BS EN IEC 62305 Norma de protección contra rayos
La norma BS EN / IEC 62305 para protección contra rayos se publicó originalmente en septiembre de 2006, para reemplazar la norma anterior, BS 6651: 1999. Para 
período finito, BS EN / IEC 62305 y BS 6651 se ejecutaron en paralelo, pero a partir de agosto de 2008, BS 6651 ha sido retirado y ahora BS EN / IEC 63205 es el estándar reconocido para protección contra rayos.
La norma BS EN / IEC 62305 refleja una mayor comprensión científica de los rayos y sus efectos durante los últimos veinte años y hace un balance del creciente impacto de la tecnología y los sistemas electrónicos en nuestras actividades diarias. Más compleja y exigente que su predecesora, BS EN / IEC 62305 incluye cuatro partes distintas: principios generales, gestión de riesgos, daños físicos a las estructuras y peligros para la vida, y protección de sistemas electrónicos.
Estas partes de la norma se presentan aquí. En 2010, estas partes se sometieron a una revisión técnica periódica, y las partes 1, 3 y 4 actualizadas se publicaron en 2011. La parte 2 actualizada está actualmente en discusión y se espera que se publique a finales de 2012.
La clave para BS EN / IEC 62305 es que todas las consideraciones para la protección contra rayos se basan en una evaluación de riesgos completa y compleja y que esta evaluación no solo tiene en cuenta la estructura a proteger, sino también los servicios a los que está conectada la estructura. En esencia, la protección estructural contra rayos ya no se puede considerar aisladamente, la protección contra sobretensiones transitorias o sobretensiones eléctricas es parte integral de BS EN / IEC 62305.
Estructura de BS EN / IEC 62305
La serie BS EN / IEC 62305 consta de cuatro partes, todas las cuales deben tenerse en cuenta. Estas cuatro partes se describen a continuación:
Parte 1: Principios generales
BS EN / IEC 62305-1 (parte 1) es una introducción a las otras partes del estándar y esencialmente describe cómo diseñar un sistema de protección contra rayos (LPS) de acuerdo con las partes adjuntas del estándar.
Parte 2: Gestión de riesgos
BS EN / IEC 62305-2 (parte 2) enfoque de gestión de riesgos, no se concentra tanto en el daño puramente físico a una estructura causado por la descarga de un rayo, sino más en el riesgo de pérdida de vidas humanas, pérdida de servicio al público, pérdida de patrimonio cultural y pérdida económica.
Parte 3: Daños físicos a estructuras y peligro para la vida
BS EN / IEC 62305-3 (parte 3) se relaciona directamente con la mayor parte de BS 6651. Se diferencia de BS 6651 en que esta nueva parte tiene cuatro clases o niveles de protección de LPS, a diferencia de los dos básicos (ordinarios y alto riesgo) en BS 6651.
Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos
dentro de las estructuras, BS EN / IEC 62305-4 (parte 4) cubre la protección de los sistemas eléctricos y electrónicos alojados dentro de las estructuras. Incorpora lo que el Anexo C en BS 6651 transmite, pero con un nuevo enfoque zonal denominado Zonas de Protección contra Rayos (LPZ). Proporciona información para el diseño, instalación, mantenimiento y prueba de un sistema de protección de impulso electromagnético de rayos (LEMP) (ahora denominado Medidas de protección contra sobretensiones - SPM) para sistemas eléctricos / electrónicos dentro de una estructura.
La siguiente tabla ofrece un esquema general de las variaciones clave entre la norma anterior, BS 6651 y BS EN / IEC 62305.
BS EN / IEC 62305-1 Principios generales
Esta parte inicial del conjunto de normas BS EN / IEC 62305 sirve como introducción a las demás partes de la norma. Clasifica las fuentes y tipos de daños a evaluar e introduce los riesgos o tipos de pérdidas a anticipar como resultado de la actividad del rayo.
Además, define las relaciones entre daños y pérdidas que forman la base para los cálculos de evaluación de riesgos en la parte 2 de la norma.
Se definen los parámetros de la corriente del rayo. Estos se utilizan como base para la selección e implementación de las medidas de protección apropiadas detalladas en las partes 3 y 4 de la norma. La Parte 1 de la norma también introduce nuevos conceptos a tener en cuenta al preparar un esquema de protección contra rayos, como las Zonas de protección contra rayos (LPZ) y la distancia de separación.
Daños y pérdidas
BS EN / IEC 62305 identifica cuatro fuentes principales de daño:
S1 parpadea a la estructura
S2 parpadea cerca de la estructura
S3 parpadea a un servicio
S4 parpadea cerca de un servicio
Cada fuente de daño puede resultar en uno o más de tres tipos de daño:
D1 Lesión de seres vivos por tensión de paso y contacto
D2 Daño físico (fuego, explosión, destrucción mecánica, liberación química) debido a los efectos de la corriente del rayo, incluidas las chispas.
