lunes, 28 de abril de 2008

Protección contra sobretensiones. III parte. Sobretensiones externas.


SISTEMA DE PROTECCION

Desde Junio de 1996, las normas españolas UNE 21 185 y UNE 21 186 y desde Julio de 1995, las normas francesas NFC 17-100 y NFC 17-102 indican las disposiciones a tener en cuenta y los medios de realizarlas para obtener una protección satisfactoria contra las descargas directas.

El sistema de protección INTEGRAL contra los EFECTOS DIRECTOS DEL RAYO consta de los siguientes elementos básicos:

SISTEMA DE CAPTACION:

La función del sistema de captación consiste en CAPTAR la descarga eléctrica, controlando siempre el punto de impacto evitando, de esta manera, que los rayos fulminen sobre cualquier otro punto sensible del espacio que se desea proteger.

SISTEMA DE BAJANTES:

La RED CONDUCTORA es el conjunto de bajantes que proporciona un camino descendente directo (de mínima impedancia) desde el cabezal captador hasta el colector de tierra en el menor espacio de tiempo posible.

TOMAS DE TIERRA específicas para la corriente del rayo.La función de la TOMA DE TIERRA en una instalación es la de CONTROLAR, DIRIGIR, DISPERSAR y DISIPAR en el interior del suelo las corrientes originadas por el rayo (fenómeno ultrarápido, garantizando la seguridad de las personas, animales y de los equipos electrónicos que se encuentran en el interior del espacio protegido.

EQUIPOTENCIALIDAD DE LAS TIERRAS:

Para evitar diferencias de potencial entre dos puntos distintos de una misma estructura, las tomas de tierra del pararrayos deben de conectarse al circuito de tierra general de la estructura a proteger.

SOLDADURAS ALUMINOTERMICAS:

Se ha podido comprobar, en pruebas de descargas reales de rayos, que tanto los materiales utilizados así como las UNIONES tienen una relación directa sobre la eficacia del sistema. La soldadura CADWELD es una unión molecular perfecta, el conductor no se interrumpe y no hay superficie de contacto. Entre las ventajas de estas uniones, están la conductividad, resistencia a la corrosión y su gran capacidad a soportar sobretensiones y sobreintensidades.

Contra los EFECTOS INDIRECTOS DEL RAYO mediante:

Protecciones para la RED ELECTRICA. Protecciones para TELEFONIA.

Protecciones para LINEAS COAXIALES.

ESQUEMA DE MONTAJE TIPO DE UN PARARRAYOS

. SISTEMA DE CAPTACION: Pararrayos ACTIVO IONIZANTE con dispositivo de cebado.

¿Qué dicen las normas UNE 21 186 y NFC 17 102?

- "La punta del pararrayos debe estar situada 2 metros por encima de la zona que protege, incluyendo antenas, torres de enfriamiento, etc. "- El pararrayos estará ubicado en el punto más alto del edificio.

2. RED CONDUCTORA: Pletina de cobre estañado 30x2mm

¿Qué dicen las normas UNE 21 186 y NFC 17 102?

- "Dado el carácter de impulso de la corriente del rayo, el conductor plano (pletina) es preferible al conductor redondo." La pletina posee casi 3 veces más de superficie perimentral que el cable de 50 mm².

- Se recomienda el cobre estañado debido a sus propiedades físicas, mecánicas y eléctricas (conductividad, maleabilidad, resistencia a la corrosión, etc.)

- El conductor de bajada se instalará de tal forma que su recorrido sea lo más directo posible. Su trazado tendrá en cuenta el emplazamiento de la toma de tierra y deberá ser lo más rectilíneo posible, siguiendo el camino más corto, evitando cualquier acodamiento brusco o remonte. Los radios de curvatura no serán inferiores a 20 cm.

3. PROTECCION MASTIL ANTENA: Conecta a tierra el mástil de las antenas en el momento de la descarga del rayo hasta 100kA.

4. MASTILES:EMPALMABLE, ESTANCO Y AUTÓNOMO (sin vientos hasta 7 metros).
5. SISTEMA DE ANCLAJES:

- Anclajes a empotrar o atornillar.

- Anclajes para unir a otro mástil o cruz.

- Anclajes para chimeneas etc...

6. SISTEMA DE SUJECION: Diferentes grapas y elementos para sujeción de la pletina. Las fijaciones de los conductores de bajada se realizarán tomando como referencia 3 fijaciones por metro.

7. CONTADOR DE DESCARGAS:Es un elemento esencial para la verificación de la detección de corrientes rayo.

8. PUENTE DE COMPROBACION: Permite desconectar y medir latoma de tierra aislada de todo elemento conductor. "Las juntas de control se intercalan en las bajantes a dos metros por encima del suelo".

9. TUBO DE PROTECCION MECANICA.

10. ARQUETA DE CONTROL DE PVC.

11. TOMA DE TIERRA.


PARARRAYOS FARADAY

La red de mallas o jaula FARADAY está constituida por una red de conductores dispuestos por todo el exterior del tejado y empleando como elementos captadores puntas FRANKLIN y por el exterior de las fachadas del edificio que se quiere proteger.

