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Protección interna
contra rayos

La protección externa contra descargas de rayos no es suficiente en instalaciones que incluyen equipos eléctricos o electrónicos. En un sistema de protección integral, se requiere la protección interna de las redes técnicas de energía y de datos que acceden a los equipos para salvaguardar los equipos eléctricos y electrónicos; estos últimos de gran vulnerabilidad, dadas las pequeñas tensiones de aislamiento que soportan y su extremada sensibilidad a las perturbaciones ocasionadas por descargas en las líneas de energía o datos, elevación del potencial de la toma de tierra debido a descargas en las proximidades de la instalación, procesos de conmutación, etc.

La adecuada selección y disposición de los dispositivos de protección interna contra rayos y sobretensiones exige, por un lado, la aplicación del principio de protección escalonada y, por otro, debe garantizarse la coordinación energética de los mismos. El objetivo es conseguir que, al llegar al equipo, la sobretensión quede lo suficientemente atenuada como para que no produzca ningún deterioro en el mismo.


Protección de líneas de energía

La protección de las líneas de alimentación de baja tensión consiste principalmente en disponer una protección escalonada, definiendo una serie de zonas de protección contra rayos, orientada a la compatibilidad electromagnética, que determinan, entre otros aspectos, los puntos de emplazamiento de los descargadores y las diferentes exigencias que dichos descargadores deben cumplir.

Como primera etapa de protección (zona de protección contra rayo 0A-1), se precisa un "rompeolas" que pueda soportar la mayor parte de la corriente de rayo y crear un entorno soportable para los descargadores conectados posteriormente. Este objetivo lo cumplen los dispositivos de clase I que se instalan en los puntos de conexión con la red o acometida. Básicamente, son vías de chispas de ejecución compacta, capaces de reducir la onda de corriente de choque de rayo 10/350 a valores tolerados, transformándola en una onda de corriente de choque 8/20 que puede ser soportada por los descargadores de sobretensiones dispuestos posteriormente.

Al utilizar vías de chispas en redes técnicas de energía, hay que tener muy en cuenta que dichos elementos tienen que apagar, con total seguridad, la corriente consecutiva de red, que se origina durante el proceso de derivación.

De la segunda etapa de protección (zona de protección contra rayo 1-2) tiene que derivar la parte restante de la onda de corriente de choque 8/20, reduciendo las tensiones a valores tolerables para la instalación. En este caso, el elemento de protección es un dispositivo de clase II que se instalará en la distribución y que físicamente se trata de un varistor (resistencia dependiente de la tensión). Los modernos varistores de óxido metálico se caracterizan por un comportamiento rápido de respuesta y por bajas tensiones residuales (nivel de protección).

La tercera etapa de protección (zona de protección contra rayo 2-3) implica tomar en consideración especialmente los requisitos y exigencias específicos de los equipos a proteger. Se instalará en esta zona un dispositivo de clase III en el equipo terminal. Con un circuito de varistores emplazado entre el conductor exterior y el neutro se limitan las sobretensiones que pueden ocasionarse como consecuencia de conmutación e inducciones. Las corrientes de choque son derivadas a tierra mediante vías de chispas de gas.

Una elección y/o disposición errónea de estos dos tipos de descargadores supone, por un lado, una protección inadecuada y, por otro, la destrucción del descargador y riesgo de daños importantes en la instalación.

Para facilitar la interacción de estas tres zonas de protección es indispensable una coordinación energética. Esta se garantiza mediante el desacoplo energético de ambos tipos de protecciones. Este desacoplo se obtiene mediante la impedancia de los cables de la línea como elemento de desacoplo. Dependiendo del cableado se deducen las longitudes mínimas de conductores entre los descargadores.

Si no es posible alcanzar las longitudes mínimas para obtener el desacoplo, se recurre a descargadores combinados clase I+II que integran en un solo punto la protección contra rayos y sobretensiones.

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Protección de líneas de telefonía y de transmisión de datos

Los descargadores de corrientes de rayo y sobretensiones diseñados para la protección de líneas de transmisión de datos en general (audio, video, telefonía, informática, etc.) se instalan en serie. En este caso, debe primar siempre el principio de seguridad y, por tanto, en ningún caso se podrá admitir una distorsión de señal en los circuitos protegidos con descargadores de sobretensión como consecuencia de la existencia de los mismos.

La elección de estas protecciones es más compleja y debe atender diferentes aspectos: consumos, frecuencias, formato, tipo de cable, conector, tensiones de trabajo, entre otros. Todo ello da lugar a un amplio programa de productos para múltiples y variadas aplicaciones.

Por ende, en la planificación y realización de una protección contra rayos y sobretensiones es preciso contemplar un concepto de protección integral. Las normas IEC 62.305 y 61.643 regulan esta materia tanto en lo que se refiere a su diseño como a los niveles de protección, características de los materiales, etc., con el objetivo de aportar la mayor seguridad posible a personas, instalaciones y equipos.

Por Claudio Loyola, Ingeniería Desimat.   ingenieria@desimat.cl
Octubre 2009
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