D3 Fallo de los sistemas internos debido al impulso electromagnético del rayo (LEMP)
Los siguientes tipos de pérdidas pueden resultar de daños debidos a rayos:
L1 Pérdida de vidas humanas
L2 Pérdida de servicio al público
L3 Pérdida del patrimonio cultural
L4 Pérdida de valor económico
Las relaciones de todos los parámetros anteriores se resumen en la Tabla 5.
La Figura 12 en la página 271 muestra los tipos de daños y pérdidas resultantes de los rayos.
Para obtener una explicación más detallada de los principios generales que forman la parte 1 de la norma BS EN 62305, consulte nuestra guía de referencia completa "Una guía para BS EN 62305". Aunque se centra en el estándar BS EN, esta guía puede proporcionar información de apoyo de interés para los consultores que diseñan el equivalente de IEC. Consulte la página 283 para obtener más detalles sobre esta guía.
Criterios de diseño del esquema
La protección ideal contra rayos para una estructura y sus servicios conectados sería encerrar la estructura dentro de una pantalla metálica (caja) conectada a tierra y perfectamente conductora, y además proporcionar la unión adecuada de cualquier servicio conectado en el punto de entrada a la pantalla.
Esto, en esencia, evitaría la penetración de la corriente del rayo y el campo electromagnético inducido en la estructura. Sin embargo, en la práctica, no es posible ni rentable llegar a tales extremos.
Por lo tanto, esta norma establece un conjunto definido de parámetros de corrientes de rayo donde las medidas de protección, adoptadas de acuerdo con sus recomendaciones, reducirán cualquier daño y pérdida consecuente como resultado de un rayo. Esta reducción de daños y pérdidas consecuentes es válida siempre que los parámetros de caída de rayos caigan dentro de límites definidos, establecidos como Niveles de Protección contra Rayos (LPL).
Niveles de protección contra rayos (LPL)
Se han determinado cuatro niveles de protección basados en parámetros obtenidos de artículos técnicos publicados anteriormente. Cada nivel tiene un conjunto fijo de parámetros de corriente de rayo máxima y mínima. Estos parámetros se muestran en la Tabla 6. Los valores máximos se han utilizado en el diseño de productos tales como componentes de protección contra rayos y dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD). Los valores mínimos de la corriente del rayo se han utilizado para derivar el radio de la esfera rodante para cada nivel.
Para obtener una explicación más detallada de los niveles de protección contra rayos y los parámetros de corriente máxima / mínima, consulte la Guía de BS EN 62305.
Zonas de protección contra rayos (LPZ)
El concepto de Zonas de Protección contra Rayos (LPZ) se introdujo en BS EN / IEC 62305 particularmente para ayudar a determinar las medidas de protección necesarias para establecer medidas de protección para contrarrestar el Impulso Electromagnético del Rayo (LEMP) dentro de una estructura.
El principio general es que el equipo que requiera protección debe estar ubicado en una LPZ cuyas características electromagnéticas sean compatibles con la capacidad de resistencia o inmunidad al estrés del equipo.
El concepto se adapta a las zonas exteriores, con el riesgo de un rayo directo (LPZ 0A), o riesgo de que ocurra una corriente de rayo parcial (LPZ 0B) y niveles de protección dentro de las zonas internas (LPZ 1 y LPZ 2).
En general, cuanto mayor sea el número de la zona (LPZ 2; LPZ 3, etc.), menores serán los efectos electromagnéticos esperados. Por lo general, cualquier equipo electrónico sensible debe estar ubicado en LPZ con números más altos y estar protegido contra LEMP por las medidas de protección contra sobretensiones relevantes ('SPM' como se define en BS EN 62305: 2011).
SPM se conocía anteriormente como un sistema de medidas de protección LEMP (LPMS) en BS EN / IEC 62305: 2006.
La Figura 13 destaca el concepto LPZ aplicado a la estructura y a la SPM. El concepto se amplía en BS EN / IEC 62305-3 y BS EN / IEC 62305-4.
La selección del SPM más adecuado se realiza mediante la evaluación de riesgos de acuerdo con BS EN / IEC 62305-2.
BS EN / IEC 62305-2 Gestión de riesgos
BS EN / IEC 62305-2 es clave para la correcta implementación de BS EN / IEC 62305-3 y BS EN / IEC 62305-4. La evaluación y la gestión del riesgo están ahora
significativamente más profundo y extenso que el enfoque de BS 6651.
BS EN / IEC 62305-2 se ocupa específicamente de realizar una evaluación de riesgos, cuyos resultados definen el nivel de Sistema de protección contra rayos (LPS) requerido. Mientras que BS 6651 dedicó 9 páginas (incluidas las cifras) al tema de la evaluación de riesgos, BS EN / IEC 62305-2 contiene actualmente más de 150 páginas.
