructuras que contengan sistemas electrónicos, una disposición del tipo B es obligatoria.





Es recomendable que el anillo de cimientos alrededor de la estructura y/o el conductor de circunvala-ción alrededor de la estructura sean conectados a la red mallada debajo y alrededor de la estructura, siendo la abertura típica de la malla de 5 m. Esta disposición mejora el comportamiento del sistema de puesta a tierra. Si la losa armada de la fundación forma una malla bien definida y está conectada a la puesta a tierra, en forma típica cada 5 m, esto también es adecuado. Un ejemplo de una puesta a tierra mallada se da en la Figura 6.

1

1

3

2

4

Referencias: 1: Inmueble con una red mallada de armaduras 2: Torre dentro de la planta 3: Equipo aislado 4: Canalización de cables

Figura 6 – Electrodo de tierra mallado de una planta Para reducir las diferencias de potencial entre dos redes internas conectadas a electrodos de puesta a tierra diferentes, pueden ser aplicados los siguientes métodos:





- conductores múltiples paralelos en la misma canalización que los cables, o cables encerrados de-ntro de conductos armados (o presentando una continuidad metálica), integrados en los dos electrodos de puesta a tierra; - utilización de cables apantallados donde la pantalla presente una sección adecuada, conectada en ambos extremos a la tierra. 5.2 Red de equipotencialización Una red de equipotencialización de baja impedancia es necesaria para evitar las diferencias de po-tencial peligrosas entre los equipos dentro de la zona LPZ interior. Además, tal red disminuye también e campo magnético (ver Anexo A). La equipotencialización puede estar formada por una red mallada que incorpora todas las partes conductoras de la estructura o componentes de los sistemas internos y conectando a la tierra las partes metálicas o conductoras y las canalizaciones metálicas de los servicios en la frontera de la zona LPZ directamente o indirectamente por medio de un descargador apropiado. Una red de equipotencialización mallada tridimensional puede ser ejecutada (ver Figura 5) con una abertura típica de malla de 5 m. Esta red necesita múltiples conexiones de los elementos metálicos dentro y sobre la estructura (tales como las armaduras del hormigón armado, rieles de ascensores, grúas, techos metálicos, fachadas metálicas, marcos metálicos de puertas y ventanas, cañerías y bandejas metálicas portacables). De igual manera, las barras de equipotencialización (por ejemplo los conductores de circunvalación, y barras equipotenciales de los distintos pisos del edificio) y las panta-llas deben estar incluidas. Los ejemplos de redes de equipotencialización se dan en las Figuras 7 y 8.





10

11

6

9

6

9

6

9

2

1

b

b

a

7

8

4

3

55

Referencias 1: Conductor captor. 2: Cubierta metálica del parapeto del techo 3: Barras de acero de refuerzo de la estructura 4: Malla de conductores complementaria de las armaduras 5: Interconexión de conductores mallados 6: Unión a un borne interno de puesta a tierra 7: Conexión por compresión o soldadura 8: Conexión arbitraria 9: Armadura de acero del hormigón armado con malla adicional de conductores 10: Conductor de circunvalación (eventual) 11: Puesta a tierra de fundación en anillo a distancia típica de 5 m para los conductores de la malla complementaria b distancia típica de 1 m para la conexión de los conductores de la malla con las armaduras

Figura 7 – Utilización de las barras de refuerzo de la estructura de hormigón para la equi-potencialización





1 2

34

4 5 5

6

7

6

7

8

9

Referencias 1: Equipamiento eléctrico de potencia 2: Poste metálico 3: Revestimiento metálico de fachada 4: Conexión equipotencial 5: Equipo eléctrico o electrónico 6: Barra de equipotencialización 7: Armadura de acero del hormigón armado (con conductores adicionales mallados) 8: Puesta a tierra de fundación en anillo 9: Ingreso común de los distintos servicios

Figura 8 – Equipotencialización en una estructura con armadura de acero





Las partes conductoras (por ejemplo armarios, envolturas, racks) y los conductores de protección de los circuitos de las redes internas deben estar puestos a tierra a la red equipotencial según las siguientes configuraciones (ver Figura 9).

s M

Ss Mm

Configuración estrellas

Configuración malladaM

ConfiguraciónBásica

Integraciónen unared de

equipotencialización

ERP

ERP

Ss

Mm

Figura 9 – Integración de redes electrónicas en una red de equipotencialización Si la configuración en estrella (radial) S es utilizada, todos los elementos metálicos (por ejemplo: los armarios, envolturas, racks) de las redes internas deben ser aislados de forma apropiada con respecto a la tierra. Esta configuración en estrella debe ser integrada a la puesta a tierra utilizando exclusiva-mente una sola unión a tierra como tierra de referencia, resultando en un tipo Ss. Cuando se utiliza la configuración S, todos los cables entre los equipos individuales deben correr en forma paralela con los conductores de equipotencialización siguiendo la configuración en estrella y evitando la formación de





espiras. La configuración S puede ser utilizada donde los sistemas internos están ubicados en zonas relativamente pequeñas y todas las líneas entran a la zona por un único punto. Si es utilizada la configuración mallada M, todos los elementos metálicos (por ejemplo armarios, en-volturas y racks) de las redes internas no deben estar aislados de tierra, sino que deben estar inte-grados en una puesta a tierra en múltiples puntos, resultando un tipo Mm. La configuración M es pre-ferida para las redes internas extensas o por el conjunto de la estructura, donde existen numerosas interconexiones entre distintos equipos individuales y donde las líneas ingresan a la estructura por múltiples puntos. En sistemas complejos, las ventajas de ambas configuraciones ( M y S) pueden ser combinadas como se muestra en la Figura 10, resultando en la combinación del tipo 1 (Ss asociada a Mm) o la combinación del tipo 2 (Ms asociada a Mm).

Mm

Ss

ERP

Mm

Ms

ERP

Combinación 1 Combinación 2

Integración enuna red de

equipotencialización

Ss

Mm

Ms

ERP

Figura 10 – Combinaciones de métodos de integración de redes internas electrónicas con la

red de equipotencialización





5.3 Barras de equipotencialización Las barras de equipotencialización deberán estar instaladas para la puesta a tierra de: - todas la canalizaciones metálicas de servicios entrantes a una zona LPZ (directamente o a través de

descargadores apropiados), - el conductor de protección PE, - los elementos metálicos que forman la red interna (por ejemplo armarios, envolturas, racks), - las pantallas de la LPZ en la periferia y en el interior de la estructura. Para la eficacia de la equipotencialización, es importante el cumplimiento de las siguientes reglas: - la base para toda medida de equipotencialización es una red de baja impedancia; - las uniones de equipotencialización son conectadas a los electrodos de puesta a tierra por el camino

más corto (longitud no superior a 0,5 m); - los materiales y las dimensiones de las barras de equipotencialización y de los conductores deben

satisfacer la cláusula 5.5; - es conveniente que las conexiones de los descargadores sean lo más cortas posibles aguas arriba y

aguas debajo de los mismos para evitar las caídas inductivas de tensión; - es conveniente que aguas abajo de la ubicación del descargador los efectos de la inducción mutua

sean minimizados, sea por reducción de las espiras de inducción, sea utilizando cables o canaliza-ciones apantalladas.

5.4 Equipotencialización en la frontera de una zona LPZ Si una zona LPZ está definida, una equipotencialización de las partes metálicas y de las canalizaciones metálicas de los servicios, redes de potencia y de comunicaciones) debe ser ejecutada en el punto en que penetran la frontera de la LPZ. Nota: Es conveniente que la conexión a tierra de los servicios que penetran en la LPZ 1 sea negociada con los operadores de las redes de potencia y de comunicaciones, con el fin de evitar exigencias conflictivas. La equipotencialización deberá ser ejecutada a través de las barras de equipotencialización, las que serán instaladas tan próximas como sea posible del punto de entrada en la frontera. Es conveniente que los servicios penetren la frontera por el mismo punto y sean conectados a tierra en la misma barra. Si los servicios penetran en distintos puntos de una frontera de una LPZ, cada servicio deberá estar conectado a una barra de equipotencialización y las diversas barras estar interconectadas entre sí. Con este fin se recomienda la instalación de un conducto de circunvalación. Los descargadores de equipotencialización son siempre requeridos en el punto de entrada a la LPZ con el fin de conectar las líneas de las redes internas entrantes en la LPZ. El número de descargadores puede ser reducido utilizando las LPZ interconectadas o extendidas. Los cables apantallados o los conductos metálicos, puestos a tierra en cada extremo de la LPZ, pueden ser utilizados para la interconexión de varios LPZ próximos del mismo nivel o para extender una LPZ hasta la próxima frontera.





5.5 Materiales y dimensiones de los componentes de la equipotencialización Los materiales, las dimensiones y las condiciones de utilización deben estar conformes a AEA 92305-3. Las secciones mínimas deben estar conformes a los valores de la Tabla 1. Las fijaciones deben ser dimensionadas en función de los valores de corriente de descarga del rayo correspondiente al nivel de protección elegido (ver AEA 92305-1) y los factores que influencian el re-parto de la corriente (ver Anexo B de la AEA 92305-3). Los descargadores deben ser elegidos conforme a la cláusula 7.

Tabla 1 – Secciones mínimas para los componentes de las redes de equipotencialización

Componente de equipotencialización Material Sección [mm²]

Barras de equipotencialización (cobre o acero zincado) Cu, Fe 50

Conductores de interconexión entre la barras de equipoten-cialización y los electrodos de puesta a tierra u otras barras de equipotencialización

Cu

Al

Fe

14

22

50

Conductores de interconexión desde las instalaciones metá-licas internas a las barras de equipotencialización

Cu

Al

Fe

5

8

16

Conductores de conexión para los descargadores

Clase I

Clase II

Clase III

Cu

5

3

1 Nota: Si se utilizan otros materiales, estos deberán tener secciones eléctricamente equivalentes.

6 Blindaje magnético y recorrido de los cables El blindaje magnético puede disminuir los campos electromagnéticos y la magnitud de las corrientes y tensiones de impulso inducidas sobre los sistemas internos. Un recorrido adecuado de las líneas in-ternas pueden también minimizar los impulsos internos inducidos. Las dos medidas son eficaces contra las fallas permanentes de las redes internas. 6.1 Blindaje tridimensional (espacial) Un blindaje tridimensional define una zona protegida, que puede cubrir todo el conjunto de la estructura, una de sus partes, un local o una envoltura de equipo solamente. Puede ser un blindaje metálico en forma de malla o continuo o la utilización de “componentes naturales” de la estructura misma (ver AEA 92305-3). Un blindaje tridimensional es admisible donde es más práctico y útil proteger una zona definida de la estructura en lugar de varias piezas individuales de equipo. Los blindajes tridimensionales deberían ser previstos en una etapa temprana del proyecto de la estructura, de una nueva estructura o de un nuevo





sistema interno. La adecuación de estructuras existentes puede resultar en costos más elevados y mayores dificultades técnicas. 6.2 Blindaje de las líneas internas El blindaje podría ser restringido a los cables y al equipo a proteger: cables con pantallas metálicas, conductos metálicos cerrados, envolturas metálicas del equipo son soluciones utilizadas para este propósito. 6.3 Recorrido de las líneas internas Un recorrido adecuado de las líneas internas minimiza las espiras donde es posible la inducción y reduce la creación de tensiones de impulso internos a la estructura. El área de las espiras puede ser minimizada disponiendo el recorrido de los cables cerca de componentes naturales de la estructura que han sido puestos a tierra y/o disponiendo las líneas de potencia y comunicaciones juntas. Nota: Alguna distancia entre las líneas de potencia y las de comunicaciones no apantalladas es necesaria para evitar interferencias. 6.4 Blindaje de las líneas externas El blindaje de las líneas externas que penetran en la estructura incluye los blindajes de cables, cañerías o conductos metálicos cerrados para cables y conductos de hormigón armado. El blindaje de las líneas externas es útil, pero a menudo no está dentro de la responsabilidad del proyectista del sistema de protección contra el pulso electromagnético LPMS (desde que el dueño de las líneas externas es normalmente la distribuidora de energía eléctrica). 6.5 Materiales y dimensiones de los blindajes magnéticos En la frontera de LPZ 0 y LPZ 1, los materiales y las dimensiones de los blindajes magnéticos (por ejemplo: blindajes tridimensionales tipo malla, blindaje de cables y envolturas de equipos) deben cumplir con los requisitos de AEA 92305-3 para los dispositivos captores y/o conductores de bajada. En particular: - espesor mínimo de las láminas de metal, conductos metálicos, cañerías y blindajes de cables de-berían cumplir con la Tabla 3 de AEA 92305-3; - disposiciones de blindajes tridimensionales tipo malla y la sección mínima de sus conductores, debería cumplir con la Tabla 6 de AEA 92305-3. Para blindajes magnéticos no proyectados para transportar las corrientes de descarga del rayo, no se requiere el dimensionamiento de acuerdo con las Tablas 3 y 6 de AEA 92305-3: - en la frontera de las zonas LPZ 1/2 o mayores, si se cumplió con la distancia de separación s entre el blindaje magnético y el SPCR (ver cláusula 6.3 de AEA 92305-3), - en la frontera de cualquier LPZ, si la componente de riesgo RD debida al impacto directo a la es-tructura es despreciable (ver AEA 92305-2).





7 Protección coordinada de descargadores La protección de los sistemas internos contra las tensiones y corrientes de impulso puede necesitar un tratamiento sistemático consistente en la utilización de descargadores coordinados simultáneamente para las redes eléctricas de potencia y de comunicaciones. Los principios de elección y de instalación de estos descargadores son idénticos para las redes de potencia y de comunicaciones (ver el Anexo C), pero, en razón de la diversidad de características de los equipos sensibles (analógicos, digitales, cc o ca, baja o alta frecuencia), la elección y la instalación de los descargadores coordinados es distinta de aquellos concebidos únicamente para la protección del sistema eléctrico. En un sistema de protección contra el pulso electromagnético utilizando el concepto de las zonas de protección y con más de una zona (LPZ 1, LPZ 2 y mayores), los descargadores deberán estar ubi-cados en el ingreso de cada línea en cada LPZ (ver Figura 2). En un sistema de protección contra el pulso electromagnético que utiliza una zona LPZ 1 solamente, el descargador deberá estar ubicado como mínimo en la entrada de la línea al LPZ 1. En ambos casos, pueden ser requeridos descargadores adicionales si la distancia entre la ubicación de los descargadores y los equipos a proteger es larga (ver Anexo D). Los ensayos a que será sometidos los descargadores deben cumplir con: - IEC 61643-1 para los sistemas de potencia, - IEC 61643-21 para los sistemas de comunicaciones y señalización La elección y la instalación de los descargadores coordinados deben satisfacer las siguientes normas: - IEC 61643-12 y AEA 90364-5-53 para la protección de los sistemas de potencia. - IEC 61643-22 para la protección de los sistemas de comunicaciones y señalización. Las informaciones básicas concernientes a la elección e instalación de descargadores coordinados son dadas en el Anexo D. La información sobre la magnitud de las tensiones y corrientes de impulso debidas a la descarga del rayo para el dimensionamiento de los descargadores en los diversos puntos de la instalación están dados en el Anexo E de AEA 92305-1. 8 Gestión de un sistema de protección contra el pulso electromagnético Con el fin de obtener una protección eficaz con una inversión mínima, es necesario que el proyecto de las instalaciones de los sistemas internos sea ejecutado durante el proyecto y antes de la construcción del edificio. Así es posible optimizar la utilización de componentes naturales de la estructura y de elegir el mejor compromiso para la ubicación de los circuitos y de los equipos. Para las estructuras existentes, el costo de ejecutar un sistema de protección contra el pulso electro-magnético es generalmente más elevado que para las estructuras nuevas. Sin embargo es posible optimizar el costo por una elección apropiada de las zonas LPZ y utilizando las instalaciones existentes o mejorándolas.





Una protección apropiada contra el pulso electromagnético puede solamente ser alcanzada si: - las disposiciones son definidas por un experto en protección contra el rayo, - una excelente coordinación es realizada entre los diversos expertos implicados en la construcción del edificio y el sistema de protección contra el pulso electromagnético (por ejemplo ingenieros civiles y electricistas), - se sigue el plan de gestión indicado en 8.1. Los sistemas de protección contra el pulso electromagnético deben ser sometidos a inspección y mantenimiento. Si son realizadas modificaciones a la estructura o en los medios de protección, es conveniente efectuar una nueva evaluación de riesgo. 8.1 Método de gestión de un sistema de protección contra el pulso electromagnético El planeamiento y la coordinación de un sistema de protección contra el pulso electromagnético nece-sitan una organización tal como la definida en la Tabla 2. Comienza por un análisis de riesgo (AEA 92305-2) para determinar la necesidad de medidas de protección para reducir el riesgo a un nivel tolerable. Para cumplir con esto, deben definirse las zonas de protección contra la descarga del rayo.





