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Técnic
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de Telecomunic
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ciones de Cub
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S.A.
33
I
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t
r
o
d
u
cc
i
ó
n
L
a información e
s
tadí
s
tica conocida recoge que, permanentemente, se
forman alrededor de 5,000 tormenta
s
en la tierra, con el consiguiente peli-
gro para las persona
s
y lo
s
biene
s
. La inten
s
idad media mundial de la
D
e
s
a
rr
o
ll
o
Š
—limitadores de ten
s
ión—.
S
i
st
e
m
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de
P
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ó
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c
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cu
,
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c
f
g
.
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t
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c
s
a
.
cu
1-Eleme
n
to ca
p
ta
d
or o
p
ararrayo:es el
más importante en la protección contra
el rayo, de él depende la utilidad del resto
de la instalación, debe estar adecuadamente
descarga de un rayo
s
e e
s
tima en 20,000 A; pero se llegan a contabilizarensayado y certificado.
rayos de ha
s
ta 200,000 A [1].Desde la invención del pararrayos,
Cada año caen cerca de 2 millone
s
de rayo
s
.
S
u
s
efectos pueden ser ocasionados pordiferentes tecnologías han apa
r
ecido,
impacto
s
directos ó cau
s
a
s
indirecta
s
. El impacto directo puede tener consecuenciascon más o menos exitosas. El principio
catastrófica
s
para estructura
s
, per
s
ona
s
o animale
s
. Los daños por causas indirectasha sido excitar la formación del rayo
—caída de rayo
s
en las inmediacione
s
o
s
obre tendido
s
aéreos o inducciones en estosionizando el aire para atraer la descarga
conductore
s
—
s
uelen
s
er má
s
numero
s
o
s
con cuantio
s
as pérdidas económicas [5].en la punta del pararrayos.
En Cuba, los efecto
s
provocado
s
por e
s
te fenómeno han causado innumerablesLos diferentes tipos de pararrayos son:
pérdidas. E
s
to ha condicionado el de
s
arrollo de mecanismos encaminados a reducirP
un
tas Fra
nk
li
n
: basado en el diseño
sus efectos. Como fuente de protección y a
s
eguramiento de las instalaciones deoriginal de Benjamin
F
ranklin de 1752
telecomunicacione
s
—en término
s
de
S
i
s
tema de
P
rotección Integral (
SP
I)— yusando el efecto de puntas.
S
u zona de
teniendo en cuenta la dinámica de la in
s
talacione
s
tecnológicas —más sensibles acobertura es muy limitada y está con-
los fenómenos atmo
s
férico
s
y con exigencia
s
para
s
u operación—, es necesariodicionado directamente a su altura y por
dar seguimiento, revi
s
ar y controlar e
s
to
s
s
i
s
tema
s
.el nivel de protección necesario.
Mallas ca
p
ta
d
oras: conocidas como
Jaula de
F
araday.
S
e basa en que el inte-
El incremento de la
s
de
s
carga
s
atmo
s
férica
s
, en los últimos años, harior de una caja cerrada por paredes
condicionado la implementación de
S
i
s
tema
s
de
P
rotección Contra Descargasmetálicas y con perfecta continuidad, no
Atmo
s
férica
s
(SPCR), que no
s
ólo incluyan el captador sino que constituyanse ve afectada por ninguna va
r
iación
una cadena de protección donde cada e
s
labón
s
e complemente y cumpla sudel campo eléctrico externo.
S
ólo son
función e
s
encial: proteger la
s
de
s
carga
s
atmo
s
féricas que, inevitablemente, caenposibles aproximaciones poco estéticas,
en personas, estructura
s
y biene
s
materiale
s
.costosas y no totalmente efectivas.
Este sistema incluye di
s
tinto
s
s
ub
s
i
s
tema
s
con características específicasPararrayos ra
d
iactivos: intento de
que, a veces,
s
e obvian o
s
e dejan al azar.
S
in embargo, deben realizarse con elmejorar la
P
unta
F
ranklin.