La primera etapa de la evaluación de riesgos es identificar en cuál de los cuatro tipos de pérdida (como se identifica en BS EN / IEC 62305-1) puede incurrir la estructura y su contenido. El objetivo último de la evaluación de riesgos es cuantificar y, si es necesario, reducir los riesgos primarios relevantes, es decir:
R1 riesgo de pérdida de vidas humanas
R2 riesgo de pérdida de servicio al público
R3 riesgo de pérdida del patrimonio cultural
R4 riesgo de pérdida de valor económico
Para cada uno de los tres primeros riesgos principales, un riesgo tolerable (RT) Está establecido. Estos datos se pueden obtener en la Tabla 7 de IEC 62305-2 o la Tabla NK.1 del Anexo Nacional de BS EN 62305-2.
Cada riesgo primario (Rn) se determina a través de una larga serie de cálculos según se define en la norma. Si el riesgo real (Rn) es menor o igual que el riesgo tolerable (RT), entonces no se necesitan medidas de protección. Si el riesgo real (Rn) es mayor que su correspondiente riesgo tolerable (RT), entonces deben instituirse medidas de protección. El proceso anterior se repite (utilizando nuevos valores que se relacionan con las medidas de protección elegidas) hasta Rn es menor o igual a su correspondiente RT. Es este proceso iterativo, como se muestra en la Figura 14, el que decide la elección o, de hecho, el Nivel de protección contra rayos (LPL) del Sistema de protección contra rayos (LPS) y las Medidas de protección contra sobretensiones (SPM) para contrarrestar el impulso electromagnético del rayo (LEMP).
BS EN / IEC 62305-3 Daños físicos a estructuras y peligro para la vida
Esta parte del conjunto de normas se ocupa de las medidas de protección dentro y alrededor de una estructura y, como tal, se relaciona directamente con la mayor parte de BS 6651.
El cuerpo principal de esta parte de la norma brinda orientación sobre el diseño de un sistema de protección contra rayos (LPS) externo, LPS interno y programas de mantenimiento e inspección.
Sistema de protección contra rayos (LPS)
BS EN / IEC 62305-1 ha definido cuatro niveles de protección contra rayos (LPL) basados en las corrientes probables mínima y máxima del rayo. Estos LPL se equiparan directamente a las clases de sistemas de protección contra rayos (LPS).
La correlación entre los cuatro niveles de LPL y LPS se identifica en la Tabla 7. En esencia, cuanto mayor es LPL, se requiere una clase más alta de LPS.
La clase de LPS que se instalará se rige por el resultado del cálculo de la evaluación de riesgos destacado en BS EN / IEC 62305-2.
Consideraciones de diseño de LPS externos
El diseñador de protección contra rayos debe considerar inicialmente los efectos térmicos y explosivos causados en el punto de un rayo y las consecuencias para la estructura en consideración. Dependiendo de las consecuencias, el diseñador puede elegir cualquiera de los siguientes tipos de LPS externos:
- aislado
- No aislado
Por lo general, se elige un LPS aislado cuando la estructura está construida con materiales combustibles o presenta un riesgo de explosión.
Por el contrario, se puede instalar un sistema no aislado donde no exista tal peligro.
Un LPS externo consta de:
- Sistema de terminación de aire
- Sistema de conductor de bajada
- Sistema de puesta a tierra
Estos elementos individuales de un LPS deben conectarse entre sí utilizando componentes de protección contra rayos (LPC) apropiados que cumplan (en el caso de BS EN 62305) con la serie BS EN 50164 (tenga en cuenta que esta serie BS EN debe ser reemplazada por la BS EN / IEC Serie 62561). Esto asegurará que en el caso de una descarga de corriente de rayo a la estructura, el diseño correcto y la elección de los componentes minimizarán cualquier daño potencial.
Sistema de terminación de aire
La función de un sistema de terminación de aire es capturar la corriente de descarga del rayo y disiparla a tierra sin causar daño a través del conductor de bajada y el sistema de terminación de tierra. Por lo tanto, es de vital importancia utilizar un sistema de captación de aire correctamente diseñado.
BS EN / IEC 62305-3 aboga por lo siguiente, en cualquier combinación, para el diseño de la terminal aérea:
- Varillas de aire (o remates), ya sean mástiles independientes o conectados con conductores para formar una malla en el techo
- Conductores de catenaria (o suspendidos), ya sea que estén soportados por mástiles autoportantes o conectados con conductores para formar una malla en el techo.
- Red de conductores mallados que pueden estar en contacto directo con el techo o estar suspendido sobre él (en el caso de que sea de suma importancia que el techo no esté expuesto a descargas directas de rayos)
La norma deja bastante claro que todos los tipos de sistemas de captación de aire que se utilicen deberán cumplir los requisitos de posicionamiento establecidos en el cuerpo de la norma. Destaca que los componentes de la toma de aire deben instalarse en esquinas, puntos expuestos y bordes de la estructura. Los tres métodos básicos recomendados para determinar la posición de los sistemas de captación son:
- El método de la esfera rodante
- El método del ángulo protector
- El método de la malla
Estos métodos se detallan en las páginas siguientes.
El método de la esfera rodante
El método de la esfera rodante es un medio simple de identificar áreas de una estructura que necesita protección, teniendo en cuenta la posibilidad de golpes laterales a la estructura. El concepto básico de aplicar la esfera rodante a una estructura se ilustra en la Figura 15.