Tabla 2 – Plan de gestión de un LPMS para inmuebles nuevos y para modificaciones im-portantes en la construcción o el destino de uso de los inmuebles

Etapa Meta Acción a ser emprendida por

Análisis preliminar del riesgo 1) Verificación de la necesidad de protec-ción contra el pulso electromagnético (LEMP)

Si resulta necesario, elección del LPMS más adecuado utilizando el método de análisis del riesgo

Experto en protección contra el rayo 2)

Propietario

Análisis final del riesgo 1) Es recomendables que la relación costo / beneficio para las medidas elegidas sea optimizada utilizando nuevamente el método de análisis de riesgo

Como resultado queda definido lo si-guiente:

El nivel de protección y los parámetros del rayo

Las zonas LPZ y sus fronteras

Experto en protección contra el rayo 2)

Propietario

Plan de protección del LPMS Definición del LPMS:

Medidas de blindaje tridimensional

Redes de equipotencialización

Redes de puesta a tierra

Blindaje y recorrido óptimo de las líneas

Blindaje de los servicios entrantes

Protección coordinada de descargado-res

Experto en protección contra el rayo

Propietario

Arquitecto

Proyectistas de los sistemas internos

Proyectistas de las instalaciones importantes

Proyecto del LPMS Planos generales y Memorias Técnicas

Preparación de las listas de materiales

Planos de detalle y cronograma de instalación

Estudio de Ingeniería o equivalente

Instalación del LPMS incluyendo super-visión

Calidad de la instalación

Documentación

Revisión eventual de los planos

Experto en protección contra el rayo

Instalador del LPMS

Estudio de ingeniería

Supervisor

Aprobación del LPMS Verificación de la documentación del sistema

Experto independiente en protección contra el rayo

Supervisor

Inspecciones periódicas Verificación de la conformidad del LPMS Experto en protección contra el rayo

Supervisor 1) Ver AEA 92305-2. 2) Con una amplia experiencia y conocimiento de las reglas de instalación y de compatibilidad electromagnética.





De acuerdo con los niveles de protección definidos en AEA 92305-1, y las medidas de protección a adoptar, se aplican las siguientes etapas: - debe ser previsto un sistema de puesta a tierra comprendiendo una red de equipotencialización y un conjunto de electrodos de puesta a tierra; - las partes metálicas externas y los servicios entrantes al inmueble deben ser conectados a tierra, ya sea en forma directa o a través de descargadores apropiados; - los sistemas internos deben ser integrados al sistema de puesta a tierra; - puede ser utilizado un blindaje tridimensional (espacial) de una zona LPZ asociado a un recorrido óptimo y blindaje de las líneas internas; - deben ser especificados los requisitos para los descargadores coordinados; - para las estructuras existentes, pueden ser necesarias medidas particulares (ver el Anexo B). Luego de esto, la relación costo/beneficio de las medidas de protección elegidas debe ser re-evaluada y optimizada utilizando el método de evaluación de riesgos nuevamente. 8.2 Inspección de un sistema de protección contra el pulso electromagnético La inspección comprende la verificación de la documentación técnica, inspección visual, ensayos y mediciones. El objeto de la inspección es verificar que: - el LPMS cumple con el proyecto, - el LPMS es capaz de llevar a cabo su función de acuerdo al proyecto, - toda medida de protección agregada se ha integrado correctamente al LPMS. Las inspecciones deben ser ejecutadas: - durante la instalación del LPMS, - después de la instalación del LPMS, - periódicamente, - luego de alteraciones de componentes importantes del LPMS, - posiblemente luego de una descarga directa de rayo contra la estructura (por ejemplo cuando ésta fuera indicada por el contador de descargas o por un testigo ocular o cuando hubiera evidencia visible de daño a la estructura relacionada al impacto de un rayo. La frecuencia de las inspecciones periódicas deberá ser determinada teniendo en consideración: - el ambiente local, tales como suelos corrosivos o atmósferas corrosivas, - el tipo de medidas de protección utilizadas.





8.2.1 Procedimiento de la inspección 8.2.1.1 Verificación de la documentación técnica Luego de la instalación de un nuevo LPMS, la documentación técnica debe ser verificada con refe-rencia a la conformidad con las principales normas y a su integración completa. Consecuentemente la documentación técnica debe ser permanentemente actualizada, por ejemplo luego de cualquier alte-ración o extensión del LPMS. 8.2.1.2 Inspección visual La inspección visual debe ser llevada a cabo para verificar que: - no existen conexiones flojas o sueltas y no hay roturas accidentales de conductores o uniones, - ninguna parte del sistema ha sido debilitada por corrosión especialmente a nivel del suelo, - los conductores de equipotencialización y los blindajes metálicos están intactos, - no hay agregados o alteraciones que requieran mayores medidas de protección, - no hay indicación de daño a los descargadores o sus fusibles o interruptores, - se mantiene un adecuado recorrido del cableado, - se mantienen las distancias de seguridad de los blindajes tridimensionales. 8.2.1.3 Mediciones Para aquellas partes de un sistema de puesta a tierra o red de equipotencialización que no es visible para inspección, deben realizarse mediciones de continuidad eléctrica. 8.2.2 Documentación para la inspección Es conveniente preparar una guía de inspección para facilitar el proceso. Es recomendable que esta guía contenga suficiente información para ayudar al inspector en su tarea, de forma que pueda do-cumentar todos los aspectos de la instalación y sus componentes, los métodos de ensayo y el registro de los resultados de estos ensayos. El inspector debe preparar un informe que debe ser agregado al informe de proyecto y a los informes de inspección precedentes. El informe de inspección debe contener por lo menos la información relativa a: - estado general del LPMS, - todas las desviaciones con referencia a los requisitos del proyecto, - los resultados de los ensayos efectuados. 8.3 Mantenimiento Luego de la inspección, todo defecto detectado debe ser corregido sin demora. Si fuera necesario, la información técnica debe ser actualizada.





Anexo A (informativo)

Elementos esenciales para la evaluación del entorno electromagnético dentro de una zona LPZ El presente anexo da las informaciones para la evaluación del entorno electromagnético dentro de una zona LPZ, que puede ser utilizada, a la vez para la protección contra el pulso electromagnético y para la protección contra la interferencia electromagnética (IEM). A.1 Degradación de las redes de potencia y comunicaciones por efecto de la descarga del rayo A.1.1 Fuente de degradación La fuente primaria de degradación es la corriente de descarga del rayo y su campo magnético aso-ciado, este último poseyendo la misma forma de onda que la corriente de descarga. Nota: Para la protección, la influencia del campo eléctrico del rayo es menor. A.1.2 Víctimas de la degradación Las víctimas de la degradación son los sistemas internos dentro y sobre la estructura, que presentan una inmunidad limitada contra los impulsos y los campos magnéticos y que pueden estar sometidos a los efectos de la descarga del rayo y sus campos magnéticos asociados. Los materiales en el exterior de la estructura son puestos en peligro por el campo magnético no ate-nuado y eventualmente por el impacto directo del rayo si ellos están ubicados en emplazamientos expuestos. Los sistemas electrónicos dentro de la estructura son puestos en peligro por el campo electromagnético residual atenuado y por las tensiones y corrientes de impulso internas conducidas o inducidas y por los impulsos externos conducidos por las líneas entrantes. Para la información relativa a la inmunidad de la instalación, es conveniente referirse a las siguientes normas: - La inmunidad de la instalación está definida en IEC 60664-1 - La inmunidad de los materiales de comunicaciones está definida en las normas UIT-T K.20 y UIT-T

K.21. - El nivel de resistencia al impulso de los materiales está definido en las especificaciones de producto

o puede ser ensayada:

La inmunidad contra los impulsos conducidos es demostrada por el ensayo indicado en IEC 61000-4-5, niveles de ensayo de tensión 0,5-1-2-4 kV con onda 1,2/50 μs con niveles de corriente de ensayo de 0,25-0,5-1-2 kA con onda 8/20 μs.

Nota: Para que ciertos materiales satisfagan las exigencias de las normas mencionadas más arriba, pueden contener

descargadores integrados. Las características de estos descargadores pueden afectar las reglas de la coordinación.

Ninina

materiales

Ninina

materiales





La inmunidad contra los campos magnéticos está definida por el ensayo de IEC 61000-4-9 con

los niveles de ensayo: 100-300-1000 A/m con onda 8/20 μs y de IEC 61000-4-10 con los niveles de ensayo: 10-30-100 A/m con frecuencia de 1 MHz.

Los equipos que no conforman con los ensayos de radiofrecuencia (RF), emisión radiada e inmunidad como están definidos por las principales normas de compatibilidad electromagnética, pueden estar en riesgo cuando son sometidos a campos electromagnéticos inducidos. Por otra parte, la falla de equipos que cumplen con esas normas puede ser despreciada. A.1.3 Mecanismos de acoplamiento entre la víctima y la fuente de degradación La víctima de la degradación y su nivel de inmunidad deben ser compatibles con la fuente de peligro. Para esto los mecanismos de acoplamiento deben ser controlados de forma apropiada. Esto es al-canzado por la apropiada creación de zonas de protección (LPZ). A.2 Blindaje tridimensional (espacial), blindaje de cables y líneas y recorrido óptimo del cableado El campo magnético causado dentro de una LPZ por descargas de rayo sobre una estructura o sobre el suelo en las cercanías de la estructura, puede ser atenuado por un blindaje tridimensional de la LPZ solamente. Los impulsos inducidos dentro de los sistemas electrónicos pueden ser también minimi-zados ya sea por un blindaje tridimensional de la LPZ, como por blindaje de los cables o elección de un recorrido óptimo de los mismos, o por una combinación de estos métodos. La Figura A.1 muestra un ejemplo de LEMP en el caso de una descarga directa a la estructura mos-trando las zonas de protección contra el rayo LPZ 0, LPZ 1 y LPZ 2. El equipo electrónico a ser prote-gido está instalado dentro de la zona LPZ 2.





Blindaje LPZ 1 LPZ 0lo, Ho (LEMP)

LPZ 1H0

H2

U2, I2 U1, I1 U0, I0

SPD 1/2 SPD 0/1


Aparato(víctima)

Blindaje (Envolvente)

SPD

Blindaje LPZ 2 H1

LPZ 2

1. Fuente primaria de degradación – LEMP Definida a partir de los parámetros de los niveles de protección I a IV: AEA 92305-1 Io impulso 10/350 μs (y 0.25/100 μs) 200-150-100-100 kA Ho impulso 10/350 μs (y 0.25/100 μs) derivada de Io 2. Resistencia al impulso del sistema de potencia Definida por la categoría de sobretensión I a IV para las tensiones nominales 230/400 V y 277/480 V: IEC 60664-1 U Categoría de sobretensión I a IV 6-4-2.5-1.5 kV 3. Resistencia al impulso del sistema de comunicaciones Recomendaciones UIT K.20 ó UIT K.21 4. Ensayos para equipos sin norma de producto apropiada Inmunidad de los equipos (víctimas) Definida a partir de la inmunidad contra los efectos conducidos del rayo (U, I) IEC 61000-4-5 Uoc impulso 1,2/50 μs 4-2-1-0,5 kV Isc impulso 8/20 μs 2-1-0,5-0,25 kA 5. Ensayos para equipos NO conformes con la norma de producto CEM aplicable Inmunidad de los equipos (víctimas) Definida a partir de los efectos inducidos del rayo (H): IEC 61000-4-9 H impulso 8/20 μs 1000-300-100 A/m (oscilaciones amortiguadas 25 kHz), Tp = 10 μs IEC 61000-4-10 H impulso 0,2/0,5 μs 100-30-10 A/m (oscilaciones amortiguadas 1 MHz), Tp = 0,25 μs

Figura A.1 – Situación de pulso electromagnético derivado de un impacto directo de rayo





La fuente primaria de perturbaciones electromagnéticas para los equipos electrónicos es la corriente de descarga de rayo Io y el campo magnético Ho. Las corrientes parciales de descarga del rayo circulan por los servicios entrantes. Estas corrientes y el campo magnético tienen la misma forma de onda. La corriente de descarga del rayo a tener en cuenta es la corriente del primer impacto (generalmente con una forma de onda de cola larga 10/350 μs) y las corrientes de los impactos consecutivos Is (forma de onda 0,25/100 μs). La corriente de primer impacto If genera el campo magnético Hf y las corrientes de los impactos consecutivos Is generan el campo magnético Hs. Los efectos de la inducción magnética están esencialmente determinados por la elevación del campo electromagnético. Como indica la figura A.2, el tiempo de crecimiento de Hf puede estar caracterizado por un campo oscilante amortiguado de 25 kHz con un valor máximo Hf/máx y una duración hasta el valor máximo Tp/f de 10 μs. Asimismo el tiempo de crecimiento de Hs puede ser caracterizado por un campo oscilatorio amortiguado de 1 MHz con un valor máximo Hs/máx y una duración hasta el valor máximo Tp/s de 0,25 μs. Por lo tanto, los efectos de la inducción de un campo magnético de primer impacto pueden estar ca-racterizados por una frecuencia típica de 25 kHz y e campo magnético de los impactos consecutivos pueden estar caracterizados por una frecuencia típica de 1 MHz. Los campos oscilatorios amortiguados para esas frecuencias están definidos para los ensayos en IEC 61000-4-9 y en IEC 61000-4-10. Instalando los blindajes magnéticos y los descargadores en las fronteras de las zonas LPZ, los efectos del rayo definidos por Io y Ho son reducidos al nivel de inmunidad de la víctima. Como indica la Figura A.1, la víctima debe soportar un campo magnético creado en su entorno de intensidad H2 y las co-rrientes conducidas I2 y las tensiones U2. La reducción de las corrientes de I1 a I2 y la reducción de las tensiones de U1 a U2 son tratadas en el Anexo C. La reducción de Ho a un valor suficientemente bajo H2 es tratado como sigue: En el caso de blindajes tridimensionales (espaciales) en forma de jaula, puede asumirse que la forma de onda del campo magnético dentro de las zonas LPZ (H1, H2), es la misma que la del campo mag-nético exterior (Ho). La Figura A.2 muestra las formas de onda oscilatorias amortiguadas de los ensayos definidos en IEC 61000-4-9 y en IEC 61000-4-10 y puede ser utilizada para determinar la resistencia de los equipos a los campos magnéticos creados por el crecimiento del campo magnético del primer impacto Hf y los im-pactos consecutivos Hs. Es conveniente que las corrientes y tensiones de impulso inducidas, debidas al campo magnético concatenado por la espira inducida (ver cláusula A.4) sean inferiores o iguales a aquellas resistidas por el equipo a proteger.

Ninina

La fuente

Ninina

proteger.





Norma básica: IEC 61000-4-9

Hf/max

Hf (t)

Tp/f

10µs

t

Figura A.2a – Simulación del crecimiento del campo magnético debido a un primer impacto de

rayo (10/350 μs) por un solo impulso 8/20 μs (oscilaciones amortiguadas a 25 kHz) Norma básica: IEC 61000-4-10

Hs (t)

Hs/max

Tp/s

0.25 µs

t

Hf/max/Hs/max = 4:1

Figura A.2b – Simulación del crecimiento del campo magnético debido a un impacto consecu-

tivo (0,25/100 μs) por oscilaciones amortiguadas de 1 MHz (impulsos múltiples 0,2/0,5 μs) Nota 1: Aunque las definiciones de tiempo hasta el valor máximo Tp y tiempo de frente T1 son diferentes, para una adecuada aproximación sus valores numéricos son tomados aquí como iguales. Nota 2: La relación de los valores máximos Hf/máx / Hs/máx = 4:1. Figura A.2 – Simulación del crecimiento del campo magnético debido a oscilaciones amor-

tiguadas





A.2.2 Blindajes tridimensionales (espaciales) mallados En la práctica, los blindajes de grandes volúmenes de zonas LPZ están habitualmente constituidos por componentes naturales de la estructura como los refuerzos metálicos de los cielorrasos, paredes y pisos, las armaduras de los elementos de hormigón armado, los techos y las fachadas metálicas. Estos componentes formando un enrejado conductor que se comporta como blindaje. Un blindaje eficaz requiere generalmente que la abertura de la malla no supere los 5 m. Nota 1: El efecto de blindaje tridimensional (espacial) puede ser despreciado si una zona LPZ es creada a partir de un SPCR normal ejecutado de acuerdo con AEA 92305-3 con abertura de la malla superior a los 5 m. Por otra parte los edificios con estructura de acero o de hormigón armado proveen un significativo efecto blindante. Nota 2: El blindaje en las zonas LPZ consecutivas puede ser realizado por las medidas de blindaje tridimensional del con-junto o por el blindaje de los racks, armarios metálicos cerrados o envolturas metálicas de los aparatos. La Figura A.3 muestra como, en principio, las armaduras de acero del hormigón armado y los marcos metálicos (para las puertas metálicas y eventualmente las ventanas) pueden constituir un blindaje de gran volumen para un edificio o un cuarto de un edificio.