Esta red está compuesta de un mallaje de aproximadamente 15 m x 15 m, instalado en el tejado y conectado a tierra mediante bajantes distantes las unas de las otras, igualmente de 15 m, donde van a parar a las tomas de tierra individuales, interconectadas todas ellas mediante un conductor enterrado.

El número elevado de bajantes y de tomas de tierra hacen que este sistema obtenga muy buenos resultados en la protección contra los campos electromagnéticos producidos por el rayo y lo sitúan como la protección más eficaz. Este sistema siendo el más seguro tiene dos desventajas: ser antiestético y muy costosa su instalación.




La instalación exterior se compone de los elementos siguientes unidos entre sí:

Uno o más Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC).

Uno o varios conductores de bajada.

Una junta de control para cada bajante (puente de comprobación).

Una toma de tierra por cada bajante.

Una o varias uniones equipotenciales entre las tomas de tierra.

La instalación interior se compone de:

Una o más conexiones equipotenciales.

Conductor de protección o equipotencialidad.

Una o más barras de equipotencialidad.

Una o más protectores contra sobretensiones.

Puesta a tierra.

Borne de tierra. Conexión directa o con vía de chispas.

TOMAS DE TIERRA. LA TOMA DE TIERRA ES EL FUNDAMENTO PRINCIPAL PARA EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DE CUALQUIER SISTEMA DE PROTECCION CONTRA EL RAYO.

La función de la toma de tierra de una instalación es la de dispersar y disipar en el interior del suelo las corrientes y limitar los efectos de sobretensiones, bien sean originadas por el rayo, fugas, maniobras de las Cías eléctricas, etc., garantizando la seguridad de las personas, animales y de los equipos eléctricos y electrónicos que se encuentran en el interior del espacio protegido.

La limitación de sobretensiones es mayor, cuanto más facilite la toma de tierra la dispersión y disipación en el suelo. Es decir que el conjunto de la toma de tierra debe presentar una impedancia mínima, bien sea para los fenómenos lentos (fugas a 50-60 Hz), como para los fenómenos rápidos, tales como las corrientes de rayo (de fuerte amplitud y muy corta duración).

SECURITECNO quiere reseñar, que no es suficiente con conocer la resistencia de tierra, sino que hay que tener en cuenta la inductancia de la toma de tierra y de sus conexiones.

Dada la evolución tecnológica y la importancia en aumento de las perturbaciones electromagnéticas, es necesario conocer el valor de impedancia total de la toma de tierra en lo que conciernen las altas frecuencias.La inductancia de las tomas de tierra del pararrayos debe cuidarse con mucho esmero.

Teniendo en cuenta la gran intensidad de la corriente de alta frecuencia evacuada (conducida), las subidas de potencial correspondientes, circuito de masa conectado al circuito de tierra, pueden ser particularmente elevadas, lo que explica ciertas destrucciones de materiales que, por lo tanto, están directamente conectadas a este circuito de masas. Esto, puede producirse aunque la medición de la resistencia de tierra, medida tradicionalmente, sea inferior a 10W y conforme a la UNE 21 186."Las tomas de tierra (conjunto de electrodos de tierra) son el fundamento del sistema de protección contra el rayo.

Estas responden a funciones específicas y están definidas, bien por normativas y reglamentos o bien por los CONOCIMIENTOS Y APLICACIÓN DE LAS REGLAS DEL ARTE, ESTE ES EL CASO PARA LAS BAJANTES Y PARA LAS TOMAS DE TIERRA DE LOS PARARRAYOS" (F.A.F.).

La solución está en diseñar una toma de tierra de BAJA IMPEDANCIA que deberá descargar y dispersar en unas decenas de milisegundo varias decenas de miles de amperios. Una sola pica nunca es suficiente como toma de tierra para proteger una estructura contra los rayos.Aumento de potencial en las tomas de tierra (UNE 21 186).

La existencia de una resistencia R de la toma de tierra, debida a la propia resistividad del suelo, hace que la bajante de los pararrayos presente, durante el paso de la corriente, una diferencia de potencial respecto a puntos próximos. El aumento de potencial total respecto a la tierra lejana no afectada (que permanece por convenio al potencial cero), se expresa por la ley de Ohm: U = R x I
Así, el paso de una corriente de 100 kA en una toma de tierra de 5 Ω provocará un aumento de potencial en el dispositivo de paso de la descarga de 500 kV respecto a puntos del suelo lejanos.

En realidad, este aumento del potencial se reparte en el suelo en función del tipo de toma de tierra y de las características del terreno.

PARAMETROS Y ESTUDIO DE LAS TOMAS DE TIERRA

1. Conductividad y resistividad del suelo (Propagación de la corriente del rayo en el suelo)

La resistividad del terreno depende de la:

Naturaleza.

Estratigrafía (Composición de las diferentes capas).

Compactación (Cuanto mayor sea la compactación más disminuirá la resistividad).

Contenido de humedad. (El agua disocia las sales en iones y cationes que se encargan de transportar los electrones en el terreno, es por ello que la conducción es iónica).