El método de la esfera rodante se utilizó en BS 6651, con la única diferencia de que en BS EN / IEC 62305 hay diferentes radios de la esfera rodante que corresponden a la clase relevante de LPS (consulte la Tabla 8).
Este método es adecuado para definir zonas de protección para todo tipo de estructuras, particularmente aquellas de geometría compleja.
El método del ángulo protector
El método del ángulo de protección es una simplificación matemática del método de la esfera rodante. El ángulo de protección (a) es el ángulo creado entre la punta (A) de la varilla vertical y una línea proyectada hacia la superficie sobre la que se asienta la varilla (ver Figura 16).
El ángulo de protección proporcionado por una varilla de aire es claramente un concepto tridimensional por el cual se asigna a la varilla un cono de protección barriendo la línea AC en el ángulo de protección 360º completos alrededor de la varilla de aire.
El ángulo de protección difiere según la altura variable de la varilla de aire y la clase de LPS. El ángulo de protección proporcionado por una varilla de aire se determina a partir de la Tabla 2 de BS EN / IEC 62305-3 (consulte la Figura 17).
La variación del ángulo de protección es un cambio a la zona de protección simple de 45º que se ofrece en la mayoría de los casos en BS 6651. Además, la nueva norma usa la altura del sistema de captación de aire sobre el plano de referencia, ya sea el nivel del suelo o del techo (Ver Figura 18).
El método de la malla
Este es el método que se usó más comúnmente según las recomendaciones de BS 6651. Nuevamente, dentro de BS EN / IEC 62305 se definen cuatro tamaños de malla de terminación de aire diferentes y corresponden a la clase relevante de LPS (ver Tabla 9).
Este método es adecuado donde las superficies lisas requieren protección si se cumplen las siguientes condiciones:
- Los conductores de captación de aire deben colocarse en los bordes del techo, en los voladizos del techo y en las crestas del techo con una inclinación superior a 1 en 10 (5.7º)
- Ninguna instalación de metal sobresale por encima del sistema de captación de aire
La investigación moderna sobre los daños causados por los rayos ha demostrado que los bordes y esquinas de los techos son los más susceptibles a los daños.
Por lo tanto, en todas las estructuras, especialmente con techos planos, los conductores perimetrales deben instalarse lo más cerca posible de los bordes exteriores del techo.
Al igual que en BS 6651, la norma actual permite el uso de conductores (ya sean piezas metálicas fortuitas o conductores LP dedicados) debajo del techo. Las varillas de aire verticales (remates) o las placas de impacto deben montarse sobre el techo y conectarse al sistema conductor debajo. Las varillas de aire deben estar espaciadas a no más de 10 m de distancia y si se usan placas de impacto como alternativa, estas deben colocarse estratégicamente sobre el área del techo a no más de 5 m de distancia.
Sistemas de captación de aire no convencionales
A lo largo de los años, se ha producido un gran debate técnico (y comercial) sobre la validez de las afirmaciones hechas por los proponentes de tales sistemas.
Este tema se discutió ampliamente dentro de los grupos de trabajo técnicos que compilaron BS EN / IEC 62305. El resultado fue permanecer con la información contenida en esta norma.
BS EN / IEC 62305 establece inequívocamente que el volumen o la zona de protección proporcionada por el sistema de captación (por ejemplo, barra de aire) se determinará únicamente por la dimensión física real del sistema de captación.
Esta declaración se refuerza dentro de la versión 2011 de BS EN 62305, al estar incorporada en el cuerpo de la norma, en lugar de formar parte de un anexo (Anexo A de BS EN / IEC 62305-3: 2006).
Normalmente, si la varilla de aire tiene 5 m de altura, la única reivindicación para la zona de protección proporcionada por esta varilla de aire se basaría en 5 my la clase relevante de LPS y no en ninguna dimensión mejorada reclamada por algunas varillas de aire no convencionales.
No se contempla ningún otro estándar que funcione en paralelo con este estándar BS EN / IEC 62305.
Componentes naturales
Cuando los techos metálicos se consideran una disposición de terminación de aire natural, BS 6651 brindó orientación sobre el espesor mínimo y el tipo de material en consideración.
BS EN / IEC 62305-3 proporciona una guía similar, así como información adicional si el techo debe considerarse a prueba de perforaciones por descargas de rayos (ver Tabla 10).
Siempre debe haber un mínimo de dos conductores de bajada distribuidos alrededor del perímetro de la estructura. Siempre que sea posible, los conductores de bajada deben instalarse en cada esquina expuesta de la estructura, ya que las investigaciones han demostrado que transportan la mayor parte de la corriente del rayo.
Componentes naturales
BS EN / IEC 62305, como BS 6651, fomenta el uso de piezas metálicas fortuitas en o dentro de la estructura para ser incorporadas en el LPS.