Nota: En la práctica, no es posible, para las estructuras extensas, ejecutar las soldaduras o una fijación en cada punto de cruce. Sin embargo, la mayor parte de los puntos son interconectados naturalmente por contacto directo o por ataduras de alambre. Una aproximación práctica, por lo tanto, será considerar una unión por metro.

Figura A.3 – Blindaje de un gran volumen realizado por armaduras y marcos metálicos Los sistemas electrónicos deben ser instalados dentro de “volúmenes de seguridad”, los cuales res-petan una distancia de seguridad desde el blindaje de la zona LPZ (ver Figura A.4). Esto es así, por el relativamente alto campo magnético cerca del blindaje, debido a las corrientes parciales que circulan por el blindaje (particularmente para LPZ 1).





LPZ n Blindaje

A

A

ds/1 or ds/2

w

Volúmen V s

para sistemaelectrónico

Blindaje

ds/1 or ds/2

Corte A-A

VS

Nota: El volumen Vs para la instalación de los equipos informáticos mantiene una distancia de seguridad ds/1 o ds/2 con relación a la zona LPZ n. Figura A.4 – Volumen para los sistemas eléctricos y electrónicos dentro de una zona LPZ n





A.2.3 Recorrido y blindaje de las líneas de cables Los impulsos inducidos en las redes de potencia y comunicaciones pueden ser reducidos eligiendo recorridos apropiados para las líneas de cables (disminuyendo la superficie de las espiras inducidas) o por utilización de cables blindados o de conductos o cañerías metálicas (disminuyendo los efectos inductivos internos), o por la asociación de ambas soluciones (ver Figura 5). Es recomendable que los cables conductores conectados a las redes de potencia y de comunicaciones corran lo más próximos posible a los componentes metálicos de la red de equipotencialización. Es recomendable utilizar para estos cables, los conductos metálicos de la red equipotencial, por ejemplo los perfiles en “U” o bandejas metálicas (ver también IEC 61000-5-2). Una particular atención debe prestarse cuando se instalen cables en las proximidades del blindaje de una zona LPZ (en especial la LPZ 1), debido al sustancial valor del campo magnético en esa ubicación. Cuando los cables, que corren entre estructuras separadas necesitan ser protegidos, ellos deberían correr por dentro de conductos metálicos cerrados. Esos conductos deberían estar conectados en ambos extremos a las barras de equipotencialización de las estructuras separadas. Si el blindaje de los cables (conectado en ambos extremos) tiene la capacidad suficiente como para conducir la corriente parcial de descarga del rayo presunta, no se requieren conductos metálicos adicionales. Las tensiones y corrientes inducidas en las espiras, formadas por las instalaciones, resultan en im-pulsos de modo común para los sistemas electrónicos. Cálculos de estas tensiones y corrientes indu-cidas son descriptos en la cláusula A.4. La Figura A.6 brinda un ejemplo de un gran edificio de oficinas: El blindaje es obtenido por la armadura de acero de refuerzo y las fachadas metálicas para la zona LPZ 1, y por las envolturas blindadas para los equipos electrónicos sensibles en la zona LPZ 2. Con el fin de ejecutar una red mallada cerrada, varias conexiones son previstas en cada cuarto. La Zona LPZ 0 es extendida dentro de la LPZ 1 para alojar una alimentación de 20 kV, a causa que la instalación de un descargador en el lado de alta tensión, en la frontera no es posible en este caso especial.





2 34

1

1

Figura A.5a – Sistema no protegido

2 3

1

1

5

Figura A.5b – Reducción del campo magnético dentro de una zona LPZ interior por blindaje tridimensional (espacial)

2 31

14 4

Figura A.5c – Reducción de la influencia del campo sobre las líneas de cables por blindaje

23

1

1 6

Figura A.5d – Reducción de la superficie de la espira inducida por elección de recorridos ade-

cuados para las líneas de cables Referencias:

Aparatos dentro de envolturas metálicas Línea de potencia Línea de comunicaciones Espira de inducción (inducida) Blindajes tridimensionales externos Blindajes metálicos en las líneas de cables

Figura A.5 – Reducción de los efectos de inducción por elección del recorrido de los cables

y por blindaje





LPZ 1

LPZ 2

LPZ 1

LPZ 1 LPZ 1

LPZ 1

LPZ 1

LPZ 2

LPZ 2

LPZ OBLPZ OB

LPZ OAextendido

LPZ OB

LPZ OA

Armadura de refuerzo delhormigón

Equipamientoelectrónico

sensible

Estacionamiento

Armadura deacero del

hormigón armado

Gabineteblindado

Terminales deequipotencialización

Equiposobre eltecho

malla de intercepcióndel rayo

Cámara

Fachada metálica

Masas extrañas (conductos y cañerías metálicos)

Líneas de telecomunicaciones

0,4kV línea de potencia

20 kV línea de potencia

Conducto metálico paracables (LPZ OA extendido)

Electrodo de puesta a tierra de cimientos

Componente metálico sobreel techo

Nivel del terreno

Figura A.6 – Ejemplo de un sistema de protección contra el pulso electromagnético para un

edificio de oficinas





A.3 Campos magnéticos dentro de una zona LPZ A.3.1 Cálculo aproximado del campo magnético dentro de la zona LPZ Si no se efectúa un estudio teórico (ver A.3.2) o experimental (ver A.3.3) de la eficacia del blindaje, la atenuación debe ser calculada como sigue: A.3.1.1 Blindajes tridimensionales mallados de la zona LPZ 1 en caso de un impacto directo del rayo El blindaje de un edificio (alrededor de una zona LPZ 1) puede ser una parte de un SPCR y entonces evacuar las corrientes de descarga del rayo en caso de un impacto directo. La Figura A.7a muestra tal situación suponiendo que el rayo impacta la estructura en un punto arbitrario del techo.

H1

dw

dr

io

Pared

Techo

LPZ 1

Nivel del terreno

Dentro de la zona LPZ 1 )/(101 rWH ddwikH ⋅⋅⋅= Nota: Las distancias dW y dr son determinadas según el punto considerado.

Figura A.7a – Campo magnético dentro de la zona LPZ 1





H2

dw

dr

io

Pared

Techo

LPZ 1

Nivel del terreno

LPZ 2

Dentro de la zona LPZ 2 20/2

12 10/ SFHH = Nota: Las distancias dW y dr son determinadas para la frontera de la zona LPZ 2.

Figura A.7b – Campo magnético dentro de la zona LPZ 2 Figura A.7 – Evaluación de los campos magnéticos en el caso de un impacto directo del rayo Para el cálculo de la intensidad del campo magnético H1 en un punto arbitrario del volumen de la zona LPZ 1 es aplicable la siguiente expresión:

)/()/(01 mAddwikH rWH ⋅⋅⋅= Donde: dr es la distancia más corta, en metros, entre el punto considerado y la parte superior del blindaje de la zona LPZ 1. dw es la distancia más corta, en metros, entre el punto considerado y la pared del blindaje de la zona LPZ 1. i0 es la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A, en ampere. kH es el factor de configuración ,)/1( m generalmente )./1(01,0 mkH = w es la abertura de la malla del blindaje de la zona LPZ 1, en m. El resultado de esta fórmula da el valor máximo del campo magnético en la zona LPZ 1 (tomar en cuenta a nota más abajo): Debido al primer impacto: )/()/(///1 mAddwikH rWmáxfHmáxf ⋅⋅⋅= Debido a los impactos consecutivos: )/()/(///1 mAddwikH rWmáxsHmáxs ⋅⋅⋅=

(A.1)

(A.2)

(A.3)





Donde: if/máx es el máximo valor, en ampere, de la corriente de descarga del primer impacto de acuerdo con el nivel de protección elegido. is/máx es el máximo valor, en ampere, de la corriente de descarga de los impactos consecutivos de acuerdo con el nivel de protección elegido. Nota: El campo es reducido en un factor de 2, en el caso que la red equipotencial mallada conforme la cláusula 5.2. Estos valores de campos magnéticos son válidos solamente dentro del volumen de seguridad Vs dentro del blindaje manteniendo una distancia de seguridad ds/1 a partir del blindaje (ver Figura A.4).

)(1/ mwds = EJEMPLOS Como ejemplo: Tres blindajes tridimensionales mallados de cobre, con las dimensiones dadas en la Tabla A.1, teniendo una apertura de malla en promedio de 2 m, son considerados (ver Figura A.10). Estos resultados para una distancia de seguridad ds/1 = 2,0 m definiendo el volumen de seguridad Vs. Los valores para H1/máx válidos dentro de Vs son calculados para i0/máx = 100 kA y mostrados en la Tabla A.1. La distancia hasta el techo es la mitad de la altura: dr = H/2. La distancia a la pared es la mitad de la longitud: dw = L/2 (centro) o igual a: dw = ds/1 (peor caso, cerca de la pared).

Tabla A.1 – Ejemplos para i0/máx = 100 kA y w = 2 m

Tipo de blindaje (ver Figura A.10)

L x W x H

[m]

H1/máx (centro) [A/m]

H1/máx (dw = ds/1 ) [A/m]

1 10 x 10 x 10 179 447

2 50 x 50 x 10 36 447

3 10 x 10 x 50 80 200

(A.4)





A.3.1.2 Blindaje tridimensional (espacial) mallado de la zona LPZ 1 en el caso de un impacto próximo de rayo En el caso de un impacto próximo, la situación está representada en la Figura A.8. El campo magnético dentro de la zona LPZ 1 puede ser asimilado a una onda plana.

LPZ 2

LPZ 1

LPZ 0

H0, H1, H2

io

sa

Sin blindaje )2/(00 asIH π=


110/ SFHH =


210/ SFHH =

Figura A.8 – Evaluación del campo magnético en el caso de un impacto de rayo próximo





El factor blindante SF de un blindaje tridimensional mallado para el caso de una onda plana se da en la tabla A.2 más abajo. Tabla A.2 – Atenuación magnética de un blindaje tridimensional mallado en el caso de una

onda plana

SF (dB) (ver Notas 1 y 2)

Material

25 kHz (para el primer impacto) 1 MHz (para los impactos consecutivos

Cobre o aluminio )/5,8log(20 w⋅ )/5,8log(20 w⋅

Acero (ver nota 3) [ ]26 /10181/)/5,8(log20 rw −⋅+⋅ )/5,8log(20 w⋅

w = apertura de la malla (m)

r = radio de una barra de la malla de blindaje (m) Nota 1: SF = 0 en caso de resultado negativo de la fórmula

Nota 2: SF se incrementa en 6 dB, si la red equipotencial está ejecutada de acuerdo con la cláusula 5.2.

Nota 3: Permeabilidad μr = 200 El campo magnético H0 es calculado utilizando la siguiente expresión:

)/()2/(00 mAsiH a⋅= π Donde: i0 es la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A en ampere. sa es la distancia media, entre el punto de impacto y el volumen protegido considerado, en metros. A esto sigue que para el máximo valor del campo magnético en la zona LPZ 0: Causada por el primer impacto: )/()2/(///0 mAsiH amáxfmáxf ⋅= π Causada por los impactos consecutivos: )/()2/(///0 mAsiH amáxsmáxs ⋅= π Donde: if/máx es el máximo valor, en ampere, de la corriente de descarga del primer impacto de acuerdo con el nivel de protección elegido. is/máx es el máximo valor, en ampere, de la corriente de descarga de los impactos consecutivos de acuerdo con el nivel de protección elegido. La reducción de H0 a H1 dentro de la zona LPZ 1 puede estar dada por las fórmulas de los valores del factor blindante SF indicadas en la Tabla A.2:

)/(10/ 20//0/1 mAHH SFmáxmáx =

(A.5)

(A.6)

(A.7)

(A.8)





Donde: SF (dB) es el factor blindante obtenido a partir de las fórmulas de la Tabla A.2. H0/máx es el campo magnético dentro de la zona LPZ 0, en A/m. A partir de esto, se puede calcular el valor máximo del campo magnético en la zona LPZ 1: Causada por el primer impacto: )/(10/ 20/

//0//1 mAHH SFmáxfmáxf =

Causada por los impactos consecutivos: )/(10/ 20/

//0//1 mAHH SFmáxsmáxs =

Estos valores de intensidades de campo magnético son válidos solamente dentro del volumen de seguridad dentro del blindaje si se ha cumplido con el mantenimiento de la distancia de seguridad ds/2 a partir del blindaje (ver Figura A.4):

10)(10/2/ ≥⋅= SFparamSFwds

10)(2/ <= SFparamwds Donde: SF (dB) es el factor blindante obtenido a partir de las fórmulas de la Tabla A.2. w es la apertura de la malla, en metros. Para informaciones complementarias sobre el cálculo del campo magnético dentro de blindajes ma-llados en el caso de impactos próximos, ver la cláusula A.3.3. EJEMPLOS La intensidad del campo magnético H1/máx en la zona LPZ 1 en caso de un impacto cercano depende de la corriente de descarga del rayo i0/máx , del factor blindante SF de la zona LPZ 1 y de la distancia sa entre el canal de la descarga y el centro de la zona LPZ 1 (ver Figura A.8). La corriente de descarga del rayo i0/máx , depende del nivel de protección elegido (ver AEA 92305-1). El factor blindante (ver Tabla A.2) es función de la apertura de las mallas del blindaje mallado. La distancia sa es: - una distancia dada entre el centro de la zona LPZ 1 y un objeto próximo (por ejemplo un mástil) en el caso de impacto directo sobre ese objeto, o; - la distancia mínima entre el centro de la zona LPZ 1 y el canal de la descarga del rayo en caso de impacto cercano sobre el suelo. El caso más desfavorable es el de la corriente de descarga del rayo más elevada i0/máx asociada a la distancia más corta sa . Como indica la figura A.9, la distancia mínima sa es función de la altura H y de la longitud L (o del ancho W) de la estructura (LPZ 1) y del radio de la esfera rodante r correspondiente a i0/máx (ver Tabla A.3), definida por el modelo electrogeométrico (ver AEA 92305-1, cláusula A.4).

(A.10)

(A.9)

(A.11)

(A.12)





LPZ 1

L

H0, H1 HH

r - Hr

Sa

io/max

Figura A.9 – Distancia sa en función del radio de la esfera rodante y de las dimensiones de la

estructura La distancia puede ser calculada como sigue:

rHparaLHHsa <+−⋅⋅= 2/2 2π

rHparaLrsa ≥+= 2/ Nota: Para distancias inferiores a estos valores mínimos, el rayo impactará directamente en sobre la estructura. Tres blindajes típicos pueden ser definidos, con las dimensiones dadas en la Tabla A.4. Se asume un blindaje mallado de cobre con apertura promedio de la malla de w = 2 m. Esto resulta en un factor blindante SF = 16,6 dB y una distancia de seguridad de ds/2 = 2,5 m definiendo el volumen Vs. Los va-lores para H0/máx y H1/máx que se asumen como válidos en cualquier punto dentro de Vs, fueron calculados para una i0/máx = 100 kA y se muestran en la Tabla A.4. Tabla A.3 – Radio de la esfera rodante correspondiente a la máxima corriente de descarga

del rayo

Nivel de protección Corriente máxima de descarga

i0/máx [kA]

Radio de la esfera rodante

r [m]

I 200 313

II 150 260

III - IV 100 200

(A.13)

(A.14)





Tabla A.4 – Ejemplos para i0/máx = 100 kA y w = 2 m correspondiente a un SF = 12,6 dB

Tipo de blindaje (ver Figura A.10)

L x W x H

[m]

sa

[m]

H0/máx [A/m]

H1/máx [A/m]

1 10 x 10 x 10 67 236 56

2 50 x 50 x 10 87 182 43

3 10 x 10 x 50 137 116 27 A.3.1.3 Blindajes tridimensionales (espaciales) mallados para una zona LPZ 2 y de orden superior En los blindajes mallados para zonas LPZ 2 y de orden superior, no circularán corrientes parciales de descarga del rayo significativas. Por lo tanto, como una primera aproximación, la reducción de Hn a Hn+1 dentro de la zona LPZ n+1 puede ser evaluada como en la cláusula A.3.1.2 para los impactos de rayo cercanos.