S
e creó en
compromiso de la ejecución de proyecto
s
técnicamente válidos y eficientes.1914, cuando L.
S
zyllard demostró que
La forma más segura deprotección contra el impacto directo del rayo, consisteuna punta metálica provista de sales
en su captación, derivación y di
s
ipación a tierra.
P
ara que una instalación posearadiactivas, inmersa en un campo eléc-
un si
s
tema de protección adecuado, debe
s
er capaz de [2]:trico, proporciona una corriente mucho
Š
Captar el rayo.mayor que sin el material radiactivo.
Š
Conducir la corriente del rayo a tierra
s
in que se produzcan daños.Actualmente, su uso está prohibido en
Š
Di
s
per
s
arla en la tierra de forma rápida y
s
egura.muchas lugares.
Š
Evitar lo
s
efecto
s
s
ecundario
s
del rayo (
s
obretensiones).Pararrayos
d
ieléctrico-co
nd
e
ns
a
d
ores
Una correcta protección debe dotar a la e
s
tructura de dos sistemas de protección:o electro-atmosféricos: formado por dos
Š
Protección externa contra impacto
s
directos de rayos —pararrayos,electrodos metálicos aislados entre sí y
tendido o jaula de Faraday—.conectados, uno a potencial atmosférico
Š
Protección interna contra
s
obreten
s
ione
s
provocadas por la caída del rayoy otro a tierra. Intenta producir la ioni-
zación ambiental y el trazador a partir de la
diferencia de potencial producida entre
Está formado por tre
s
elemento
s
[3]:ellos. En teoría, para que esto se pro-
1- Elemento captador o pararrayoduzca es necesario un fenómeno de
2- Bajante
s
carga-descarga como absoluta garantía
3- Tomas de tierrade aislamiento y campo eléctrico at-
t
e
nsion
e
s
s
t
e
m
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s
d
S
i
sobr
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sión. Se caracteriza por re
s
ponder al acercamiento del rayo, adelantándose en
su captura a otro
s
elemento
s
de
s
u zona de acción, para conducirlo a tierra de
forma
s
egura. El líder a
s
cendente puede formarse en lugares elevados donde
haya una acumulación de carga
s
s
uficiente.
S
u efectividad está determinada
por la velocidad y el momento exacto en que
s
e produzca.
2-Bajante
s
: cada pararrayo
s
ha de ir unido a tierra, al menos, por un bajante. Los
bajante
s
s
e deberán di
s
eñar por el camino má
s
corto y recto posible y deberán ser
como mínimo de cobre de
s
nudo de 50 mm2 —por su comportamiento eléctrico
frente a la corriente tipo rayo, e
s
preferible la pletina—.
También hay que con
s
iderar la ubicación del pararrayos y la de la toma
de tierra para realizar e
s
te di
s
eño. El bajante siempre deberá ir por el ex-
terior de la estructura a proteger.
S
i e
s
to e
s
imposible, la norma permite
ejecutarlo por el interior bajo tubo o funda aislante no inflamable. Debe
reiterarse la reducción de la eficacia del
SP
CR, la complicación en la
verificación y mantenimiento, y el aumento de los riesgos de penetración
de
s
obretensione
s
en el interior del edificio.
3-Tomas de tierra: lo
s
s
i
s
tema
s
de protección externos e internos esta-
rán apoyados por un buen
s
i
s
tema de toma de tierra, para la evacuación de
la
s
corrientes del rayo a
s
í como una adecuada equipotencialidad entre
todo
s
lo
s
s
istema
s
de tierra —tanto de lo
s
s
i
s
temas de protección como de los
circuito
s
eléctrico
s
y telefónico
s
del e
s
pacio a proteger—. Existen diferentes
tipos de tomas de tierra [6], por ejemplo:
Electrodo
s
de acero co
b
rizazo:
s
e utilizan en cualquier tipo de terreno,
fácile
s
de in
s
talar —martillo neumático o maza—. Con el modelo de picas
enchufable
s
, se llega a la medida que permita el terreno. En tierra normal,
jardine
s
o campo
s
,
s
e nece
s
ita una media de 3 picas de 1,5 m de longitud
mínima, enterrada
s
verticalmente, formando un triángulo equilátero, que
se unirán mediante cable
s
de
s
nudo
s
o cinta de cobre, enterrados en una
zanja de 50 a 80 cm de profundidad, y
s
e conectarán a la red de tierras por
medio de puente
s
de comprobación. La di
s
tancia de separación entre las
diferentes picas
s
erá igual al doble de la longitud de estas D = 2xL
—longitud de la
s
pica
s
—.