Mientras que BS 6651 fomentaba una continuidad eléctrica al utilizar barras de refuerzo ubicadas en estructuras de hormigón, también lo hace BS EN / IEC 62305-3. Además, establece que las barras de refuerzo están soldadas, sujetas con componentes de conexión adecuados o superpuestas un mínimo de 20 veces el diámetro de la barra. Esto es para asegurar que las barras de refuerzo que puedan transportar corrientes de rayos tengan conexiones seguras de un tramo al siguiente.
Cuando es necesario conectar barras de refuerzo internas a conductores de bajada externos o redes de puesta a tierra, cualquiera de las disposiciones que se muestran en la Figura 20 es adecuada. Si la conexión del conductor de unión a la barra de refuerzo se va a revestir de hormigón, la norma recomienda que se utilicen dos abrazaderas, una conectada a una longitud de barra de refuerzo y la otra a una longitud de barra de refuerzo diferente. Luego, las uniones deben recubrirse con un compuesto inhibidor de la humedad como la cinta Denso.
Si las barras de refuerzo (o marcos de acero estructural) se van a utilizar como conductores de bajada, entonces se debe verificar la continuidad eléctrica desde el sistema de captación de aire hasta el sistema de puesta a tierra. Para estructuras de nueva construcción, esto se puede decidir en la etapa de construcción inicial mediante el uso de barras de refuerzo dedicadas o, alternativamente, ejecutar un conductor de cobre dedicado desde la parte superior de la estructura hasta los cimientos antes de verter el hormigón. Este conductor de cobre dedicado debe unirse periódicamente a las barras de refuerzo contiguas / adyacentes.
Si existen dudas sobre la ruta y la continuidad de las barras de refuerzo dentro de las estructuras existentes, entonces se debe instalar un sistema de bajante externo. Idealmente, estos deberían estar unidos a la red de refuerzo de las estructuras en la parte superior e inferior de la estructura.
Sistema de puesta a tierra
El sistema de puesta a tierra es vital para la dispersión de la corriente del rayo de forma segura y eficaz en el suelo.
De acuerdo con BS 6651, la nueva norma recomienda un único sistema integrado de puesta a tierra para una estructura, que combina protección contra rayos, energía y sistemas de telecomunicaciones. Se debe obtener el acuerdo de la autoridad operativa o del propietario de los sistemas relevantes antes de que se lleve a cabo cualquier vinculación.
Una buena conexión a tierra debe poseer las siguientes características:
- Baja resistencia eléctrica entre el electrodo y la tierra. Cuanto menor sea la resistencia del electrodo de tierra, más probable es que la corriente del rayo elija fluir por ese camino con preferencia a cualquier otro, permitiendo que la corriente se conduzca de manera segura y se disipe en la tierra.
- Buena resistencia a la corrosión. La elección del material para la toma de tierra y sus conexiones es de vital importancia. Estará enterrado en el suelo durante muchos años, por lo que debe ser totalmente confiable.
La norma aboga por un requisito de baja resistencia a tierra y señala que se puede lograr con un sistema de conexión a tierra general de 10 ohmios o menos.
Se utilizan tres disposiciones básicas de electrodos de tierra.
- Arreglo tipo A
- Disposición tipo B
- Electrodos de tierra de cimentación
Arreglo tipo A
Consiste en electrodos de tierra horizontales o verticales, conectados a cada conductor de bajada fijado en el exterior de la estructura. Este es, en esencia, el sistema de puesta a tierra utilizado en BS 6651, donde cada conductor de bajada tiene un electrodo de tierra (varilla) conectado a él.
Disposición tipo B
Esta disposición es esencialmente un electrodo de tierra anular completamente conectado que se ubica alrededor de la periferia de la estructura y está en contacto con el suelo circundante durante un mínimo del 80% de su longitud total (es decir, el 20% de su longitud total puede estar alojado en, por ejemplo, el sótano de la estructura y no en contacto directo con la tierra).
Electrodos de tierra de cimentación
Se trata esencialmente de una disposición de puesta a tierra de tipo B. Comprende conductores que se instalan en la cimentación de hormigón de la estructura. Si se requieren longitudes adicionales de electrodos, deben cumplir los mismos criterios que para la disposición de tipo B. Se pueden utilizar electrodos de tierra de cimentación para aumentar la malla de cimentación de refuerzo de acero.
Distancia de separación (aislamiento) del SPCR externo
Esencialmente se requiere una distancia de separación (es decir, el aislamiento eléctrico) entre el SPCR externo y las partes metálicas estructurales. Esto minimizará cualquier posibilidad de que se introduzca una corriente parcial del rayo internamente en la estructura.
Esto se puede lograr colocando los pararrayos lo suficientemente lejos de cualquier parte conductora que tenga rutas que conduzcan a la estructura. Por lo tanto, si la descarga del rayo golpea el pararrayos, no puede "salvar la brecha" y destellar hacia la estructura metálica adyacente.
BS EN / IEC 62305 recomienda un único sistema de conexión a tierra integrado para una estructura, que combina protección contra rayos, energía y sistemas de telecomunicaciones.