)/(10/ 20/1 mAHH SF

nn =+ Donde: SF (dB) es el factor blindante obtenido a partir de las fórmulas de la Tabla A.2. Hn es el campo magnético dentro de la zona LPZ n, en A/m. Si Hn = H1 , el valor del campo puede determinarse como sigue: En caso de un impacto directo sobre el blindaje mallado de la zona LPZ 1, ver A.3.1.1 y la figura A.7b, dw y dr serán las distancias entre el blindaje de la zona LPZ 2 y respectivamente las paredes y el cielorraso. En caso de un impacto cercano al blindaje de la zona LPZ 1, ver A.3.1.2 y la Figura A.8 Los valores de intensidad de los campos magnéticos así calculados son válidos solamente dentro del volumen de seguridad que mantiene una distancia de seguridad a partir del blindaje como fue definido en A.3.1.2 (ver Figura A.4). A.3.2 Evaluación teórica de los campos magnéticos debidos a impactos directos del rayo En la cláusula A.3.1.1, las fórmulas para la determinación del campo magnético H1/máx se fundan sobre cálculos numéricos realizados en el caso de tres blindajes tridimensionales (espaciales) mallados que pueden considerarse típicos y están representados en la Figura A.10. Para estos cálculos, un impacto directo del rayo sobre las aristas del techo es tomado en consideración. El canal de la descarga es simulado por una barra vertical de 100 m por encima del techo. El suelo es simulado por una placa conductora ideal.

(A.15)





10 m

w

Apertura dela malla

Tipo 1(10m x 10m x 10m)

Tipo 2(50m x 50m x 10m)

Tipo 3(10m x 10m x 50m)

Figura A.10 – Tipos de blindajes tridimensionales mallados de grandes dimensiones Para el cálculo, el acoplamiento magnético de toda barra que forma el blindaje, con otra barra del mismo y el canal de descarga simulado, es considerado, esto resulta en un sistema de ecuaciones para el cálculo de la distribución de la corriente de descarga de rayo en el blindaje. El campo magnético dentro de la zona blindada se deduce de la distribución de la corriente de descarga. La resistencia eléctrica de las barras es despreciada. De esta forma, la distribución de corriente y el campo magnético son independientes de la frecuencia. El acoplamiento capacitivo es también despreciado de forma que no aparezcan efectos transitorios. Para un blindaje del tipo 1 presentado en la Figura A.10, los resultados son indicados en las Figuras A.11 y A.12.





w = 0,4 m

w = 0,5 m

w = 1 m

w = 2 m

10 000

9 000

8 000

7 000

6 000

5 000

4 000

3 000

2 000

1 000

00 0,5 1,0 1,5 2,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

H1/max

i1/max = 100 KA

z y

x

x m

H1/max

A

m

Figura A.11 – Intensidad de campo magnético H1/máx en un blindaje mallado del Tipo 1





350

300

250

200

150

100

50

00 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Apertura de lamalla = w

m

H1/max

A

m

B

A

A

i0/max = 100 KA

z y

x

B

10 m

10 m

10 m

Figura A.12 - Intensidad de campo magnético H1/máx en un blindaje mallado del Tipo 1 En todos los casos, se supone que la corriente de descarga del rayo máxima i0/máx = 100 kA. En las dos figuras, H1/máx es el campo magnético máximo en un punto, debido a sus componentes Hx, Hy y Hz:

222/1 yyxmáx HHHH ++=

En la Figura A.11, H1/máx es calculado sobre una línea recta que tiene por origen el punto de impacto (x = y = 0, z = 10m) y finalizando en el centro de gravedad del volumen (x = y = 5 m, z = 5 m). H1/máx está graficado como una función de x sobre esa línea. El parámetro es la apertura de la malla w del blindaje. En la Figura A.12, H1/máx es calculado para dos puntos dentro de la zona blindada (el punto A: x = y = 5 m, z = 5 m); el punto B: x = y = 7 m, z = 7 m). El resultado está graficado como una función de la apertura w de la malla. Las dos figuras muestran la influencia de los principales parámetros en la distribución del campo magnético en el interior de la zona blindada: distancias al techo y a las paredes y apertura de la malla. En la Figura A.11, se puede observar que, a lo largo de otras líneas a través del volumen del blindaje puede haber un cruce por cero e inversión de signo en las componentes del campo magnético H1/máx . Las fórmulas dadas en la cláusula A.3.1.1 son aproximaciones de primer orden a la distribución real, mucho más complicada, del campo magnético dentro de la zona blindada.

(A.16)





A.3.3 Evaluación experimental del campo magnético debido a un impacto directo del rayo En paralelo con los cálculos teóricos de los campos magnéticos dentro de las estructuras blindadas, pueden efectuarse mediciones. La Figura A.13 muestra una propuesta de simulación de un impacto directo de un rayo en un punto arbitrario de la estructura con blindaje, utilizando un generador de co-rriente de descarga. Normalmente tales ensayos pueden ser llevados a cabo con una baja corriente pero con una forma de onda idéntica a la corriente de descarga del rayo real.

Generador decorriente del rayo

Alimentadores múltiples

Simulación del canal dedescarga del rayo próximo(del orden de 10 m)

Detector decampomagnético

Blindaje de laestructura

Electrodo de puesta atierra múltipleconectado al blindaje

Figura 13a – Disposición para el ensayo

R L

C U

Referencias: U Típico 10 kV C Típico 10 nF

Figura A.13b – Generador de corriente de descarga simulada del rayo Figura A.13 – Ensayo de bajo nivel para determinar el campo magnético dentro de una es-

tructura blindada





A.4 Cálculo de tensiones y corrientes inducidas Serán considerados solamente las espiras rectangulares de acuerdo con la Figura A.14. Espiras de otras formas deberán ser convertidas a rectangulares con igual área.

Techo

ParedLPZ 1

Por ejemplo: línea de potencia

Aparato

Por ejemplo: línea detelecomunicaciones

Barra de equipotencialización

Área del lazoUoc, Isc

b

Idl/w

dI/r

Figura A.14 – Tensiones y corrientes inducidas en una espira formada por las líneas de in-

greso a un equipo A.4.1 Situación en el interior de la zona LPZ 1 en caso de un impacto directo de rayo El campo magnético H1 dentro del volumen Vs de la LPZ 1 es (ver A.3.1.1):

)/()/(01 mAddwikH rWH ⋅⋅⋅= Para el circuito abierto, la tensión uoc viene dada por:

)(/)/()/1ln( 0/1/10 Vdtdidwkdlbu rHwoc ⋅⋅⋅+⋅⋅= μ Durante el período de crecimiento T1, el valor de pico se eleva a uoc/máx:

)(/)/()/1ln( 1/0/1/10/ VTdidwkdlbu máxrHwmáxoc ⋅⋅⋅+⋅⋅= μ

(A.17)

(A.18)

(A.19)





Donde: μ0 es igual a 4π 10-7 [Vs/Am]. b es el ancho de la espira, [m]. d1/w es la distancia entre la espira y la pared del blindaje, con d1/w ds/1 [m]. d1/r es la distancia media entre la espira y el techo del blindaje, [m]. i0 es la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A. i0/máx es el valor máximo de la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A. kH es el factor de configuración kH = 0,01 l es la longitud de la espira, [m]. T1 es el tiempo de crecimiento de la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A. w es la apertura de la malla del blindaje. La corriente de cortocircuito está dada por:

)(/)/()/1ln( 0/1/10 ALidwkdlbI rHwsc ⋅⋅⋅+⋅⋅= μ La resistencia de los conductores se desprecia (caso más desfavorable). El valor máximo Isc/máx está dado por:

)(/)/()/1ln( /0/1/10/ ALidwkdlbI máxrHwmáxsc ⋅⋅⋅+⋅⋅= μ Donde L es la autoinductancia de la espira, [H]. Para una espira rectangular, la autoinductancia L (en Henry) puede calcularse por:

[ ] [ ] 62222 10))/(11/()/2(ln4,0))/(11/()/2(ln4,0)(8,08,0 −⋅++⋅⋅+++⋅⋅++⋅−+⋅= blrlblbrblblblL

Donde r es el radio del conductor que forma la espira [m]. Para la tensión y la corriente inducidas por el campo magnético del primer impacto (T1 = 10 μs), se tiene:

)()/()/1ln(26,1 //1/1// Vidwdlbu máxfrwmáxfoc ⋅⋅+⋅⋅=

)(/)/()/1ln(106,12 /0/1/16

// ALidwdlbI máxrwmáxfsc ⋅⋅+⋅⋅⋅= − Para la tensión y la corriente inducidas por el campo magnético de los impactos consecutivos (T1 = 0,25 μs), se tiene:

)()/()/1ln(4,50 //1/1// Vidwdlbu máxfrwmáxsoc ⋅⋅+⋅⋅=

)(/)/()/1ln(106,12 //1/16

// ALidwdlbI máxsrwmáxssc ⋅⋅+⋅⋅⋅= −

(A.20)

(A.21)

(A.23)

(A.24)

(A.25)

(A.26)





Donde: if/máx es el máximo valor, en kA, de la corriente de descarga del primer impacto. is/máx es el máximo valor, en kA, de la corriente de descarga de los impactos consecutivos. A.4.2 Situación en la zona LPZ 1 en caso de un impacto cercano El campo magnético H1 en el interior del volumen Vs de la zona LPZ 1 se supone homogéneo (ver A.3.1.2). Para el circuito abierto, la tensión Uoc es:

)(/10 VdtdHlbUoc ⋅⋅⋅= μ Durante el tiempo de crecimiento T1, el valor de pico se eleva a Uoc/máx:

)(/ 1/10/ VTHlbU máxmáxoc ⋅⋅⋅= μ Donde: μ0 es igual a 4π 10-7 [Vs/Am]. b es el ancho de la espira, [m]. H1 es la intensidad de campo magnético dentro de la zona LPZ 1 en función del tiempo [A/m]. H1/máx es el valor máximo de la intensidad de campo magnético dentro de la zona LPZ 1 [A/m]. l es la longitud de la espira, [m]. T1 es el tiempo de crecimiento de la corriente de descarga del rayo en la zona LPZ 0A. La corriente de cortocircuito Isc, viene dada por:

)(/10 ALHlbI sc ⋅⋅⋅= μ La resistencia de los conductores se desprecia (caso más desfavorable). El valor máximo de la corriente Isc/máx viene dado por:

)(//10/ ALHlbI máxmáxsc ⋅⋅⋅= μ Donde L es la autoinductancia de la espira, (H)(para el cálculo de L, ver A.4.1). Para la tensión y la corriente inducidas por el campo magnético del primer impacto (T1 = 10 μs), se tiene:

)(126,0 //1// VHlbU máxfmáxfoc ⋅⋅⋅=

)(/1026,1 //16

// ALHlbI máxfmáxfsc ⋅⋅⋅⋅= − Para la tensión y la corriente inducidas por el campo magnético H1/s de los impactos consecutivos (T1 = 0,25 μs), se tiene:

(A.27)

(A.28)

(A.29)

(A.30)

(A.31)

(A.32)





)(04,5 //1// VHlbU máxsmáxsoc ⋅⋅⋅=

)(/1026,1 //1

6// ALHlbI máxsmáxssc ⋅⋅⋅⋅= −

Donde: H1 / f /máx es el valor máximo de la intensidad de campo magnético dentro de la zona LPZ 1 debido al primer impacto del rayo [A/m]. H1 / s /máx es el valor máximo de la intensidad de campo magnético dentro de la zona LPZ 1 debido a los impactos consecutivos del rayo [A/m]. A.4.3 Situación en las zonas LPZ 2 o de orden superior El campo magnético Hn en una zona LPZ n para n ≥ 2 se supone homogéneo (ver A.3.1.3). Por lo tanto, serán aplicables las mismas fórmulas de cálculo que aquellas dadas en A.3.1.2 para las tensiones y corrientes inducidas, reemplazando H1 por Hn.

(A.33)

(A.34)





Anexo B

(informativo)

Implementación de medidas de protección contra el pulso electromagnético (LEMP) en es-tructuras existentes

B.1 Lista de verificación (Checklist) La introducción de medidas de protección apropiadas contra el pulso electromagnético producido por la descarga del rayo, en estructuras existentes, necesita tomar en cuenta la construcción y las caracte-rísticas de la estructura y de los sistemas de potencia y de comunicaciones o tratamiento de datos incluidos en ella. Una lista de verificación facilita el análisis de riesgos y la elección de las medidas de protección más apropiadas. Para las estructuras existentes, se establece una lista sistemática para la definición de las zonas, la puesta a tierra, las equipotencializaciones, la traza del cableado y los blindajes. Es conveniente que la lista dada en las Tablas B.1 a B.4 sea utilizada para recolectar los datos de la estructura existente y de las instalaciones. Basados en estos datos, debe ser efectuado un análisis de riesgo conforme a AEA 92305-2 para determinar la necesidad de una protección y, en su caso, para identificar la medida de protección más efectiva en relación con su costo. Nota 1: Para mayor información sobre protección contra las interferencias electromagnéticas (EMI) en las instalaciones en inmuebles, ver AEA 90364-4-44.

Tabla B.1 – Características de las estructuras y de su entorno

Puntos Preguntas

1 ¿Material de la estructura: Mampostería, ladrillos, madera, hormigón armado, estructura metálica, fachada metálica?

2 ¿Una estructura integrada simple o bloques interconectados con juntas de expansión? 3 ¿Una estructura plana y baja o una estructura alta? (dimensiones de la estructura) 4 Las barras de refuerzo del hormigón ¿están interconectadas a lo largo de la estructura? 5 ¿Tipo, clase y calidad del material metálico del techo? 6 Las fachadas metálicas ¿están conectadas a la red de equipotencialización? 7 Los marcos de las ventanas ¿están conectados a la red de equipotencialización? 8 ¿Dimensiones de las ventanas? 9 La estructura ¿está equipada con un sistema exterior de protección contra el rayo? 10 ¿Tipo y calidad del sistema SPCR exterior? 11 Naturaleza del suelo ¿roca, arcilla? 12 ¿Altura, distancia y puesta a tierra de las estructuras adyacentes? Nota: Para información más detallada consultar AEA 92305-2.





Tabla B.2 – Características de las instalaciones

Puntos Preguntas 1 Tipo de servicios entrantes ¿subterráneos, aéreos? 2 Tipo de servicio aéreo ¿antenas, otros? 3 Tipo de alimentación eléctrica ¿alta o baja tensión, subterránea o aérea? 4 Traza del cableado ¿número y ubicación de las cañerías y conductos? 5 Las cañerías y conductos ¿son metálicos? 6 Los equipos electrónicos ¿están contenidos dentro de la estructura? 7 ¿Existen conexiones metálicas a otras estructuras? Nota: Para información más detallada consultar AEA 92305-2.

Tabla B.3 – Características del equipamiento

Puntos Preguntas

1

¿Tipo de interconexiones entre equipos del sistema electrónico (cables multipolares blin-dados o no, cables coaxiales, analógicos o digitales, simétricos o asimétricos, fibra ópti-ca)? (Ver Nota 1)

2 ¿Están especificados los niveles de inmunidad del sistema electrónico? (Ver Notas 1 y 2)

Nota 1: Para información más detallada consultar AEA 92305-2.

Nota 2: Para información más detallada consultar UIT-T K.21, IEC 61000-4-5, IEC 61000-4-9, IEC 61000-4-10. Tabla B.4 – Otras preguntas necesarias para la determinación conceptual de la protección

Puntos Preguntas 1 ¿Esquema de Conexión a Tierra (ECT), TN (TN-S ó TN-C), TT o IT? 2 ¿Ubicación del sistema electrónico? (ver Nota)

3 ¿Dónde están ejecutadas las interconexiones entre los conductores funcionales de los equipos electrónicos y la red de equipotencialización?

Nota 1: Para más información consultar el Anexo A.

B.2 Integración de un sistema electrónico nuevo dentro de una estructura existente Cuando se agrega un sistema electrónico nuevo a una estructura existente, la instalación existente puede restringir las medidas de protección que pueden ser empleadas. La Figura B.1 muestra un ejemplo donde una instalación existente, mostrada a la izquierda, es inter-conectada con una instalación nueva, mostrada a la derecha. La instalación existente posee restric-ciones con respecto a las medidas de protección que pueden ser empleadas. Sin embargo, la planifi-cación y el proyecto de la nueva instalación pueden permitir adoptar todas las medidas de protección necesarias.