Salinidad y nivel del pH. (Cuanto más rico sea en sales, mejor será la conductividad). Temperatura (Este elemento influye en la resistividad según las estaciones y el lugar).

2. Diseño de la toma de tierra en forma de: "pata de ganso", triángulo, placas, etc.

3. Número de radiales, hincado de los electrodos, etc. (dimensionado, tipo, etc.)

4. Conductores y componentes: pletina de cobre estañado, soldaduras aluminotérmicas, corrosión, etc.

5. Efecto pelicular.

6. Saturación del suelo.

7. Aditivos para la mejora de la conductividad del terreno.

8. Aislamiento, alrededor del punto de penetración de la corriente de rayo, para controlar el aumento de gradiente de potencial a nivel del suelo.

9. Tensión de paso y tensión de contacto.

10. Impedancia global de la toma de tierra y su comportamiento cuando es atravesada por la corriente del rayo.


DISEÑO TOMA DE TIERRA


NORMATIVAS SOBRE TOMAS DE TIERRA

¿Qué dicen las normas UNE 21 186 y NFC 17 102?

GENERALIDADES:

Se realizará una toma de tierra por cada conductor de bajada.
Dado el carácter impulso de la corriente del rayo y para asegurar el camino más fácil posible hacia tierra, minimizando siempre el riesgo de aparición de sobretensiones peligrosas en el interior del volumen a proteger, es importante ocuparse de la forma y dimensiones de la toma de tierra, así como del valor de su resistencia. Se deberá asegurar una mínima superficie de contacto del electrodo de tierra con el terreno, a fin de facilitar la dispersión de la corriente del rayo en tierra en un espacio de tiempo muy corto.

Las tomas de tierra deben responder a los criterios siguientes:

- Resistencia: medida por los medios convencionales: lo más baja posible (inferior a 10 Ω). Se debe medir este valor sobre la toma de tierra aislada de todo otro elemento de naturaleza conductora.

- Valor de impedancia de onda o inductancia: lo más bajo posible, para minimizar la fuerza contra-electromotriz, que se añade al potencial óhmico en el momento de la descarga del rayo. A este efecto, es conveniente evitar las tomas de tierra constituidas por un único elemento de gran longitud, bien sea horizontal o vertical.

Salvo absoluta imposibilidad, las tomas de tierra deberán estar siempre orientadas hacía el exterior del edificio.

DIFERENTES TIPOS DE TOMA DE TIERRA

Las dimensiones de las tomas de tierra dependen de la resistividad del suelo en el que están realizadas. La resistividad puede variar considerablemente según la naturaleza del terreno (arcilla, granito, arena, roca, etc.)Por ejemplo, las tomas de tierra podrán estar constituidas para cada conductor de bajada por:

Conductores de la misma naturaleza y sección que las bajantes, salvo para el aluminio, dispuestos en forma de pata de ganso de grandes dimensiones y enterrados al menos a 50 cm. de profundidad.

Ejemplo : tres conductores de 7 a 8 metros de longitud enterrados horizontalmente, al menos a 50 cm. de profundidad.

Por la unión de varias picas verticales de una longitud total mínima de 6 mts.
- Dispuestas en línea o en triángulo y espaciadas entre sí por una distancia al menos igual a la longitud enterrada.
- Interconectadas mediante un conductor, idéntico o compatible en sus características a aquel utilizado en la bajante, enterrado en una zanja a al menos 50 cm. de profundidad.

EQUIPOTENCIALIDAD DE LAS TIERRAS

Al pasar la corriente del rayo por el conductor, aparecen diferencias de potencial entre éste y las masas metálicas conectadas a tierra que se encuentran próximas. Se pueden formar entonces chispas peligrosas entre los dos extremos del bucle que se ha creado.

UNION DE LA TIERRA DEL PARARRAYOS A LA RED DE TIERRA

Cuando el edificio o el volumen a proteger disponga en la cimentación de una toma de tierra para las masas de las diferentes instalaciones eléctricas, conforme a la instrucción MI BT 039, las tomas de tierra de las instalaciones de pararrayos se unirán a ellas mediante un conductor normalizado.

Para instalaciones nuevas se debe tener en cuenta esta disposición desde el estudio inicial, y realizar la interconexión con el circuito de tierra en el fondo de la excavación, directamente al pie de cada bajante mediante un dispositivo que permita la desconexión y que esté emplazado en un registro de inspección que lleve el símbolo Para instalaciones y registros ya existentes, se deberán realizar las interconexiones preferentemente sobre las partes enterradas y deberá existir la posibilidad de desconexión para controles posteriores.

En el caso de una interconexión en el interior de un edificio, la trayectoria del conductor de unión se debe realizar de manera que evite una eventual inducción sobre los cables y materiales situados en las inmediaciones.Cuando otras estructuras separadas se incluyan dentro del volumen a proteger, la toma de tierra del PDC se interconectará a la red de tierra equipotencial enterrada que une las diferentes estructuras.

Información sacada de la casa comercial: http://www.securitecno.com/

1 comentario:

Guillermo dijo...

gracias por tu aporte en esto, me has solucionado mucho