Consideraciones de diseño de LPS interno
El papel fundamental del SPCR interno es garantizar que no se produzcan chispas peligrosas dentro de la estructura a proteger. Esto podría deberse, después de la descarga de un rayo, a la corriente del rayo que fluye en el LPS externo o, de hecho, a otras partes conductoras de la estructura e intenta destellar o producir chispas en las instalaciones metálicas internas.
La realización de las medidas adecuadas de conexión equipotencial o la garantía de que existe una distancia de aislamiento eléctrico suficiente entre las partes metálicas pueden evitar la formación de chispas peligrosas entre las diferentes partes metálicas.
Conexión equipotencial de rayos
La conexión equipotencial es simplemente la interconexión eléctrica de todas las instalaciones / partes metálicas apropiadas, de modo que en el caso de que fluyan corrientes de rayo, ninguna parte metálica tenga un potencial de voltaje diferente entre sí. Si las partes metálicas tienen esencialmente el mismo potencial, se anula el riesgo de chispas o descargas eléctricas.
Esta interconexión eléctrica se puede lograr mediante unión natural / fortuita o mediante el uso de conductores de unión específicos dimensionados de acuerdo con las Tablas 8 y 9 de BS EN / IEC 62305-3.
La unión también se puede lograr mediante el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) donde la conexión directa con los conductores de unión no es adecuada.
La Figura 21 (que se basa en BS EN / IEC 62305-3 figE.43) muestra un ejemplo típico de una disposición de conexión equipotencial. El sistema de gas, agua y calefacción central está unido directamente a la barra de conexión equipotencial ubicada en el interior pero cerca de una pared exterior cerca del nivel del suelo. El cable de alimentación se conecta a través de un SPD adecuado, aguas arriba del contador eléctrico, a la barra de conexión equipotencial. Esta barra de unión debe ubicarse cerca del tablero de distribución principal (MDB) y también estrechamente conectada al sistema de conexión a tierra con conductores de corta longitud. En estructuras más grandes o extendidas, pueden ser necesarias varias barras de unión, pero todas deben estar interconectadas entre sí.
La pantalla de cualquier cable de antena junto con cualquier fuente de alimentación blindada para los aparatos electrónicos que se encaminen hacia la estructura también deben estar unidas en la barra equipotencial.
En la guía LSP se pueden encontrar más orientaciones relacionadas con la conexión equipotencial, los sistemas de puesta a tierra de interconexión en malla y la selección de SPD.
BS EN / IEC 62305-4 Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras
Los sistemas electrónicos ahora impregnan casi todos los aspectos de nuestras vidas, desde el entorno de trabajo, pasando por el llenado de gasolina del automóvil e incluso las compras en el supermercado local. Como sociedad, ahora dependemos en gran medida del funcionamiento continuo y eficiente de dichos sistemas. El uso de computadoras, controles de procesos electrónicos y telecomunicaciones se ha disparado durante las últimas dos décadas. No solo existen más sistemas, el tamaño físico de la electrónica involucrada se ha reducido considerablemente (un tamaño más pequeño significa menos energía requerida para dañar los circuitos).
BS EN / IEC 62305 acepta que ahora vivimos en la era electrónica, lo que hace que la protección LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) para sistemas eléctricos y electrónicos sea parte integral de la norma a través de la parte 4. LEMP es el término que se da a los efectos electromagnéticos generales de los rayos, incluidos sobretensiones conducidas (sobretensiones y corrientes transitorias) y efectos de campos electromagnéticos radiados.
El daño LEMP es tan frecuente que se identifica como uno de los tipos específicos (D3) contra los que debe protegerse y que el daño LEMP puede ocurrir desde todos los puntos de impacto a la estructura o servicios conectados, directos o indirectos, para una referencia adicional a los tipos. de los daños causados por un rayo, consulte la Tabla 5. Este enfoque ampliado también tiene en cuenta el peligro de incendio o explosión asociado con los servicios conectados a la estructura, por ejemplo, líneas eléctricas, de telecomunicaciones y otras líneas metálicas.
Los rayos no son la única amenaza ...
Las sobretensiones transitorias causadas por eventos de conmutación eléctrica son muy comunes y pueden ser una fuente de interferencia considerable. La corriente que fluye a través de un conductor crea un campo magnético en el que se almacena energía. Cuando la corriente se interrumpe o se apaga, la energía del campo magnético se libera repentinamente. En un intento por disiparse, se convierte en un transitorio de alto voltaje.
Cuanta más energía almacenada, mayor será el transitorio resultante. ¡Las corrientes más altas y las longitudes más largas de conductor contribuyen a que se almacene y se libere más energía!
Esta es la razón por la que las cargas inductivas como motores, transformadores y accionamientos eléctricos son causas comunes de cambios transitorios.
La importancia de BS EN / IEC 62305-4
La protección contra sobretensiones o sobretensiones transitorias anteriormente se incluyó como un anexo de advertencia en el estándar BS 6651, con una evaluación de riesgo separada. Como resultado, la protección se instaló a menudo después de que se sufrieron daños en el equipo, a menudo mediante la obligación para con las compañías de seguros. Sin embargo, la evaluación de riesgo única en BS EN / IEC 62305 dicta si se requiere protección estructural y / o LEMP, por lo que la protección estructural contra rayos ahora no se puede considerar aisladamente de la protección contra sobretensiones transitorias, conocida como dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) dentro de esta nueva norma. Esto en sí mismo es una desviación significativa del de BS 6651.