Placa
s
: indicado para zona
s
de compo
s
ición muy pedregosa. Al ser todas de
cobre, tienen meno
s
problema
s
de corro
s
ión.
P
ara su instalación, se necesita
realizar un pozo por cada placa de una
s
dimensiones de 2x2x2 m aproxima-
damente,
s
eparado
s
entre
s
í 3 m y unido
s
mediante zanja de 50 cm deprofun-
didad que deberán
s
er rellenado
s
,
s
eguidamente, con tierra vegetal.
Electrodo dinámico: con
s
i
s
te, principalmente, en un tubo hueco de cobre
relleno con una mezcla de compue
s
to
s
iónico
s
. El producto absorbe la hu-
medad ambiental y
s
e di
s
emina en el terreno que rodea al electrodo, aportando
ione
s
libre
s
y reduciendo gradualmente la re
s
istividad del terreno.
P
ara su
colocación e
s
nece
s
aria la utilización de un compresor y el terreno debe ser muy
rocoso porque en terreno
s
arcillo
s
o-areno
s
o
s
, la barrena de perforación pade-
ce de enganchone
s
y hace muy difícil
s
u utilización.
S
e recomienda la utiliza-
ción de 3 electrodo
s
en configuración de triángulo.
Electrodo de grafito: el grafito, por
s
u alta conductividad eléctrica y térmica y por
ser inerte frente a lo
s
agente
s
químico
s
, e
s
el elemento ideal para construir un
electrodo de toma de tierra. Lo
s
materiale
s
u
s
ados como relleno de la perforación
—polvo de grafito y polvo gredo
s
o— a
s
eguran el contacto entre el electrodo y el
terreno gracias a
s
u capacidad de penetrar, incluso, en fisuras rocosas.
Un electrodo está formado por una varilla de grafito sólido rodeada de un envol-
torio de polvo de grafito y
s
ale
s
que, al evitar daños mecánicos durante su
mo
s
férico
s
uficiente.
S
u actividad e
s
deficiente debido a sus tiempos muertos.transporte e instalación, mejora la con-
Pararrayo
s
electro
pu
l
s
a
n
te:
s
on lo
s
P
ararrayos con Dispositivo de Cebadoductividad del electrodo. Este conjunto
que incorporan un di
s
po
s
itivo interno capaz de emitir impulsos de alta ten-se introduce en el pozo o per
f
oración.
E
q
u
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d
a
d
de
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s
t
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m
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s
de
t
i
e
rr
a
[
2
]
Cuando el edificio a proteger dispone
de una toma de tierra en el fondo de la
excavaciónpara las masas de las instala-
ciones eléctricas, las tomas de las ins-
talaciones de pararrayos se unirán entre
ellas. Esta conexión se realiza a nivel del
suelo, al pie de la toma de tierra.
S
i la
realización de esta conexión no es posi-
ble, la interconexión se hará sobre la placa
de tierra. La trayectoria del conductor de
unión debe realizarse de forma que evite
una eventual inducción sobre los cables y
materiales ubicados en las inmediaciones.
La interconexión debe hacerse por
un dispositivo que permita su desco-
nexión para posteriores controles de
su resistividad.
S
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b
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n
s
i
o
n
e
s
Esta parte del sistema es la encar-
gada de eliminar o reducir las sobre-
tensiones transitorias que no son más
que un aumento de voltaje, de muy corta
duración, medido entre 2 ó más con-
ductores.