Nivel del terreno

SPD SPDSPD

SPD

BN

BN

E

EEE

E

E

EEEE

E

EET2

EET1

S

SSS

S

S S S

S

S

S

F

F

Tabl

ero

dedi

strib

ució

nTa

bler

o de

dist

ribuc

ión

15 4

2

7

4

9 8

44 5

4

6

3

3 3 3

Instalación existente Instalación nueva

Referencias:

1. Instalaciones existentes (TN-C, TT, IT) 2. Instalaciones nuevas (TN-S, TN-C-S, TT, IT)

3. Descargador (DPS) 4. Aislación de Clase I

5. Aislación de Clase II (doble aislación sin PE) 6. Transformador de aislación

7. Opto-acoplador o cable de fibra óptica 8. Traza de cableado adyacente a la red de potencia o de comunicaciones

9. Canalizaciones blindadas E Líneas eléctricas

S Líneas de comunicaciones ET Electrodo de puesta a tierra

BN Red de equipotencialización PE Conductor de protección

FE Conductor de PAT funcional (si hubiera) Línea de 3 conductores (L, N, PE)

Línea de 2 conductores (L, N) Puntos de puesta a tierra (PE, FE, BN)

Figura B.1 – Actualización de las medidas de protección contra el pulso electromagnético

(LEMP) y compatibilidad electromagnética (CEM) en estructuras existentes





B.2.1 Síntesis de las posibles medidas de protección B.2.1.1 Alimentación de potencia La alimentación existente (ver Figura B.1, N°1) es a menudo un esquema de conexión a tierra del tipo TN-C, pudiendo generar perturbaciones de frecuencia industrial. Estas perturbaciones pueden ser evitadas por interfaces aislantes (ver más abajo). Si se agrega una instalación nueva (ver Figura B.1, N°2), se recomienda especialmente el esquema TN-S. B.2.1.2 Descargadores Para controlar las sobretensiones conducidas por la líneas de alimentación, los descargadores deben ser instalados a la entrada de todo SPCR y eventualmente aguas arriba de los equipos a proteger (ver Figura B.1, n°3 y Figura B.2). B.2.1.3 Interfaces aislantes Para evitar las interferencias, pueden ser utilizadas interfaces aislantes entre los equipos existentes y los nuevos: Equipos con aislación del Clase II (ver Figura B.1, N°5), transformadores aisladores (ver Figura B.1, n°6), cables de fibra óptica o adaptadores ópticos (ver Figura B.1, N°7). B.2.1.4 Traza del cableado y blindaje La formación de grandes espiras en la traza del cableado conducirá a la creación de tensiones indu-cidas muy elevadas. Esto puede ser evitado por una traza de las líneas de potencia y comunicaciones adyacentes la una de la otra (ver Figura B.1, N°8) para de esta forma minimizar el área de la espira. Es recomendable utilizar cables blindados, especialmente para las estructuras extensas. Un blindaje adi-cional, por ejemplo por medio de canalizaciones metálicas (ver Figura B.1, N°9) es también reco-mendable. Todos los blindajes deben estar puestos a tierra en sus dos extremidades. La traza del cableado y el blindaje del mismo son tanto más recomendables cuanto más débil sea el blindaje tridimensional (espacial) de la zona LPZ 1 y cuanto más grande sea el área de las espiras formadas por los cables. B.2.1.5 Blindaje tridimensional (espacial) El blindaje de una zona LPZ contra los pulsos electromagnéticos provenientes de la descarga del rayo requiere enmallados con aberturas menores que 5 m. Una zona LPZ 1 creada por una instalación normal de protección contra el rayo SPCR conforme a AEA 92305-3 (dispositivos captores, conductores de bajada y sistema de puesta a tierra) donde la abertura de las mallas sea superior a 5 m, resulta en un despreciable efecto blindante. Si es necesario un blindaje más efectivo, la instalación del SPCR externo debe ser actualizada (ver cláusula B.7). Las zonas LPZ 1 y de orden superior pueden requerir un blindaje tridimensional (espacial) para proteger los sistemas electrónicos sensibles no conformes con las exigencias de emisión de radio frecuencias y con las exigencias de inmunidad.





B.2.1.6 Equipotencialización La equipotencialización para las corrientes de descarga del rayo de varios MHz necesita de una red mallada de baja impedancia con abertura inferior a los 5 m. Todos los servicios que penetren una LPZ deben ser puestos a tierra en forma directa o a través de descargadores tan próximo como sea posible a la frontera de LPZ. Si en las estructuras existentes, estas condiciones no pueden ser satisfechas, deben ser previstas otras medidas de protección. B.2.2 Determinación de las zonas LPZ para los sistemas internos eléctricos y electrónicos En función del número, del tipo y de la sensibilidad de los equipos electrónicos serán definidas las zonas LPZ interiores, desde pequeñas zonas locales (la simple envoltura de un equipo electrónico), hasta grandes zonas integrales (el volumen total del inmueble). La Figura B.2 muestra la distribución de una zona LPZ típica para la protección de sistemas electró-nicos dando distintas soluciones apropiadas para las estructuras existentes. La Figura B.2a muestra la instalación de una simple zona LPZ 1, creando un volumen protegido en el conjunto de la estructura, por ejemplo para los sistemas electrónicos con elevada resistencia a los niveles de tensión: Esta zona LPZ 1 puede ser creada por un sistema de protección contra el rayo conforme a AEA 92305-3, constituido por un SPCR externo (dispositivo captor, conductores de bajada y electrodos de puesta a tierra) y por un SPCR interno (red de equipotencialización y conformidad con las distancias de seguridad). El SPCR externo protege la zona LPZ 1 contra los impactos directos sobre la estructura, pero el campo magnético dentro de la LPZ 1 permanece casi sin atenuación. Esto se debe a que los dispositivos captores y los conductores de bajada poseen típicamente aberturas de malla y distancias entre con-ductores mayores que 5 m, por lo tanto el efecto blindante tridimensional es despreciable, como se explicó más arriba. Si el riesgo RD de impactos directos es muy bajo, puede omitirse el SPCR externo. El SPCR interno requiere la interconexión de todos los servicios que penetran la estructura en la fron-tera de la zona LPZ 1, lo que incluye la instalación de apropiados descargadores probados a Iimp para todas las líneas eléctricas y de comunicaciones. Esto asegura que los impulsos conducidos por los servicios entrantes sean limitados a la entrada por los descargadores. Nota: Las interfaces aislantes pueden ser útiles en la zona LPZ 1 con el fin de evitar las perturbaciones originadas en interferencia de baja frecuencia.





LPZ 1

E

E

E

E

S

S

SPDSPDLPZ 00/1 0/1

Figura B.2a – Zona LPZ 1 no blindada, utilizando un SPCR exterior y descargadores a la entrada de los servicios externos a la estructura (por ejemplo para sistemas electrónicos con aumen-tada resistencia a niveles de tensión o para pequeñas espiras dentro de la estructura)





LPZ 1

E

E

E

E

S

S

SPDSPDLPZ 00/1 0/1

SPD

SPD

Instalacionesexistentes

Instalacionesnuevas

LPZ 0

Figura B.2b – Zona LPZ 1 no blindada, con protección para nuevos sistemas electrónicos uti-

lizando líneas blindadas y descargadores coordinados en las líneas de potencia





LPZ 1

E

E

E

E

S

S

SPDSPDLPZ 00/1/2 0/1/2

SPD

1/2

1/2

1/2

1/2

LPZ 2

LPZ 0Instalacionesexistentes

Instalacionesnuevas

Figura B.2c – Zona LPZ 1 no blindada, y un blindaje mallado de la zona LPZ 2 para los nuevos

sistemas electrónicos





LPZ 1

E

E

E

E

S

S

SPDSPDLPZ 00/1 0/1

SPD

1/2

LPZ 2

LPZ 0Instalacionesexistentes

Instalacionesnuevas

LPZ 2

SPD

1/2

1/2

1/2

SPD

Figura B.2d – Zona LPZ 1 no blindada, y dos zonas LPZ 2 locales para los nuevos sistemas electrónicos

Figura B.2 – Posibilidades de creación de zonas LPZ en estructuras existentes

La Figura B.2b muestra que en una zona LPZ 1 no blindada, los nuevos sistemas electrónicos deben ser protegidos contra los impulsos inducidos. Por ejemplo, la red de comunicaciones puede ser prote-gida por cables blindados y la red de potencia por una protección coordinada de descargadores. Esta puede requerir descargadores adicionales probados con In y descargadores probados bajo una onda combinada, instalados cerca de los equipos y coordinados con los descargadores situados a la entrada de los servicios externos. Puede requerirse además una aislación suplementaria de Clase II para los equipos. La Figura B.2c muestra la instalación de una gran zona LPZ 2 dentro de la zona LPZ 1, para ubicar los nuevos sistemas electrónicos. El blindaje tridimensional mallado de la zona LPZ 2 provee una atenua-ción significativa del campo magnético producido por la corriente de descarga del rayo. Sobre el lado izquierdo, el descargador situado sobre a frontera de la zona LPZ 1 (Transición de zonas LPZ 0/1) y subsecuentemente el situado en la frontera de la zona LPZ 2 (Transición de zonas LPZ 1/2), serán coordinados de acuerdo con lo requerido en el Anexo C. Sobre el lado derecho, los descargadores situados en la frontera de la zona LPZ 1 deberán ser seleccionados para una transición directa de zonas LPZ 0/1/2 (ver C.3.4).





La Figura B.2d muestra la instalación de dos zonas LPZ 2 de pequeñas dimensiones situadas en el interior de una zona LPZ 1. Los descargadores complementarios sobre la red de potencia y de comu-nicaciones deben ser instalados en la frontera de las zonas LPZ 2. Estos descargadores deben estar coordinados con los descargadores situados en la frontera de la zona LPZ 1 conforme con el Anexo C. B.3 Actualización de la instalación de los cables de potencia y de comunicaciones en el interior de la estructura Las alimentaciones existentes de antiguas estructuras (ver Figura B.1, N°1) son a menudo realizadas según el esquema de conexión a tierra (ECT) del tipo TN-C. Los conductores PEN circulan por dentro de las estructuras y pueden provocar interferencias de 50/60 Hz si ellos están conectados a líneas de comunicaciones o datos. Con el fin de evitar estas interferencias, se ofrecen dos soluciones: - interfaces aislantes utilizando equipamiento de la Clase II o transformadores de doble aislación. Esta puede ser una solución cuando involucra pocos equipos electrónicos (ver cláusula B.5); - modificación del esquema de conexión a tierra al esquema TN-S (ver Figura B.1, N°2), solución recomendada especialmente para equipamiento electrónico de gran envergadura. Deben ser satisfechas las exigencias de puesta a tierra, de equipotencialización y de trazados del cableado. B.4 Protección por medio de descargadores Para el control de las sobretensiones conducidas por la líneas, los descargadores, tales como son definidos en el Anexo C deben ser instalados a la entrada de toda zona LPZ interior (ver Figura B.1, N°3 y Figura B.2). Los descargadores deben ser coordinados conforme al Anexo C. En inmuebles con descargadores no coordinados, puede resultar un daño a los sistemas electrónicos si un descargador situado aguas abajo o un descargador interno al equipo, interfiere con la operación correcta del descargador situado a la entrada de los servicios externos. Para mantener la aptitud de las medidas de protección adoptadas, es necesario documentar a ubica-ción de todos los descargadores instalados. B.5 Protección por interfaces aislantes Las corrientes de perturbación (interferencia) de frecuencia industrial en los equipos y sus cables aso-ciados pueden ser debidas a espiras de gran superficie o en una instalación de puesta a tierra de re-sistencia demasiado alta. Para evitar estas perturbaciones (esencialmente en un esquema de conexión a tierra TN-C), la separación entre instalaciones nuevas y aquellas existentes puede ser realizada por interfaces aislantes tales como: - equipos con aislación de la Clase II (doble aislación sin conductor de protección PE), - transformadores de aislación, - cables de fibra óptica no metálicos, - opto-acopladores. Para las interfaces aislantes utilizadas contra las sobretensiones inducidas debidas a las descargas de rayo, una aumentada resistencia a la tensión es requerida. Típicamente ser requiere una resistencia a una tensión de 5 kV con onda 1,2/50. La protección de tales interfaces contra sobretensiones más elevadas, si fuera necesaria, debe ser realizada por medio de descargadores. El nivel de protección de





tensión Up de estos descargadores debe ser seleccionado para una resistencia a la tensión apenas inferior a aquella del aislamiento de la interfase. Un nivel más bajo de Up podría violar las exigencias de seguridad. Nota: Debe tenerse cuidado que las envolturas metálicas de los equipos no posean una conexión galvánica accidental con la red de equipotencialización u otras partes metálicas de las que deberían estar aisladas. Esta es la situación más general, porque los equipos de oficinas o domésticos son conectados a tierra solamente a través de los cables de conexión de potencia. B.6 Medidas de protección por elección de la mejor traza de cableado y por blindaje Un trazado adecuado de las canalizaciones y cables y el blindaje son medidas de protección eficaz contra las sobretensiones. Estas medidas son particularmente importantes si la eficacia del blindaje tridimensional (espacial) del la zona LPZ 1 es despreciable. En estos casos, los siguientes principios proveen una protección aumentada: - disminución de la superficie de las espiras de inducción; - evitar la alimentación de los nuevos sistemas desde canalizaciones y cables existentes porque ello crearía espiras de inducción de gran superficie, lo que incrementaría en gran medida el riesgo de daño de aislación. Por otra parte, la disposición de las líneas de potencia adyacentes a la líneas de comu-nicaciones pueden evitar las espiras de gran superficie (ver Figura B.1, N°8); - utilizar cables blindados. Es recomendable utilizar redes de comunicaciones ejecutadas con cables blindados conectados a tierra en sus dos extremos; - utilizar conductos metálicos o placas metálicas conectadas a tierra. Es conveniente que las partes separadas de las secciones metálicas presenten una buena continuidad eléctrica y que las conexiones sean ejecutadas por solapado o por medio de conductores. Con el fin de mantener una impedancia baja del conducto varios tornillos o cintas deben ser distribuidas a lo largo de perímetro del conducto (ver IEC 61000-5-2). Ejemplos de una buena traza de cableado y de técnicas de blindaje se dan en las Figuras B.3 y B.4. Nota: Si la distancia entre las líneas de comunicaciones y el equipamiento electrónico en las zonas generales (no desig-nadas específicamente para las comunicaciones) es superior a 10 m, es recomendable utilizar líneas de señal simétricas con puertos suficientemente aislados, por ejemplo acopladores ópticos, transformadores de aislación o amplificadores aisladores. Además la utilización de cables tripolares puede ser ventajosa.





1

23

4

Referencias: 1. PE, solamente si son utilizados equipos de la Clase I. 2. El eventual blindaje del cable debe ser conectado a tierra en los dos extremos. 3. Panel metálico utilizado como blindaje complementario. 4. Espira de pequeñas dimensiones. Nota: En razón de las pequeñas dimensiones de la espira, la tensión inducida entre el blindaje de cable y el panel metálico es pequeña.

Figura B.3 – Reducción de las dimensiones de la espira utilizando cables blindados próxi-

mos a un panel metálico





3b por ejemplo 0,35 m4

b por ejemplo 0,50 m

20 cm

1

2E

S

Referencias: 1. Fijación de los cables con o sin conexión del blindaje al panel. 2. En los bordes, el campo magnético es mayor que en el centro del panel. E. Líneas de potencia. S. Líneas de comunicaciones.

Figura B.4 – Ejemplos de paneles metálicos utilizados como blindajes complementarios B.7 Actualización de un sistema de protección contra el rayo (SPCR) existente utilizando un blindaje tridimensional (espacial) en la zona LPZ 1 Un SPCR existente (conforme con AEA 92305-3) puede ser mejorado por medio de las siguientes medidas: - integrando las fachadas metálicas existentes y los techos metálicos en el SPCR exterior, - utilizando las barras de refuerzo del hormigón armado de la estructura y de las fachadas cuando pueda asegurarse la continuidad desde el techo hasta la puesta a tierra, - la reducción de la separación entre los conductores de bajada y las mallas del dispositivo captor por debajo de los 5 m, - la instalación de conductores flexibles para las juntas de expansión entre bloques adyacentes pero estructuralmente separados.





B.8 Protección por equipotencialización El sistema de puesta a tierra del sistema de potencia puede no proveer un satisfactorio plano de equipotencialización para las corrientes de descarga del rayo con frecuencias de varios MHz, debido a que su impedancia puede ser demasiado alta a esas frecuencias. Aún con SPCR proyectados conforme a AEA 92305-3, que permite mallas con abertura superior a 5 m y que incluyen la red de equipotencialización contra las descargas de rayo como parte obligatoria del SPCR interno, puede no ser suficiente para sistemas electrónicos sensibles. Esto es debido a que la impedancia de estos sistemas de equipotencialización puede ser todavía demasiado alta para esta aplicación. Una red de equipotencialización mallada con una abertura inferior a 5 m es altamente recomendable. Generalmente es recomendable que el sistema de puesta a tierra no sea utilizado como conductor de retorno del sistema de potencia o de comunicaciones. Por lo tanto el conductor de protección PE debe ser incorporado al sistema de puesta a tierra, pero no debe serlo el conductor PEN. Una conexión directa de un conductor de protección funcional (FE) (por ejemplo: una tierra libre de ruido de un sistema electrónico específico), a la red de equipotencialización, es permitida, porque en este caso la interferencia por acoplamiento en las líneas de potencia o de comunicaciones será muy baja. No se permite la conexión del conductor PEN, u otras partes metálicas conectadas a él, de forma de evitar la interferencia de frecuencia industrial en el sistema electrónico. B.9 Medidas de protección para equipos instalados en el exterior Ejemplo de equipos instalados en el exterior son: sensores de cualquier tipo incluyendo sensores meteorológicos, cámaras de TV de vigilancia, sensores de proceso expuestos (presión, temperatura, caudal, posición de válvulas, etc.) y otros equipos eléctricos, electrónicos o de radio-comunicaciones, situados en el exterior, sobre las estructuras, los mástiles o tanques. B.9.1 Protección de los equipos situados en el exterior Siempre que sea posible, es conveniente que un dispositivo captor sea ubicado de manera de proteger los equipos contra los impactos directos en el interior de la zona LPZ 0B (ver Figura B.5).