De hecho, de acuerdo con BS EN / IEC 62305-3, un sistema LPS ya no se puede instalar sin corriente de rayo o SPD de conexión equipotencial a los servicios metálicos entrantes que tienen "núcleos activos", como cables de alimentación y de telecomunicaciones, que no se pueden conectar directamente. a la tierra. Dichos DPS son necesarios para proteger contra el riesgo de pérdida de vidas humanas mediante la prevención de chispas peligrosas que podrían presentar un riesgo de incendio o descarga eléctrica.
Los SPD de conexión equipotencial o de corriente de rayo también se utilizan en las líneas aéreas de servicio que alimentan la estructura que están en riesgo de un impacto directo. Sin embargo, el uso de estos DPS por sí solo “no brinda protección efectiva contra fallas de sistemas eléctricos o electrónicos sensibles”, para citar BS EN / IEC 62305 parte 4, que está específicamente dedicada a la protección de sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras.
Los SPD de corriente de rayo forman parte de un conjunto coordinado de SPD que incluye SPD de sobretensión, que son necesarios en total para proteger de manera eficaz los sistemas eléctricos y electrónicos sensibles tanto de los rayos como de los transitorios de conmutación.
Zonas de protección contra rayos (LPZ)
Mientras que BS 6651 reconoció un concepto de zonificación en el Anexo C (Categorías de ubicación A, B y C), BS EN / IEC 62305-4 define el concepto de Zonas de protección contra rayos (LPZ). La Figura 22 ilustra el concepto básico de LPZ definido por las medidas de protección contra LEMP como se detalla en la parte 4.
Dentro de una estructura, se crean una serie de LPZ para tener, o identificarse como que ya tienen, sucesivamente menos exposición a los efectos de los rayos.
Las zonas sucesivas utilizan una combinación de enlace, blindaje y SPD coordinados para lograr una reducción significativa en la severidad de LEMP, de sobrecorrientes conducidas y sobretensiones transitorias, así como efectos de campos magnéticos radiados. Los diseñadores coordinan estos niveles para que el equipo más sensible esté ubicado en las zonas más protegidas.
Las LPZ se pueden dividir en dos categorías: 2 zonas externas (LPZ 0A, LPZ 0B) y normalmente 2 zonas internas (LPZ 1, 2) aunque se pueden introducir más zonas para una mayor reducción del campo electromagnético y la corriente del rayo si es necesario.
Zonas externas
ZPL 0A es el área sujeta a descargas directas de rayos y, por lo tanto, es posible que tenga que soportar la corriente máxima del rayo.
Esta suele ser el área del techo de una estructura. El campo electromagnético completo ocurre aquí.
ZPL 0B es el área que no está sujeta a descargas directas de rayos y típicamente son las paredes laterales de una estructura.
Sin embargo, el campo electromagnético completo todavía se produce aquí y aquí pueden producirse corrientes de rayo parciales conducidas y sobretensiones de conmutación.
Zonas internas
LPZ 1 es el área interna que está sujeta a corrientes de rayo parciales. Las corrientes de rayo conducidas y / o las sobretensiones de conmutación se reducen en comparación con las zonas externas LPZ 0A, LPZ 0B.
Esta es típicamente el área donde los servicios ingresan a la estructura o donde se ubica el cuadro de distribución de energía principal.
LPZ 2 es un área interna que se encuentra además dentro de la estructura donde se reducen los restos de corrientes de impulso de rayo y / o sobretensiones de conmutación en comparación con LPZ 1.
Por lo general, se trata de una sala protegida o, para la alimentación de red, en el área del tablero de subdistribución. Los niveles de protección dentro de una zona deben estar coordinados con las características de inmunidad del equipo a proteger, es decir, cuanto más sensible sea el equipo, más protegida será la zona requerida.
La estructura y el diseño existentes de un edificio pueden hacer que las zonas sean fácilmente evidentes, o puede ser necesario aplicar técnicas de LPZ para crear las zonas requeridas.
Medidas de protección contra sobretensiones (SPM)
Algunas áreas de una estructura, como una habitación con mosquitero, están naturalmente mejor protegidas de los rayos que otras y es posible extender las zonas más protegidas mediante un diseño cuidadoso del LPS, la conexión a tierra de servicios metálicos como agua y gas, y cableado. Técnicas Sin embargo, es la instalación correcta de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) coordinados lo que protege el equipo de daños y garantiza la continuidad de su funcionamiento, lo que es fundamental para eliminar el tiempo de inactividad. Estas medidas en total se conocen como Medidas de protección contra sobretensiones (SPM) (anteriormente Sistema de medidas de protección LEMP (LPMS)).