Las sobretensiones transitorias son
la perturbación más importante con-
tra la que debe protegerse, si se dispo-
nen de equipos electrónicos. Estas
tienen diferentes causas:
Š
Descargas eléctricas atmosféricas:
de cualquier tipo —nube–tie
r
ra y nube-
nube—.
Š
Conmutaciones de maquinaria
de gran potencia: el arranque y pa-
rada de motores.
Š
F
allos causados por la compañía
eléctrica: cortocircuitos, interrupcio-
nes bruscas del suministro, etc.
Š
Aumentos bruscos del potencial
en las tomas de tierra
C
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c
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o
b
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n
s
i
o
n
e
s
[
4
]
Š
Mal funcionamiento: aunque no
hay daño físico, los niveles lógicos o
analógicos del sistema son alterados
y causan pérdida de datos, datos y
software corruptos, caídas de las
redes inexplicables, bloqueos, etc.
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n
s
i
o
n
e
s
Un protector contra
s
obreten
s
ione
s
debe permanecer inactivo mientras la señal
es normal, y activar
s
e al detectar
s
e la
s
obreten
s
ión; ser capaz de soportar la
corriente asociada a la
s
obreten
s
ión; derivar la corriente a tierra; reducir la
sobretensión a un nivel
s
oportable por lo
s
equipo
s
y volver al estado inactivo
cuando haya de
s
aparecido una vez la perturbación.
P
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n
s
i
o
n
e
s
[
3
]
a-Características de la línea a proteger:
Ten
s
ión nominal (Un): e
s
la ten
s
ión nominal del
s
istema que se protege.
P
ara
el ca
s
o de corriente alterna,
s
e indica el valor eficaz (rms) y la frecuencia de
funcionamiento.
Ten
s
ión máxima de funcionamiento(Uc): valor eficaz ó d.c de la tensión máxima en
la línea que soporta el protector
s
in entrar en funcionamiento.
b-Corriente
s
oportada por el protector:
Corriente nominal de de
s
carga (In): corriente de pico con onda 8/20 ms que
soporta el protector repetida
s
vece
s
.
Corriente máxima(Imax): e
s
la máxima corriente de pico con onda 8/20ms que se
ha aplicado al protector, y la deriva a tierra de forma segura.
Corriente impulso (Iimp): e
s
la máximacorriente de pico, con onda 10/350 ms y una
carga y energía determinada
s
, que
s
e ha aplicado al protector y, a su vez, loderiva
a tierra de modo seguro.
c-Reducción de la
s
obreten
s
ión:
Nivel de protección (Up): parámetro que caracteriza la capacidad del protector de
limitar la tensión entre
s
u
s
terminale
s
.
S
u valor, en voltios, no debe superarse durante
ninguno de lo
s
ensayo
s
que
s
e realizan, que incluyen los impulsos de corriente y la
respuesta a la onda de ten
s
ión de 1,2/50 m
s
.
Tiempo de re
s
puesta(t
r
): parámetro que caracteriza la rapidez de activación de lospro-
tectores, aunque puede variar
s
egún la pendiente de la onda aplicada.
S
e considera que
el tiempo de respue
s
ta de lo
s
vari
s
tore
s
e
s
de 25 n
s
y en las vías de chispas de 100 ns.
d-Otros parámetro
s
a con
s
iderar:
Situación del protector:exterior / interior,
s
egún pueda o no soportar la intemperie.
Método de montaje: fijo ó portátil.
Tipo de conexión: un puerto / do
s
puerto
s
,
s
egún esté en paralelo o en serie
con el equipo a proteger.
Temperatura de trabajo: intervalo de temperaturas a usarse en el protector.
Protección de la carca
s
a contra interaccione
s
mecánicas
Protección de la carca
s
a contra el fuego: tipo de material.
Impedancia serie: cuando el protector
s
e in
s
tala en serie con la línea, debe
especificarse la inductancia o re
s
i
s
tencia que introduce.