LPZ 0A

LPZ 0B

SPD

LPZ 1

r

r

3

45

6

2

1

Referencias: 1. Barra captora 2. Mástil de acero con antenas 3. Baranda 4. Armaduras interconectadas 5. Línea proveniente de una zona LPZ 0B que necesita un descargador a la entrada 6. Línea proveniente de una zona LPZ 1 que puede no necesitar un descargador a la entrada r Radio de la esfera ficticia rodante

Figura B.5 – Protección de antenas y otros equipamientos exteriores





Sobre las estructuras de gran altura, es recomendable aplicar el método de la esfera rodante (ver AEA 92305-3) a los equipos situados sobre el techo o sobre las fachadas con el fin de determinar si un impacto directo es posible y en tal caso, es conveniente ubicar los dispositivos captores necesarios. A menudo las barandas, escaleras, cañerías, etc. pueden cumplir la función de dispositivos captores en forma adecuada. Todos los equipamientos, con la excepción de cierto tipo de antenas, pueden ser protegidos de esta manera. Las antenas, a veces, deben ubicarse en posiciones expuestas para evitar que su comportamiento sea afectado adversamente por los conductores captores o de bajada próxi-mos. Algunas antenas son proyectadas como inherentemente autoprotegidas porque solamente ele-mentos conductores conectados a tierra están expuestos a impactos de rayo. Otras pueden requerir descargadores en sus cables de alimentación para prevenir que transitorios excesivos circulen a través de los cables hasta los transmisores o receptores. Siempre que sea instalado un sistema exterior de protección contra el rayo, es conveniente que el soporte de las antenas sea conectado a la red de equipotencialización. B.9.2 Reducción de las sobretensiones en los cables Instalando los cables en canalizaciones metálicas conectadas a la red de equipotencialización pueden evitarse las altas tensiones o corrientes autoinducidas. Todos los cables relativos a un equipo particular conectados a una antena debes salir de la canalización en un solo punto. Es conveniente aprovechar propiedades blindantes inherentes a la estructura haciendo correr los cables juntos por dentro de componentes tubulares de la estructura o, en el caso de los tanques, por el exterior de los mismos, pero en su proximidad y utilizando los blindajes naturales formados por las canalizaciones, escaleras metá-licas y todo otro material conductor (ver Figura B.6). En los mástiles que posean en su estructura per-files “L”, los cables deberían ser ubicados en el ángulo interno de la “L” para su máxima protección (ver Figura B.7).

A

B C

12

Referencias: 1. Tanque 2. Escalera 3. Canalizaciones Nota: A, B y C son buenas alternativas para ubicar las canalizaciones de cables.

Figura B.6 – Blindajes naturales provistos por escaleras y canalizaciones puestas a tierra





2

1

Referencias: 1. posición ideal de los cables en los ángulos internos de las columnas en forma de “L” 2. emplazamiento alternativo para las canalizaciones de cables en el interior del mástil

Figura B.7 – Ubicaciones ideales para las líneas en los mástiles (corte transversal de una mástil o torre reticulada)

B.10 Mejoramiento de las interconexiones entre estructuras Las líneas que interconectan estructuras separadas son: - aislantes (cables de fibra óptica sin partes metálicas): - metálicas (por ejemplo: cables telefónicos a pares, cables multipolares, guías de onda, cables co-axiales, cables de fibra óptica con partes metálicas continuas). Las protecciones requeridas dependen del tipo de línea, del número de líneas y si las redes de equi-potencialización de las estructuras están interconectadas. B.10.1 Líneas aisladas Si se utilizan cables de fibra óptica sin partes metálicas (por ejemplo: sin armaduras metálicas, barreras metálicas antihumedad o cuerda de tracción metálica) para interconectar estructuras separadas, no es necesario prever protecciones para este tipo de cables. B.10.2 Líneas metálicas Si no se ejecuta una interconexión apropiada de los sistemas de puesta a tierra de estructuras sepa-radas, las líneas metálicas constituyen un camino de baja impedancia para la corriente de descarga del rayo. Por lo tanto, una corriente parcial de descarga del rayo circulará por estas líneas. La conexión a tierra de las líneas, en forma directa o por medio de descargadores a la entrada de las dos zonas LPZ 1, protegerá solamente los equipos dentro de las estructuras, pero no las líneas en el exterior.





Las líneas podrán ser protegidas por la instalación de un conductor de interconexión de las redes de equipotencialización en paralelo con las líneas. La corriente de descarga del rayo será ahora repartida entre las líneas y este conductor. El método recomendado es colocar las líneas dentro de conductos metálicos cerrados e interconec-tados. En este caso, tanto las líneas en el exterior como los equipos en el interior estarán protegidos. Si se ejecuta una interconexión apropiada entre los sistemas de puesta a tierra de ambas estructuras, la protección de las líneas por medio de su inclusión dentro de conductos metálicos cerrados e interco-nectados con ambas estructuras es siempre recomendada. En el caso de numerosos cables de in-terconexión, los blindajes y las armaduras de los cables pueden ser puestos a tierra en cada extremo en lugar de utilizar conductos metálicos.





Anexo C

(informativo)

Coordinación de descargadores C.1 Generalidades Si dos o más descargadores son instalados en cascada en el mismo circuito, deben estar coordinados energéticamente con el fin que los esfuerzos sean compartidos en función de su aptitud para la ab-sorción de energía. Para una coordinación eficaz, las características individuales de los descargadores (como son publi-cadas por el fabricante), el riesgo en el punto de instalación las características de los equipos a pro-teger, necesitan ser consideradas. El riesgo esencial creado por la descarga del rayo es debido a tres componentes: - la corriente de impulso del primer impacto; - las corrientes de impulso de los impactos consecutivos; - la corriente de larga duración. Estos tres componentes son todas corrientes aplicadas (no son corrientes inducidas). Para la coordi-nación de los descargadores dispuestos en cascada, la corriente de primer impacto es el factor decisivo ya que los impactos consecutivos tienen energía específica, carga y amplitud más débiles, pero un frente de onda más escarpado. La corriente de larga duración es un factor de esfuerzo adicional pero no necesita ser considerado para los propósitos de la coordinación. Nota 1: Si el descargador es especificado para el primer impacto, los impactos consecutivos no causarán problemas adi-cionales para ese descargador. Si son utilizadas inductancias como elementos de desacople, los menores tiempos de creci-miento de la corriente facilita la coordinación entre los descargadores. Los parámetros de la corriente de descarga del rayo para los distintos niveles de protección son dados en la Tabla 3 de AEA 92305-1. Sin embargo, un descargador sufrirá los esfuerzos debidos a una parte de la corriente total del rayo. Esto hace necesario la determinación de la forma en que se repartirá la corriente, por simulación por medio de un software de análisis de redes o por aproximación como se indica en el Anexo E de AEA 92305-1. Nota 2: Las funciones analíticas de las corrientes de impulso de corta duración fueron dadas en el Anexo B de AEA 92305-1. La corriente de impulso de primer impacto puede ser simulada utilizando una forma de onda 10/350 μs. Las corrientes parciales y las corrientes inducidas en el sistema pueden tener diferentes formas de onda debido a las interacciones entre la corriente de descarga del rayo y la instalación de baja tensión. Para los propósitos de la coordinación, entonces, las siguientes corrientes de impulso de prueba son consideradas: I10/350 Una corriente de prueba con forma de onda 10/350 μs, se utiliza para ensayar la coordinación de

energía de los descargadores. Para los descargadores previstos para ser utilizados en líneas de potencia, esta forma de onda es usada en el ensayo de Clase I (ver IEC 61643-1), el cual está definido por el valor de la corriente de pico Ipico y su transferencia de carga Q.

I8/20 Una corriente de prueba con forma de onda 8/20 μs. Para descargadores previstos para ser

utilizados en líneas de potencia, esta forma de onda es usada en los ensayos de Clase II (IEC 61643-1).





ICWG Corriente de salida de un generador de onda combinada (IEC 61000-4-5). La forma de onda

depende de la carga (tensión en circuito abierto 1,2/50 μs y corriente de cortocircuito 8/20 μs). Esta corriente de salida es usada para ensayar un descargador de Clase III (IEC 61643-1).

IRAMP Una corriente de prueba con un frente de onda de pendiente 0,1 kA/μs. Está definida para simular

las corrientes parciales de descarga del rayo en una rede que presenta una pendiente de cre-cimiento mínimo en razón de las interacciones entre la corriente de descarga del rayo y la insta-lación de baja tensión. Esta corriente es usada especialmente para probar el desacople de descargadores dispuestos en cascada.

La Figura C.1 muestra un ejemplo de aplicación de distribución de descargadores en una red, según el concepto de las zonas de protección contra el rayo. Los descargadores son instalados en cascada y son elegidos según las exigencias relativas a su particular punto de instalación.

LPZ 0 B

LPZ 0 A

LPZ 1

LPZ 2SPD II

SPD III

SPD II SPD IIISPD I

LPZ 3

Líneade

potencia

SPD I Descargador (por ejemplo: ensayado según la Clase II)

Elemento desacoplador o longitud de cable

Figura C.1 – Ejemplo de instalación de descargadores en una red de potencia Los descargadores elegidos y su integración en el conjunto de una red en el interior de la estructura deben asegurar que la corriente parcial de descarga del rayo sea principalmente derivada a tierra a nivel de la frontera LPZ 0A/LPZ 1. Una vez que la energía inicial de la corriente parcial del rayo ha sido derivada a través del primer descargador, los siguientes descargadores necesitan ser proyectados solamente para hacer frente con

Ninina

rede





la amenaza restante de la interfase LPZ 0A/LPZ 1 y por los efectos de inducción del campo electro-magnético dentro de la zona LPZ 1 (sobre todo si LPZ 1 no posee blindaje electromagnético). Nota 3: Cuando se eligen descargadores en cascada debe considerarse que los descargadores del tipo de tensión de corte pueden no alcanzar su umbral de funcionamiento. Los servicios que penetran desde la zona LPZ 0A (donde son posibles los impactos directos) conducen las corrientes parciales de descarga del rayo. En la interfase de las zonas LPZ 0A a LPZ 1 por lo tanto, son necesarios descargadores probados con Iimp (descargadores probados para la Clase I) para derivar a tierra estas corrientes. Los servicios que penetran desde la zona LPZ 0B (donde se excluyen los impactos directos pero donde están presentes en forma completa los campos electromagnéticos) se deben derivar a tierra solamente las corrientes inducidas. En la interfase de las zonas LPZ 0B/LPZ 1, es conveniente que los efectos de la inducción sean simulados sea por una corriente de impulso de forma de onda 8/20 μs (descargadores probados para la Clase II), sea por una corriente de onda combinada apropiada conforme a IEC 61643-1 (descargadores probados para la Clase III). La amenaza restante de la interfase de las zonas LPZ 0 a la LPZ 1 y los efectos inducidos por el campo electromagnético en la LPZ 1 definen las exigencias a satisfacer por los descargadores de la transición entre las zonas LPZ 1 y LPZ 2. Si no pudiera analizarse detalladamente la amenaza restante, es conveniente que la amenaza esencial sea simulada ya sea por una corriente de impulso de forma de onda 8/20 μs (descargadores probados para la Clase II), ya sea por una forma de onda combinada apropiada conforme a IEC 61643-1 (descargadores probados para la Clase III). Si el descargador en la interfase de las zonas LPZ 0/LPZ 1 es del tipo de corte por tensión, existe la probabilidad que la am-plitud de la corriente de descarga parcial del rayo no sea suficiente para asegurar el cebado. En este caso, los descargadores situados aguas abajo pueden ser sometidos a corrientes de forma de onda 10/350 μs. C.2 Objetivo general de la coordinación de descargadores El objetivo de la coordinación energética es para evitar los esfuerzos excesivos sobre los descarga-dores instalados. Los esfuerzos sobre cada descargador son función de su ubicación y de sus carac-terísticas, por lo que es necesario efectuar un análisis. Si dos o más descargadores son instalados en cascada, es necesario un estudio de la coordinación de los descargadores y de los equipos protegidos. La coordinación energética es alcanzada si la porción de energía a la cual cada descargador está sometido es menor o igual a la energía que puede soportar. Esta coordinación energética necesita ser considerada para las cuatro formas de onda estudiadas en C.1. La energía que puede soportar cada descargador debería ser obtenida de: - ensayos eléctricos ejecutados conforme a IEC 61643-1; - información técnica provista por el fabricante de los descargadores. La Figura C.2 ilustra el modelo básico de coordinación energética para descargadores. Este modelo es solamente válido cuando la impedancia de la red de equipotencialización y la inductancia mutua entre la red de equipotencialización y la instalación formada por la conexión entre los sistemas de protección contra el rayo SPCR 1 y SPCR 2, es despreciable.





Nota: No se requiere el elemento de desacople si la coordinación energética puede ser asegurada por medio de otras medidas (por ejemplo: coordinación de las características tensión/corriente de los descargadores, o el uso de descargadores de corte por tensión especialmente proyectados para cebarse a menores tensiones “triggered DPSs”.

SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2

Elemento desacoplador Lado protegidoPulso

Figura C.2 – Modelo básico de coordinación energética de descargadores La coordinación entre dos descargadores puede ser alcanzada utilizando alguno de los siguientes principios: - Coordinación de las características tensión/corriente (sin elementos de desacople).

Este método está basado en las características tensión/corriente y es aplicable a los descargadores del tipo limitadores de tensión (por ejemplo varistores o diodos supresores de picos). Este método no es muy sensible a la forma de onda de la corriente.

Nota 1: Este método no necesita desacople, aún si algún desacople natural viene dado por la impedancia propia de las líneas.

- Coordinación utilizando elementos de desacople específicos.

Para los propósitos de coordinación, es posible utilizar como elementos de desacople, inductancias o resistencias que posean una resistencia al impulso suficiente. Las resistencias son principalmente utilizadas en aplicaciones de comunicaciones. Las inductancias son principalmente utilizadas en aplicaciones de potencia. Para este método de coordinación, la forma de onda, más particularmente la pendiente del frente de onda de corriente di/dt es el parámetro decisivo.

Nota 2: Los elemento de desacople pueden ser dispositivos discretos o la resistencia y reactancia naturales de los cables situados entre los descargadores.

Nota 3: La inductancia de los cables es aquella de dos conductores en paralelo. Si los dos conductores (fase y tierra) están dentro del mismo cable, la inductancia es de alrededor de 0,5 μH/m a 1 μH/m (en función de la sección de los con-ductores). Si los dos conductores están separados, es conveniente prever inductancias superiores (en función de la dis-tancia entre los conductores).

- Coordinación de descargadores a desconexión (sin elemento de desacople).

La coordinación puede ser realizada también por descargadores a desconexión si el dispositivo electrónico puede asegurar que la capacidad de absorción de energía de los descargadores insta-lados aguas abajo no es excedida.

Nota 4: Este método no necesita desacople, aún si algún desacople natural viene dado por la impedancia propia de las líneas.

Ninina

- Coordinación de descargadores a desconexión (sin elemento de desacople).





C.2.2 Coordinación de dos descargadores del tipo de limitación de tensión La Figura C.3a muestra el diagrama de circuito básico para la coordinación de dos descargadores del tipo de limitación de tensión. La Figura C.3b ilustra la disipación de energía en el circuito. La energía total entregada al sistema aumenta con el crecimiento de la corriente de impulso. Tan pronto como la energía es disipada en cada uno de los dos descargadores no excede su capacidad de resistencia energética, la coordinación es obtenida.

SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2


MOV 2MOV 1

Referencias: MOV: Varistor metal-óxido

Figura C.3a – Circuito con dos descargadores del tipo de limitación de tensión

1,6

1,4

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

1,0

1,2

1,8

2,0

W kJ

Total

MOV 1

Wmax(MOV 1)

MOV 2

Wmax(MOV 2)

I pulso kA

Figura C.3b – Principios de coordinación energética entre MOV 1 y MOV 2

Figura C.3 – Combinación de dos descargadores del tipo de limitación de tensión





Es conveniente que la coordinación energética de dos descargadores sin elementos de desacople sea realizada por sus características de tensión/corriente en el dominio de corriente apropiado. Este método no es muy sensible a la forma de onda de la corriente. Si son utilizadas inductancias como elemento de desacople, la forma de onda de la corriente de impulso debe ser considerada (por ejemplo 10/350 μs o 8/20 μs). Para las formas de onda de baja pendiente (por ejemplo 0,1 kA/μs), las inductancias no son muy efi-caces para el desacople de descargadores del tipo de limitación de tensión. En un descargador des-tinado a líneas de comunicaciones, resulta útil realizar la coordinación mediante resistencias de des-acople (o por la resistencia natural de los cables). Para la coordinación de dos descargadores del tipo de limitación de tensión, la resistencia de cada uno de los descargadores a la forma de onda de la corriente de impulso y a la energía, debe ser tomada en cuenta. La duración de la onda de impulso no será acortada de forma notable con relación a las co-rrientes superpuestas. Las Figuras C.4a y C.4b dan un ejemplo de coordinación energética de dos descargadores del tipo de limitación de tensión en el caso de una onda de impulso 10/350 μs.

2,0 x 10 2

3,0 x 10 2

4,5 x 10 2

6,7 x 10 2

1,0 x 10 3

1,5 x 10 3

U V

10-6 10-3 100 103 105

MOV 1Corriente de choquemáxima

MOV 2Corriente de choquemáxima

Característica - U/I del MOV 1

Uref (1 mA)

I A

Característica - U/I del MOV 2

Nota: Como se ve en este ejemplo, el conocimiento de la tensión de referencia Uref no es suficiente para lograr la coor-dinación.

Figura C.4a – Características tensión/corriente de MOV 1 Y MOV 2





I1 (MOV 1)

I2 (MOV 2)

I pulso

I kA

t ms0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

t ms0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0

200

500

700

800

100

300

400

600

U V

U1 (MOV 1)

U2 (MOV 2)

Figura C.4b – Características de tensión y de corriente de MOV 1 Y MOV 2 bajo una corriente de

impulso 10/350 μs

Figura C.4 – Ejemplo con dos descargadores por limitación de tensión MOV 1 y MOV 2 C.2.3 Coordinación entre un descargador por recorte de tensión y un descargador por limitación de tensión La Figura C.5a muestra un diagrama de circuito básico de esta variante de coordinación entre un descargador del tipo “vía de chispas” (DPS 1) y un varistor (DPS 2). La Figura C.5b ilustra el principio fundamental de coordinación energética de una asociación de un descargador del tipo de recorte de tensión DPS 1 y un descargador del tipo de limitación de tensión DPS 2.

SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2


MOVSG

Figura C.5a – Circuito con vía de chispas y varistor (MOV)





0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Coordinación no lograda

Coordinación lograda

Corriente máxima enexplosor

Energía soportada W max of MOVMOV

No ignición del explosor

Ignición del explosor

SG

MOV

W kJ

I pulso kA Figura C.5b – Principio de coordinación energética entre un descargador del tipo “vía de chis-

pas” y un descargador del tipo de limitación de tensión (MOV) Figura C.5 – Asociación de un descargador del tipo por corte de tensión (vía de chispas) y de

un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) El cebado del descargador del tipo por corte de tensión (DPS 1) depende de la tensión residual Ures en el descargador del tipo de limitación de tensión (DPS 2) y de la caída de tensión dinámica en el ele-mento de desacople UDE. Cuando U1 supera la tensión de cebado USPARK, el descargador se ceba y la coordinación es exitosa. Esto depende de: - las características del varistor (MOV); - el valor y la pendiente del frente de la onda de impulso entrante; - el comportamiento frente al impulso del elemento de desacople (por ejemplo inductancia o resis-tencia). Si una inductancia es utilizada como elemento de desacople, el tiempo de crecimiento y el valor de pico de la corriente de impulso deben ser considerados. Cuanto más elevada sea la relación di/dt, menor ha de ser la inductancia de desacople. Particularmente para los descargadores de la Clase I, ensayados con Iimp y de Clase II ensayados con In, es conveniente tomar en cuenta un corriente de descarga del rayo con una pendiente mínima de 0,1 kA/μs (ver AEA 92305-1, cláusula C.1). La coordinación entre descargadores debe ser asegurada a la vez para la corriente de descarga del rayo de forma de onda 10/350 μs y por la pendiente de la corriente de 0,1 kA/μs. Se recomienda considerar dos situaciones básicas: - Sin cebado del descargador DPS 1 (vía de chispas) (Figura C.6a)

La corriente de impulso total se deriva por el varistor (MOV) (DPS 2). La Figura C.5b muestra que la coordinación no es exitosa si la energía disipada por este impulso es superior a la energía soportada





por el varistor. Si una inductancia se utiliza como elemento de desacople, el caso más desfavorable es una pendiente mínima del frente de la onda de corriente de 0,1 kA/μs.

- Con cebado del descargador DPS 1 (vía de chispas) (Figura C.6b)

Si el descargador del tipo de recorte de tensión (vía de chispas) se ceba, la duración del flujo de corriente a través de varistor se ve considerablemente reducida. Como se muestra en la Figura C.5b la apropiada coordinación se logra cuando en DPS 1 se ceba antes que sea excedida la energía soportada por el varistor MOV.

I2 (MOV)

I pulso

I1 (SG)

I kA1,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0t ms

U2 (MOV)

U1 (SG)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

U KV

t ms

Figura C.6a – Característica tensión/corriente de un descargador por corte de tensión (vía de

chispas) y un descargador por limitación de tensión (varistor) (MOV) con una onda de impulso 10/350 μs (DPS 1 no cebado)





0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50I kA

0 100 200 300 400 500

I1 (SG)

I2 (MOV)

I PULSO

U2 (MOV)

U1 (SG)

0,0

1,0

2,0

3,5U KV

3,0

0 100 200 300 400 500

t µs t µs

Figura C.6b - Característica tensión/corriente de un descargador por corte de tensión (vía de

chispas) y un descargador por limitación de tensión (varistor) (MOV) con una onda de impulso 10/350 μs (DPS 1 cebado)

Figura C.6 – Ejemplo con un descargador por corte de tensión (vía de chispas) y un des-

cargador por limitación de tensión (varistor) MOV) La Figura C.7 muestra el procedimiento para la determinación de la inductancia de desacople para ambos criterios: la corriente de descarga del rayo con onda 10/350 μs tanto como la corriente con frente de onda de pendiente mínima 0,1 kA/μs. Las características dinámicas tensión/corriente para ambos DPS deberían ser tenidas en cuenta para la determinación del elemento de desacople requerido. La condición para una coordinación exitosa requiere que el DPS 1 (vía de chispas) se cebe antes que sea excedido en nivel de energía soportado por el DPS 2 (varistor) (MOV).





SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2

Elemento desacoplador LDE =? Lado protegidoPulso

MOVSG

10/350 or0.1 kA/µs

Condición de tensión dtdiLUUUU DE /221 ⋅+=+= Cebado de SG SPARKUU =1 Coordinación alcanzada Ignición de SG antes que se exceda la energía Wmáx del MOV

Coordinación energética con impulso 10/350 µs Coordinación energética con impulso 0,1 kA/µs

U VCaracterística - U/ I del MOV

UREF (1 mA)

Imax = (Wmax)

I AI1 I210-3

U V

UREF (1 mA)

Imax = (Wmax)

I AI1 I210-3

Característica - U/ I del MOV

))(( 350/101max1 −− ≥< DEDE LLforII ))(( /1,01max1 skADEDE LLforII μ−− ≥<

))(( 350/102max2 −− ≥< DEDE LLforII ))(( /1,02max2 skADEDE LLforII μ−− ≥<

I1

I2

I

t1 t2

Tiempo

U

t1 t2

TiempoU explosor - 2

U explosor - 1

)()//()( 22 máxSPARKDE IfUdondedtdiUUL =−=

)10//()( 2350/10 sIUUL máxSPARKsDE μμ −=− )/1,0/()( 2/1.0 skAUUL SPARKskADE μμ −=−

La inductancia requerida LDE es el mayor valor entre ambas inductancias LDE-10/350 μs y LDE-0,1 kA/μs

Figura C.7 – Determinación de la inductancia de desacople para corrientes de impulso de forma de onda 10/350 μs y 0,1 kA/μs





La ignición de la vía de chispas depende de su tensión de cebado USPARK y de la suma de la tensión U2 en el varistor (DPS 2) y la caída de tensión en el elemento de desacople UDE. La tensión U2 depende de la corriente i (ver característica tensión/corriente del varistor) y UDE = LDE di/dt, depende de la pendiente de la corriente. En el caso de una corriente de impulso de forma de onda 10/350 μs, la pendiente del frente de onda de corriente sIdtdi máx μ10// ≈ depende de la amplitud Imáx del descargador (MOV) (determinada a partir de la energía máxima que puede soportar Wmáx). Debido a que ambas tensiones UDE y U2 son funciones de Imax, la tensión U1 a través del descargador (DPS 1) depende también de Imáx. A mayor valor de Imáx mayor será la pendiente del frente de onda de tensión U1 a través del descargador. Para este criterio, por lo tanto, la tensión de funcionamiento del descargador USPARK viene usualmente dada por la so-bretensión de impulso de 1 kV/μs. Para una rampa de corriente de 0,1 kA/μs, la pendiente de la corriente di/dt = 0,1kA/μs es constante. La caída de tensión UDE es también constante ya que U2 es función de Imáx como antes. Por lo tanto, la pendiente de la tensión U1 en el descargador sigue la característica tensión/corriente del varistor y es mucho más suave que en el primer caso. En razón de las característica dinámica del funcionamiento del descargador del tipo por corte de tensión, su tensión de cebado decrece en un tiempo mayor en el descargador (la duración depende de Imáx debido a la energía Wmáx soportada por el varistor). Además, la tensión de cebado USPARK debería decrecer casi hasta la tensión de operación en CC a 500 V/s por el incremento de la duración del flujo de corriente a través del descargador DPS 2 (MOV). El valor más elevado de las inductancias LDE-10/350μs y LDE-0,1 kA/μs debe finalmente ser aplicado para la inductancia de desacople LDE. Ver como ejemplos las Figuras C.8 y C.9. Nota: Para la determinación de un elemento de desacople en el caso de una instalación de baja tensión, es caso más desfavorable está dado por un cortocircuito en el segundo descargador (U2 = 0), dando un valor máximo de UDE. Si el segundo descargador es del tipo de limitación de tensión, su tensión residual U2 > 0 reducirá considerablemente UDE. La tensión residual es por lo menos mayor que el valor de pico de la tensión de alimentación nominal (por ejemplo, en un sistema de corriente

alterna con alimentación nominal de 230 V, la tensión de pico es VVx 3252302 = . Tomando en cuenta la tensión residual del segundo descargador permite obtener una de las dimensiones adecuadas del elemento de desacople. De otra forma, este elemento resultará sobredimensionado.

SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2

Elemento desacoplador LDE =8µH or 10µH

Lado protegidoPulso10/350

MOV SGCebado a 1kV/µS: 4 kVCebado en d.c: 2 kV

U REF (1 mA) = 510 V Wmax = 1kJ

Figura C.8a – Circuito para la coordinación con una onda de impulso 10/350 μs





0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

I2 (MOV)I PULSO

U1 (SG)

Wmax = 1kJ

Energía (MOV)

Cebado a 1kV/µs: 4kV

I kA U KV W kJ

t ms

Figura C.8b – Características tensión/corriente/energía para LDE = 8 μH para una coordinación no lograda con una onda de impulso 10/350 μs (descargador DPS 1 no cebado)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

I1 (SG)I PULSO ˜

U1 (SG)

Wmax = 1kJ

Energía (MOV)

Cebado a 1kV/µs: 4kV

I kA U KV W kJ

t ms Figura C.8c - Características tensión/corriente/energía para LDE = 10 μH para una coordinación

lograda con una onda de impulso 10/350 μs (descargador DPS 1 cebado) Figura C.8 – Ejemplo de coordinación de un descargador a recorte de tensión (vía de chis-pas) y de un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) con una onda

de impulso 10/350 μs





SPD 1 SPD 2UDE, IDE

U1, I1 U2, I2

Elemento desacoplador LDE = 10µH or 12µH

Lado protegidoPulso 0,1 kA/µs

MOV SGCebado a 1kV/µs: 4 kVCebado en d.c: 2 kV

U REF (1 mA) = 510 V W max = 1kJ

Figura C.9a – Circuito par la coordinación con una onda de impulso de 0,1 kA/μs

U1 (SG)

Wmax = 1kJ

Energía (MOV)

Tensión de cebado del explosor

I kA U KV W kJ

t µs

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 50 100 150 200 250

0

5

10

15

20

25

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

I2 (MOV)

Figura C.9b – Características tensión/corriente/energía para LDE = 10 μH y coordinación ener-gética no lograda para una onda de impulso de 0,1 kA/μs





U1 (SG)

Wmax = 1kJ

Energía (MOV)

Tensión de cebado del explosor

I kA U KV W kJ

t µs

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 50 100 150 200 250

0

5

10

15

20

25

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

I2 (MOV)

Figura C.9c - Características tensión/corriente/energía para LDE = 12 μH y coordinación energé-

tica lograda para una onda de impulso de 0,1 kA/μs Figura C.9 - Ejemplo de coordinación de un descargador a recorte de tensión (vía de chis-

pas) y de un descargador del tipo de limitación de tensión por varistor (MOV) con una onda de impulso 0,1 kA/μs

C.2.4 Coordinación entre dos descargadores por recorte de tensión (vía de chispas) Esta variante de coordinación es descripta utilizando vías de chispas (SG) como ejemplo de tecnología utilizada. Para la coordinación entre vías de chispas, las características de operación dinámica deberán ser consideradas. Luego de la ignición del segundo descargador (SG2), la coordinación debe ser hecha por medio de un elemento de desacople. Para determinar el valor requerido del elemento de desacople, el segundo descargador puede ser reemplazado por un cortocircuito. Para la ignición del primer descargador (SG1), la caída de tensión dinámica a través del elemento de desacople deberá ser más alta que la tensión de operación del primer descargador (SG1). Utilizando inductancias como elementos de desacople, la requerida UDE depende principalmente de lo escarpado del frente de onda de la corriente de impulso. Por lo tanto la forma de onda y la pendiente de su frente deben ser consideradas. Utilizando resistencias como elementos de desacople, la requerida UDE depende principalmente del valor de pico de la corriente de impulso. Este valor debe también ser considerado cuando se elijen los parámetros de comportamiento frente al impulso del dispositivo de desacople.





Después del cebado del primer descargador (SG1), la energía total será repartida de acuerdo con las características tensión/corriente de los elementos individuales. Nota: Para los descargadores del tipo “vía de chispas” y los de descarga gaseosa, la pendiente del frente de onda es esencial. C.3 Variantes básicas de coordinación para los sistemas de protección Existen cuatro variantes para la coordinación de los sistemas de protección: Las tres primeras se basan en tecnologías de descargadores de una sola entrada. La cuarta variante está relacionada con los descargadores de dos entradas con elementos integrados de desacople. Utilizando estas variantes de coordinación, es necesario tener en cuenta los descargadores eventualmente integrados en los equi-pos a proteger. C.3.1 Variante I Todos los descargadores deben presentar una característica continua tensión/corriente (por ejemplo: varistores (MOV), diodos supresores de picos) y la misma tensión residual URES. La coordinación entre los descargadores y el equipo a proteger es normalmente realizada por la impedancia de las líneas entre ellos (ver Figura C.10).

SPD 1MOV SPD 2MOV SPD 3MOV SPD 4MOV

L3 R3 L2 R2 L1 R1

Equipo a ser protegido

Figura C.10 – Principio de coordinación según la variante I – descargadores por limitación de

tensión C.3.2 Variante II Todos los descargadores deben presentar una característica continua tensión/corriente (por ejemplo: varistores (MOV), diodos supresores de picos) y la tensión residual URES aumenta por escalones desde el DPS 1 hasta el DPS 3 (ver Figura C.11). Esta es una variante de coordinación para sistemas de alimentación de potencia. Nota: Esta variante requiere que la tensión residual del descargador incluido en el equipo a ser protegido (DPS 4) sea mayor que la tensión residual del dispositivo descargador situado inmediatamente aguas arriba (DPS 3).





SPD 1MOV SPD 2MOV SPD 3MOV SPD 4MOV Equipo a ser protegido

Figura C.11 – Principio de coordinación según la variante II – descargadores por limitación

de tensión C.3.3 Variante III El descargador 1 presenta una característica discontinua tensión/corriente (análoga a una vía de chispas). Los descargadores aguas abajo presentan una característica continua tensión/corriente (tales como los varistores (MOV) o los diodos supresores de picos). Todos los descargadores tienen la misma tensión residual URES (ver Figura C.12). La característica de esta variante es que, por el comportamiento de recorte del descargador 1, se obtiene una reducción de los tiempos a la mitad de la corriente de impulso 10/350 ms, lo que supone un alivio considerable para los descargadores situados aguas abajo.