Al aplicar adhesivos, blindajes y SPD, la excelencia técnica debe equilibrarse con la necesidad económica. Para las nuevas construcciones, las medidas de unión y protección se pueden diseñar integralmente para formar parte del SPM completo. Sin embargo, para una estructura existente, la modernización de un conjunto de SPD coordinados probablemente sea la solución más fácil y rentable.
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SPD coordinados
BS EN / IEC 62305-4 enfatiza el uso de SPD coordinados para la protección de equipos dentro de su entorno. Esto simplemente significa una serie de SPD cuyas ubicaciones y atributos de manejo de LEMP están coordinados de tal manera que protegen el equipo en su entorno al reducir los efectos de LEMP a un nivel seguro. Por lo tanto, puede haber un SPD de corriente de rayo de servicio pesado en la entrada de servicio para manejar la mayor parte de la energía de sobretensión (corriente de rayo parcial de un LPS y / o líneas aéreas) con la sobretensión transitoria respectiva controlada a niveles seguros mediante SPD de sobretensión coordinados más aguas abajo para proteger el equipo terminal, incluido el daño potencial por fuentes de conmutación, por ejemplo, motores inductivos grandes. Deben instalarse SPD apropiados siempre que los servicios crucen de una LPZ a otra.
Los SPD coordinados deben operar juntos de manera efectiva como un sistema en cascada para proteger los equipos en su entorno. Por ejemplo, el SPD de la corriente del rayo en la entrada del servicio debe manejar la mayor parte de la energía de sobretensión, aliviando suficientemente los SPD de sobretensión aguas abajo para controlar la sobretensión.
Deben instalarse SPD apropiados siempre que los servicios crucen de una LPZ a otra
Una mala coordinación podría significar que los SPD de sobretensión están sujetos a demasiada energía de sobretensión, lo que pone tanto a sí mismo como al equipo en riesgo de sufrir daños.
Además, los niveles de protección de voltaje o los voltajes de paso de los SPD instalados deben coordinarse con el voltaje soportado de aislamiento de las partes de la instalación y el voltaje soportado de inmunidad de los equipos electrónicos.
SPD mejorados
Si bien no es deseable el daño total al equipo, la necesidad de minimizar el tiempo de inactividad como resultado de la pérdida de operación o mal funcionamiento del equipo también puede ser crítica. Esto es particularmente importante para las industrias que sirven al público, ya sean hospitales, instituciones financieras, plantas de fabricación o negocios comerciales, donde la imposibilidad de brindar su servicio debido a la pérdida de operación de los equipos daría como resultado una salud y seguridad importantes y / o financieras Consecuencias.
Los SPD estándar solo pueden proteger contra sobretensiones de modo común (entre conductores activos y tierra), proporcionando una protección efectiva contra daños directos pero no contra el tiempo de inactividad debido a la interrupción del sistema.
Por lo tanto, BS EN 62305 considera el uso de SPD mejorados (SPD *) que reducen aún más el riesgo de daño y mal funcionamiento de equipos críticos donde se requiere un funcionamiento continuo. Por lo tanto, los instaladores deberán ser mucho más conscientes de los requisitos de aplicación e instalación de los SPD de lo que quizás lo hayan estado anteriormente.
Los SPD superiores o mejorados brindan una protección de voltaje de paso más bajo (mejor) contra sobretensiones tanto en modo común como en modo diferencial (entre conductores activos) y, por lo tanto, también brindan protección adicional sobre las medidas de conexión y blindaje.
Dichos SPD mejorados pueden incluso ofrecer protección de red Tipo 1 + 2 + 3 o de prueba de datos / telecomunicaciones Cat D + C + B dentro de una unidad. Como los equipos terminales, por ejemplo, las computadoras, tienden a ser más vulnerables a las sobretensiones de modo diferencial, esta protección adicional puede ser una consideración vital.
Además, la capacidad de protección contra sobretensiones de modo común y diferencial permite que el equipo permanezca en funcionamiento continuo durante la actividad de sobretensión, lo que ofrece un beneficio considerable a las organizaciones comerciales, industriales y de servicios públicos por igual.
Todos los SPD LSP ofrecen un rendimiento mejorado del SPD con voltajes de paso bajos líderes en la industria
(nivel de protección de voltaje, Up), ya que es la mejor opción para lograr una protección repetida rentable y libre de mantenimiento, además de evitar costosos tiempos de inactividad del sistema. La protección de bajo voltaje de paso en todos los modos comunes y diferenciales significa que se requieren menos unidades para brindar protección, lo que ahorra costos de instalación y unidad, así como tiempo de instalación.
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Conclusión
Los rayos representan una clara amenaza para una estructura, pero una amenaza creciente para los sistemas dentro de la estructura debido al mayor uso y dependencia de equipos eléctricos y electrónicos. La serie de normas BS EN / IEC 62305 lo reconoce claramente. La protección estructural contra rayos ya no puede estar aislada de la sobretensión transitoria o la protección contra sobretensiones del equipo. El uso de SPD mejorados proporciona un medio de protección práctico y rentable que permite el funcionamiento continuo de sistemas críticos durante la actividad de LEMP.