S
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c
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r
e
s
[
2
]
1-Inve
s
tigar las caracterí
s
tica
s
de la línea para
s
aber la tensión y la corriente
máximas de funcionamiento en continua ó en alterna entre cada uno de los
conductores.
Uc > Ten
s
ión máxima de funcionamiento de la línea
In > Corriente máxima de funcionamiento de la línea
Š
Degradación: una expo
s
ición a
s
obreten
s
ione
s
transitorias degradará, sin2-
S
eleccionar el tipo de protector y
que el u
s
uario lo note, lo
s
componente
s
electrónicos y circuitos, lo que redu-su corriente máxima según los efectos
ce la vida efectiva de lo
s
equipo
s
y aumenta la
s
posibilidades de fallos.que deba soportar.
Š
Daño
s
: las
s
obreten
s
ione
s
tran
s
itoria
s
de gran magnitud pueden dañarCorrie
n
te
d
irecta
d
el rayo. Clase I:
componente
s
, placas de circuito
s
, inclu
s
o, llegar a quemarlas y a destruir elprotector con capacidad de descar-
equipo y la in
s
talación eléctrica, y conectar
s
e en el posible foco de un in-ga de rayo.
P
rotección alta 10/350 ms.
cendio. Afectan, sobre todo, a lo
s
equipo
s
electrónicos, informáticos y deEstos protectores deberán montarse a
telecomunicaciones.la entrada, porque su nivel de pro-
tección sólo es compatible con la
conexión de entrada instalada ó con
la de los equipos de dicha instalación.
Efectos sec
und
arios
d
el rayo. Cla-
se II: protectores con capacidad de
descarga alta.
P
rotección media 8/20 ms.
S
on los más empleados porque ofrecen
un nivel de protección compatible con
la mayoría de los equipos que se co-
nectan a la red de alimentación. Su uso
es adecuado como protección media
cuando existen protectores instalados
de Tipo 1 ó como primer escalón en zo-
nas urbanas.
S
iempre deben colocarse
aguas debajo de los protectores Tipo 1
en las instalaciones con protección
externa, en el cuadro de baja tensión.
S
u
montaje en cabecera será suficiente
cuando no exista protección externa.
S
o
b
rete
n
sio
n
es ya amortig
u
a
d
as.
Clase III: protectores con capacidad de
descarga media.
P
rotección baja 8/20 ms.
Deben instalarse para la protección
de equipos sensibles tanto en el caso
de particulares como en indust
r
ias.
3-
S
eleccionar la tensión residual del
protector según los equipos a proteger.
P
ara líneas de suministro eléctrico se
recomienda:
Equipos muy robustos —grandes
motores, aire acondicionado—. Tensión
residual Up = 4 kv
Equipos poco sensibles ó que cum-
plan las normas en su fabricación e
instalación. l Up = 1,5 kv
Equipos muy sensibles y sin ninguna
protección contra perturbacione
s
elec-
tromagnéticas Up < 1kV
C
oo
r
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t
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g
r
a
l
e
s
P
ara una correcta protección contra
sobretensiones, se requiere una
s
eguri-
dad escalonada y coordinada, con va-
rias etapas que actúen en secuencia y,
36
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Empres
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S.A.
por una parte
s
ean capace
s
de
s
oportar la corriente del rayo y, por otra, dejar una
tensión residual no perjudicial para lo
s
equipo
s
. Conseguir un alto poder de
descarga y un bajo re
s
idual en un mi
s
mo protector es difícil, por lo que el empleo
de un único protector no a
s
egura la protección de una instalación donde existen
equipos eléctrico
s
muy
s
en
s
ible
s
. Deben colocarse 2 ó más protectores coor-
dinado
s
. El primero (P1) debe e
s
tar en la cabecera; los segundos (P2, P3), depen-
diendo del Up requerido, e
s
tarán en la
s
di
s
tribuciones de las líneas más sensibles
y lo má
s
cerca po
s
ible
s
de lo
s
equipo
s
a proteger.