SPD 1SG SPD 2MOV SPD 3MOV SPD 4MOV

L3 R3 L2 R2 L1 R1

Equipo a ser protegido

Figura C.12 – Principio de coordinación según la variante III – descargador por recorte de tensión y descargadores por limitación de tensión

C.3.4 Variante IV Es posible ejecutar descargadores de dos entradas que incorporan en su interior las etapas coordi-nadas en cascada con impedancias en serie o filtros (ver Figura C.13). Una coordinación interna exitosa asegura un mínimo de energía transferida a los descargadores situados aguas abajo o al equipo a





proteger. Estos descargadores deberían ser totalmente coordinados con los otros descargadores del sistema según las variantes apropiadas I, II o III.

SPD SPD Terminales de entrada

Terminales de salida

Elemento desacopladorL R

Nota: Las impedancias en serie del filtro pueden ser omitidas si la coordinación en energía está asegurada por otros medios apropiados (por ejemplo coordinación de las características tensión/corriente o utilización de descargadores que se ceben (triggered DPS)). Figura C.13 – Principio de coordinación según la variante IV – varios descargadores en un

único dispositivo C.4 Método de coordinación del tipo “energía pasante” (EP) Impulsos a partir de un generador de onda combinada puede ser usado para seleccionar y coordinar descargadores. La principal ventaja de este método es la posibilidad de tratar el descargador como una caja negra (ver Figura C.14). Para una dada corriente de impulso aplicada a la entrada del DPS 1, los valores a la salida de tensión a circuito abierto y corriente en cortocircuito, son determinados (método de la energía pasante). Estas características de salida son convertidas en una “onda combinada de esfuerzo de 2 ohm (tensión a circuito abierto 1,2/50 μs, corriente en cortocircuito 8/20 μs). La ventaja es que no es necesario conocer la construcción interna del DPS. Nota: Este método da buenos resultados cuando el DPS 2 no influye sobre el comportamiento del DPS 1. Esto significa que las condiciones de impulso a la entrada del DPS 2 son casi totalmente condiciones de corriente. Esto se da cuando las características de tensión/corriente entre el DPS 1 y DPS 2 son muy diferentes (por ejemplo: coordinación entre una vía de chispas y un varistor).





SPD 1 EUT SPD 2UOC (in)

UOC (out)

ISC (out)

Pulso

Generador de

pulsos

Circuito abierto

Corto circuito

Equipo bajo ensayo

Generador de onda combinada

Conversión de Uoc (salida) e Isc (salida) en una onda combinada: Uoc (forma de onda 1,2/50 μs), Isc (forma de onda 8/20 μs), Zi = 2 Ω

Figura C.14 – Principio de coordinación según el método de la energía pasante El fin de este método de coordinación es hacer que los valores de entrada al DPS 2 (la corriente de descarga) comparables con los valores de salida del DPS 1 (nivel de protección en tensión). Para una protección coordinada, la onda combinada equivalente a la salida de un descargador 1 no debe ser superior a la forma de onda que puede absorber sin daño el descargador 2. La onda combinada equivalente a la salida del descargador 1 debe ser determinada en las condiciones más desfavorables de esfuerzo (Imáx, Umáx, energía pasante). Nota: Informaciones complementarias relativas a este método de coordinación son dadas en IEC 61643-12. C.5 Ensayo de coordinación Es conveniente que la coordinación sea demostrada por los siguientes ensayos: 1) Ensayo de coordinación La coordinación puede ser demostrada sobre la base del estudio caso por caso 2) Cálculo Por aproximación para los casos simples. Por medios informáticos para los más complicados. 3) Por aplicación de familias de descargadores coordinados En este caso el fabricante de los descargadores deberá demostrar la coordinación.





Anexo D

(informativo)

Selección y montaje de descargadores coordinados En el caso de sistemas de potencia y de comunicaciones complejos, ambos sistemas deben ser teni-dos en cuenta para la selección y el montaje de adecuados descargadores coordinados. D.1 Selección de los descargadores D.1.1 Selección con respecto al nivel de protección de tensión La tensión de resistencia al impulso Uw del equipamiento a ser protegido debería ser definida por: - para las redes de potencia y sus materiales constitutivos, según IEC 60664-1 - para las redes de comunicaciones y sus materiales constitutivos, según la UIT-T K.20 y UIT-T K.21 - para las otras redes y sus materiales constitutivos, según las informaciones obtenidas de sus fa-bricantes. Una red interna se considera protegida si:

a) Su resistencia a la tensión de impulso Uw es mayor que o igual al nivel de protección de tensión Up del descargador más un margen necesario para tener en cuenta la caída de tensión en los conductores de conexión.

b) El descargador está coordinado energéticamente con el descargador ubicado aguas arriba. Nota 1: El nivel de protección Up de un descargador está relacionado con la tensión residual a una definida corriente nominal In. Para valores de corriente mayores o menores pasantes a través del DPS, el valor de la tensión que aparece entre sus terminales variará consecuentemente. Nota 2: Cuando un descargador es conectado a un equipamiento a ser protegido, la caída de tensión inductiva ΔU e los conductores de conexión deberá sumarse al nivel de protección Up del descargador. El resultante nivel de protección efectivo Up/f, es definido como la suma de la tensión a la salida de un descargador resultante del nivel de protección y la caída de tensión en el cableado de conexión (ver Figura D.1), y puede ser expresado como:

UUU pfp Δ+=/ para descargadores del tipo de limitación de tensión (MOV, diodos supresores)

),(/ UUmáxU pfp Δ= para descargadores del tipo de recorte de tensión (vía de chispas)

Para algunos descargadores del tipo de recorte de tensión puede requerirse adicionar a ΔU la tensión de arco. Esta tensión de arco puede ser tan alta como algunos cientos de volt. Para combinaciones de distintos tipos de descargadores pueden ser necesarias fórmulas más complejas. Si el descargador deriva una corriente parcial de descarga del rayo, una caída de tensión en los conductores de conexión de ΔU = 1 kV por metro de longitud es elegida, o por lo menos un margen de seguridad de 20% es presumida, para una longitud inferior o igual a 0,5 m. Si el descargador no drena más que sobretensiones inducidas, ΔU puede omitirse. Nota 3: Es recomendable comparar el nivel de protección Up con la resistencia a la tensión de impulso Uw del equipo en-sayado en las mismas condiciones que el descargador (sobretensión, sobreintensidad y energía). Esta cuestión está en estudio. Nota 4: Los descargadores pueden estar integrados en los equipos a proteger. Las características de estos descargadores pueden influir sobre la coordinación.





SPD

UL1

UP

UP/f I

UL2 H, dH/dt

Área del lazo

Conductor activo

Barra de equipotencialización

Referencias: I Corriente parcial de descarga del rayo

UUU pfp Δ+=/ Sobretensión entre el conductor activo y el borne de tierra Up Tensión de limitación del descargador

21 LL UUU Δ+Δ=Δ Caída de tensión inductiva en los conductores de conexión

dtdHH /, Intensidad del campo magnético y su derivada con respecto al tiempo La sobretensión Up/f entre el conductor activo y la barra de tierra es superior al nivel de protección Up del descargador debido a la caída de tensión inductiva ΔU en los conductores (aún si los valores máximos de Up y de ΔU no se dan simultáneamente). Además, la corriente parcial del rayo se drena a través del descargador induciendo una tensión adicional en el lazo del lado protegido del circuito, aguas debajo de descargador. Por lo tanto la tensión máxima que pone en peligro al equipo conectado puede ser con-siderablemente mayor que el nivel de protección Up del descargador.

Figura D.1 - Sobretensiones entre un conductor activo y la barra de puesta a tierra





D.1.2 Selección de los descargadores teniendo en cuenta su ubicación y la corriente de descarga Los descargadores deben resistir la descarga de corriente presunta en el lugar de su emplazamiento conforme al Anexo E de AEA 92305-1. La utilización de descargadores depende de su comporta-miento, clasificado en IEC 61643-1 para los sistemas de potencia y en IEC 61643-21 para los sistemas de comunicaciones. Los descargadores deben ser seleccionados según su ubicación como sigue: a) A la entrada de los servicios exteriores a la estructura (en la frontera de la zona LPZ 1, por ejemplo en el tablero principal de distribución)

Descargadores ensayados bajo Iimp (ensayo de la Clase I)

La corriente prescrita Iimp del descargador debe asegurar el pasaje de la corriente parcial de descarga del rayo esperable en esa ubicación basada en la elección del nivel de protección elegido conforme a la cláusula E.1 y/o la cláusula E.2 de AEA 92305-1.

Descargadores ensayados bajo In (ensayo de la Clase II)

Este tipo de descargadores es generalmente utilizado cuando los servicios entrantes están enteramente dentro de la zona LPZ 0B o si la probabilidad de falla de descargadores debido a las fuentes de daño S1 y S3 pueden ser despreciados. La corriente nominal de descarga prescrita In del descargador debe cubrir los impulsos susceptibles de aparecer en la instala-ción conforme a la cláusula E.2.2 de AEA 92305-1.

b) En la proximidad de los equipamientos a proteger (frontera de la zona LPZ 2 y de orden superior, por ejemplo en un tablero seccional o un tomacorrientes).

Descargadores ensayados bajo In (ensayo de la Clase II)

La corriente nominal de descarga prescrita In del descargador debe asegurar la protección según el nivel elegido para esa ubicación en la instalación y se basa en el nivel de protección según la cláusula E.3 de AEA 92305-1.

Descargadores ensayados bajo una forma de onda combinada (ensayo de la Clase III)

La tensión a circuito abierto prescrita Uoc del generador debe elegirse de tal forma que la co-rriente de cortocircuito Isc correspondiente cubra los impulsos susceptibles de aparecer en la instalación y se basan sobre el nivel de protección y conforme, nuevamente, a la cláusula E.3 de AEA 92305-1.

D.2 Instalación de descargadores coordinados La eficacia de los descargadores coordinados depende, no solamente de una elección apropiada, sino esencialmente de su instalación. Los principales aspectos a considerar son: - la ubicación de los descargadores; - los conductores de conexión; - las distancias de protección (oscilaciones);





- las distancias de protección (inducción). D.2.1 Ubicación de los descargadores La ubicación de los descargadores debe estar hecha conforme a D.1.2 y es principalmente afectada por: - una fuente específica de daños (por ejemplo: impacto directo de rayo sobre una estructura (S1) o sobre la línea (S3), sobre el suelo, en la proximidad de la estructura (S2) o de la línea (S4); - la oportunidad cercana de derivar a tierra las sobreintensidades debidas a los impactos de rayo (tan próximo al punto de entrada de la línea en la estructura como sea posible). El primer criterio a considerar es: cuanto más próximo esté ubicado el descargador del punto de entrada de los servicios desde el exterior, mayor la cantidad de equipamiento dentro de la estructura protegido por este descargador (ventaja económica). Entonces el segundo criterio debe ser verificado: cuanto más cercano esté ubicado el descargador al equipamiento a proteger, más efectiva será su protección (ventaja técnica). D.2.2 Conductores de conexión Los conductores de conexión de los descargadores deben presentar las secciones mínimas definidas en la Tabla 1. D.2.3 Distancia de protección Ipo debida a las oscilaciones Durante la operación de un descargador, la tensión entre los terminales del descargador es limitada a Up/f en la ubicación del descargador. Si la longitud del circuito entre el descargador y el equipamiento a proteger es muy larga, la propagación de las ondas de impulso puede dar lugar a un fenómeno osci-latorio. En el caso de un circuito abierto en los terminales del equipamiento protegido, esto puede in-crementar a sobretensión hasta 2.Up/f y puede resultar en una falla del equipamiento, aún si Up/f ≤ Uw. La distancia de protección contra la oscilación Ipo es la distancia máxima del circuito, entre el descar-gador y el equipo a proteger, para el cual la protección del descargador es todavía adecuada (tomando en cuenta el fenómeno oscilatorio y la carga capacitiva). Esto depende de la tecnología del descargador, de las reglas de instalación y de la carga capacitiva. Si la longitud de circuito es menor que 10 m o Up/f < Uw/2, la distancia de protección puede ser despre-ciada. Nota: Cuando la longitud máxima del circuito entre el descargador y el equipamiento es mayor que 10 m y Up/f > Uw/2, la distancia de protección por oscilaciones puede ser estimada por la siguiente ecuación:

[ ] )(// mkUUI fpwpo −=

Donde k = 25 V/m.





D.2.4 Distancia de protección Ipi debido a los fenómenos de inducción En el caso de impactos directos del rayo contra la estructura o sobre el suelo en la proximidad de la estructura, en la espira formada por el descargador y el equipo, una sobretensión inducida se agregará a Up, reduciendo la eficacia del descargador. La sobretensión inducida aumenta con las dimensiones de la espira (traza del cableado, longitud del circuito, distancia entre el conductor de protección PE y los conductores activos, superficie de la espira entre las líneas eléctricas de potencia y de comunicaciones) y disminuye con la atenuación del campo magnético (blindaje tridimensional o de las líneas). La longitud máxima Ipi es la distancia máxima entre el descargador y el equipo, para la cual la protec-ción está asegurada para el equipo (teniendo en cuenta el fenómeno de inducción). La regla general es tratar de minimizar la espira entre el descargador y el equipo si el campo magnético debido a la descarga del rayo es demasiado elevado. Por otra parte, el campo magnético y los efectos de la inducción pueden ser reducidos por: - un blindaje tridimensional del inmueble (LPZ 1) o de los locales (LPZ 2 y de orden superior); - un blindaje de las líneas (cables o canalizaciones blindadas). Si estas precauciones son consecutivas, la distancia de protección Ipi puede ser despreciada. Nota: En condiciones severas (grandes espiras de líneas no blindadas y altos valores de la corriente inductora de descarga del rayo), la distancia de protección, Ipi puede ser calculada por la siguiente ecuación:

[ ] )(// mhUUI fpwpi −=

Donde: h 300 x KS1 x KS2 x KS3 (V/m) para las descargas del rayo en la proximidad de la estructura. h 30000 x KS1 x KS2 x KS3 (V/m) para las descargas del rayo sobre la estructura (caso más desfavorable. KS1, KS2, KS3 son los factores indicados en la cláusula B.3 de AEA 92305-2, es decir: KS1 Factor blindante debido al SPCR o de otros blindajes a la frontera LPZ 0/1 KS2 Factor blindante debido al blindaje de la frontera LPZ 1/2 o de orden superior KS3 Características del cableado interno KS0 Es un factor que toma en cuenta la eficacia del blindaje debido al SPCR en la frontera de la zona LPZ 0/1 y viene dado por: KS0

5,006,0 w× para un SPCR mallado con una abertura de malla de w (m). KS0 Kc para un SPCR no mallado (ver Anexo C de AEA 92305-3). D.2.5 Coordinación de descargadores En una protección por medio de descargadores coordinados, los descargadores en cascada deben ser coordinados energéticamente conforme a IEC 61643-12 o a IEC 61643-22. El constructor de descar-gadores debe dar suficiente información con el fin de realizar la coordinación energética de los des-cargadores. Información complementaria sobre la coordinación de los descargadores están dadas en el Anexo C. D.2.6 Método de instalación de una protección de descargadores coordinados Es conveniente adoptar el método de instalación siguiente:





1) A la entrada de las líneas a la estructura (en la frontera de la zona LPZ 1, por ejemplo en el

tablero principal, instalar un descargador DPS 1 (D.1.2). 2) Determinar la resistencia a los impulsos Uw de las redes internas a proteger. 3) Elegir un nivel de protección Up1 del descargador DPS 1 para asegurar la protección Up/f ≤ Uw. 4) Verificar las exigencias para las distancias de protección Ipo/1 y Ipi/1 (D.2.3 y D.2.4).

Si las condiciones 3) y 4) son satisfechas, el equipamiento está protegido por el descargador SPD 1. De otra forma será necesario instalar uno o más descargadores DPS 2:

5) En la proximidad del equipamiento (frontera de la zona LPZ 2, por ejemplo en SA o SB), instalar un descargador DPS 2 (D.1.2) coordinado energéticamente con el descargador DPS 1 situado aguas arriba (D.2.5).

6) Elegir un nivel de protección Up2 del descargador 2 para asegurar la protección Up/f2 ≤ Uw. 7) Verificar las exigencias para las distancias de protección Ipo/2 y Ipi/2 (D.2.3 y D.2.4).

Si las condiciones 6) y 7) son satisfechas, el equipamiento está protegido por los descargadores coor-dinados 1 y 2. De otra forma será necesario instalar uno o más descargadores DPS 3 en la proximidad del equipa-miento, coordinados energéticamente con los descargadores 1 y 2 situados aguas arriba (D.2.5).

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