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GUIA PRACTICA PARA PROTECCION DE EQUIPOS ELECTRONICOS CONTRA RAYOS
Frentes de voltaje y rayos
Transitorios: arranque de motores, lámparas de descarga, desconexión de equipos
Sobre voltajes: maniobra de interruptores de líneas, inserción de transformadores, bancos de
capacitores
Picos: ciclos de encendido de tiristores, rayos.
Protección contra rayos
BS6651 es la norma inglesa para protección contra rayos, la primera parte que identifica
proteger el edificio y la segunda parte protege los equipos sensibles dentro del edificio.
La primera son mallas de cobre en el techo, con sus bajadas y jabalinas de puesta a tierra
para proteger la estructura, ladrillos, concreto. Protege la envolvente del edificio, pero no
protege los equipos que están dentro del mismo.
La segunda protege los equipos usando SPD (Surge Protection Devices) , los SPD no pueden
proteger contra un rayo directo, ellos se preocupan en neutralizar los frentes de onda
ocasionados en los cables por acople resistivo o inductivo. En particular los SPD deben
conectarse en los alimentadores del equipo a proteger y en los puertos de datos o
comunicaciones del equipo. En riesgo están los cables que tienen una parte de su recorrido
externo al edificio.
Un rayo que cae en la vecindad de 100 m. De los cables o edificios puede inducir hasta 5 Kv
y 1.25 Kamp.
También están en riesgo los equipos que son suministrados mediante línea aérea, si ella
recibe un rayo directamente puede ocasionar daños a todos los equipos que son alimentados
por este circuito. Voltajes desde 6 Kv y 3 KA se presentan.
Guía de protección
El objetivo es difundir estas técnicas para proteger equipos tanto en instalaciones temporales
de Obra como en las definitivas para los Clientes.
Actividad de los rayos
Los rayos si son directos sobre instalaciones que debemos proteger producirán daños
extensos, para estos se instalan cables de guarda, pararrayos Franklin, Jaulas de Faraday en
construcciones.
También los rayos INDIRECTOS ocasionan daños, y son los más numerosos, pero se
pueden manejar sus efectos, desviándolos lo más pronto posible al terreno donde se deben
disipar.
Acoplamiento Resistivo
Cuando un rayo golpea un árbol o un cerro vecino a un edificio o construcción de nuestro
interés provoca la elevación del voltaje del terreno. Afectando a las tuberías enterradas, a los
cables, transfiriendo el voltaje al interior del edificio y por ahí viajará a través del sistema
eléctrico a otras partes de la instalación, provocando peligro a todos los componentes del
sistema. Así mismo si hay cables de comunicaciones ellos servirán de puente para provocar
daños en edificios vecinos.
Acoplamiento inductivo
Las enormes corrientes del rayo al caer a tierra mediante descargadores establecen un
camino que genera un campo electromagnético que induce a otros conductores, de fuerza
principalmente por que no están apantallados, voltajes destructivos de varios Kvs.
Acoplamiento capacitivo
Debido a la naturaleza de alta frecuencia de los rayos, se acopla capacitivamente entre
arrollamientos de Alta a Baja tensión. Provocando fallas en las fuentes de equipos
electrónicos que son más sensibles y débiles.
Dispositivos de protección
Magnitudes y componentes
IEC 664 define los límites prácticos para el voltaje de ruptura del aislamiento del cable o
sistema dentro de un edificio. BS6651 se refiere a IEEE C62.41 (se trata respecto a las
mediciones de voltajes de frente de onda en sistemas de cableado) para definir el máximo
voltaje de onda que un SPD debe desviar satisfactoriamente sin fallar el en el intento para
proteger el equipo.
IEEE C62.41 dice que si hay ramales de distribución de largo mayor de 20 m. Debe ser 6 Kv.
y 500 A. Por que el circuito atenúa a la onda, definido como categoría “A”.
IEEE C62.41 dice que el máximo voltaje en los bornes primarios de un sistema de barras
debe ser 6 Kv, con 3 KA., definido como Categoría “B”
IEEE C62.41 establece para Datos y comunicaciones el tipo “C”, 1 Kv., y 10 KA., por que los
cables de datos y comunicaciones no atenúan las ondas, como lo hacen los cables de
distribución.