P1 debe seleccionar
s
e por Imax; y lo
s
protectore
s
secundarios deben elegirse para
conseguir el menor Up po
s
ible.
P
ara obtener la actuación coordinada correcta de los
protectores, debe re
s
petar
s
e una di
s
tancia mínima entre protectores de 10 m, debido
a que el comportamiento inductivo que pre
s
enta el cable eléctrico frente a las
sobretensiones, provoca un retra
s
o de la inten
s
idad para lograr que P1 se active
primero y derive la mayor parte de la energía, y lo
s
protectores secundarios realicen,
po
s
teriormente, la función de di
s
minuir elre
s
idual dejado por el primer protector.
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a-Vías de chispa
s
y
d
e
s
carga
d
ore
s
d
e ga
s
: alta capacidad de descarga —hasta 100 kA –
10/350 ms—. Su ten
s
ión re
s
idual e
s
elevada, pero
s
oportan corrientes muy altas. Cuando la
señal e
s
normal, permanecen abierto
s
,
s
in circulación de corriente. Cuando se sobrepasa su
tensión de ruptura, el elemento entra en cortocircuito y se lleva la corriente a tierra.
b-Vari
s
tores:
s
u ten
s
ión re
s
idual e
s
menor que la de las vías de chispas, y so-
portan corriente
s
menore
s
; pero, aún elevada
s
. Tienen una impedancia muy alta
cuando la señal e
s
normal, y di
s
minuye rápido al llegar la sobretensión.
c-Diodo
s
supresore
s
d
e tra
ns
itorio
s
:
s
on muy rápidos y capaces de dejar ten-
sione
s
residuale
s
muy baja
s
; no ob
s
tante, no
s
oportan corrientes mayores de
uno
s
amperio
s
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El mantenimiento preventivo con
s
tituye el punto de partida para el análisis del
e
s
tado técnico de la
s
in
s
talacione
s
. La
s
acciones que deben ejecutarse, rela-
cionadas en los modelo
s
de Orden de Mantenimiento, registran los problemas para
su inmediata intervención. Ejemplo
s
de lo
s
principales trabajos a realizar:
I
n
s
talación exterior: revi
s
ión del e
s
tado técnico del sistema de pararrayos y del
de tierra —conexione
s
,
s
oldadura
s
, equipotencialidad—; mediciones de los
parámetro
s
de la in
s
talación —continuidad, re
s
i
s
tencias de tierra—; acciones de
intervención de menor envergadura para la
s
olución de los problemas detectados.
I
nstalación interior: revi
s
ión del e
s
tado técnico interior del sistema —equipo-
tencialidad, di
s
tribución de barra
s
detierra, conectividad, corridas de cables—; revisión
de la instalación de de
s
cargadore
s
de rayo
s
de AC, DC y R
F
, conexiones y
drenaje; revi
s
ión de lo
s
calibre
s
de cable
s
de conexión de equipotencialidad;
medición de lo
s
parámetro
s
de la in
s
talación —continuidad de la equi-
potencialidad de lo
s
elemento
s
de la in
s
talación puestos a tierra—; limpieza de barras
de tierra
s
, sustitución de terminale
s
y conexiones sulfatadas; acciones de inter-
vención de menor envergadura para la
s
olución de los problemas localizados.
Del análisi
s
realizado, para la ejecución demantenimientos preventivos de los
SP
I en
la Empre
s
a en el 2008,
s
e apuntó que deben efectuar
s
e de la siguiente manera:
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S
e ha presentado una síntesis de las
partes y elementos de los si
s
temas de
protección y se han ofrecido conside-
raciones para seleccionar, adecuada-
mente, sus componentes e
s
enciales.
También, se ha mostrado cómo con el
cumplimiento estricto de las tareas del
mantenimiento de los
SP
I, se garantiza
la seguridad de las instalaciones ante
los eventos naturales que provocan
grandes pérdidas tanto a la Empresa y
como al país.
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