Los componentes tienen diversas características de operación, unos son más robustos, otros
más rápidos para actuar, entonces es necesario una combinación de estos para tener una
protección adecuada.
Hay tres tipos principales:
a) GDT (gas discharge tubes= Tubos de descarga en gas)
b) MOV (metal oxide varistors= varistores de óxido metálico)
c) Diodos de alta velocidad.
Los GDT manejan altas corrientes, pero lentos dejando pasar frentes de onda antes de actuar
Los MOV manejan altas corrientes pero el voltaje residual depende del valor de la corriente.
Los diodos manejan corrientes bajas pero son muy rápidos
SPD para sistemas de Fuerza
Voltaje límite < 1 KV, Categoría “B”, 6 Kv., 3 KA.
Operación: fase – neutro ; fase – tierra ; neutro – tierra.
Corriente pico: Cat. A = > 1 KA.
Corriente pico: Cat. B = > 3 KA.
Corriente pico: Cat. C = > 10 KA,
un equipo de 20 KA podrá soportar más eventos de corrientes menores.
Corriente de fuga: <0,5 mA
Indicación: Visual de su estado
Contacto libre de potencial: para advertir a panel remoto la existencia de un fallo del SPD y
que hay una condición de protección reducida.
IP 40 para interiores y IP65 para ubicaciones interiores.
Temperatura / humedad: según requerimientos de la zona
El SPD no debe afectar al suministro de energía.
SPD para sistemas de Datos y Telecomunicaciones
El protector del sistema en este caso debe estar preparado para evitar el daño al más
sensible de los componentes del circuito. Están definidas en función de su ubicación.
Categoría A son los lugares en interior con ramales desde el tablero de acometida principal
son mayores de 20 m.
Categoría B son los lugares a menos de 20 m del tablero principal de acometida.
Categoría C son los lugares en exterior, por que pueden recibir una descarga directa de rayo.
Voltaje límite < doble del voltaje de uso (24 V o 48 V) 10 KA.
Corriente pico: Cat. C bajo = > 2.5 KA.
Corriente pico: Cat. C alto = > 10 KA.
un equipo de 20 KA podrá soportar más eventos de corrientes menores.
Pérdida por inserción: expresada en metros de cable de acometida.
Ancho de Banda: 3 dB en un sistema de 50 ohms.
Resistencia en línea: si la resistencia es 0, es posible que en algunas condiciones no proteja.
Voltaje residual: indicación del efecto del SPD en la red.
Capacitancia Shunt: esto afecta el ancho de banda.
Temperatura / humedad: según requerimientos de la zona
El SPD no debe afectar la normal operación del sistema..
Instalación Práctica de SPD
Fuerza:
Paralelo: el SPD debe ser conectado cerca al tablero a proteger, con cables de menos de 1 m. De
largo
Serie: Para reducir el riesgo del efecto de acoplamientos inductivos o capacitivos se coloca en serie
justo a la entrada del equipo a proteger.
Protección contra rayos en estructuras
Protección contra rayos:
Verificar que el edificio tenga malla en el techo con cuadrillado de 10 m por lado.
Verificar que las bajadas sean al menos cada 20 m. Lineales de perímetro de techo.
Verificar que las conexiones de las bajadas a las jabalinas sean seguras y fuertes.
Protección del equipo interno:
Verificar que la alimentación de fuerza tiene SPD a menos de 1 m.
Verificar que las líneas de comunicaciones tienen SPD a menos de 1 m.
Verificar si el PLC, INSTRUMENTOS, equipos electrónicos sensitivos tienen SPD a menos de 1 m.
Verificar si los cables de datos, comunicaciones, etc. de más de 10 m de largo sean aéreos o
subterráneos están equipados con SPD en el lado del equipo de control.
Verificar que cualquier equipo sensible, importante para el proceso, de difícil obtención o delicado
este equipado con SPD a menos de 1 m.