capitulo_6

6.1 Compensación de potencial parainstalaciones metálicas

Equipotencialidad según IEC 60364-4-41 e IEC60364-5-54La compensación de potencial se exige para todaslas instalaciones eléctricas de nueva construcción.Según IEC 60364 la compensación de potencial evi-ta las diferencias de potencial, es decir, impide laformación de tensiones de contacto peligrosas,por ejemplo, entre el conductor de protección dela instalación de consumidores de baja tensión ylas tuberías metálicas de agua, gas y calefacción.

Según la norma IEC 60364-4-41 la compensaciónde potencial se compone de:

Compensación principal de potencial (en adelante:equipotencialidad de protección).

y:

Compensación adicional de potencial (en adelan-te: equipotencialidad de protección adicional).

En todos los edificios debe instalarse una equipo-tencialidad de protección principal según las nor-mas arriba citadas (Figura 6.1.1).

La equipotencialidad de protección adicional estáprevista para aquellos casos en los que no se pue-den cumplir las condiciones de desconexión, opara determinados sectores especiales según laserie IEC 60364 Parte 7.

www.dehn.de MANUAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS 147

6. Protección interna contra rayos

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Banderola de conexiónhacia la protecciónexterior contra rayos

Z

Agua Desa-güesGas

Calefacción

Barra equipotencial(Compensación principal depotencial, en el futuro: barraprincipal de toma de tierra)

Toma de tierra de cimientos

Conectores

Descargador de corriente de rayo

Borna de conexión

Abrazadera de tuberías

Banderola de conexión

Vía de chispas de separación

Toma de tierra de cimientos o respectivamenteToma de tierra de protección contra rayos

6

8

5

1

6

4

4

32

7

6 6

1

2

3

3

4

5

6

7

8

Fig. 6.1.1 Principio de la compensación de potencial de protección contra rayos, compuesta de compensación de potencial principal y de protec-ción contra rayos (En el futuro: compensación de potencial de protección).

www.dehn.de148 MANUAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

Compensación de potencial principalLas siguientes partes o piezas conductoras tienen queincluirse directamente en la compensación de poten-cial principal:⇒ Conductores para la compensación principal de

potencial según IEC 60364-1-41(en adelante,conductores de tierra).

⇒ Tomas de tierra de cimientos o respectivamentetoma de tierra de protección contra rayos.

⇒ Instalaciones centrales de calefacción.⇒ Tuberías de conducción para agua de consumo.⇒ Piezas conductoras de la estructura del edificio

(p. ej. guías de ascensores, armados de acero,conductos de ventilación y aire acondicionado).

⇒ Tuberías metálicas de desagüe.⇒ Tuberías interiores para gas.⇒ Conductores de toma de tierra para antenas (en

Alemania DIN VDE 0855-300).⇒ Conductores de toma de tierra para instalaciones

de telecomunicaciones (en Alemania DIN VDE0800-2).

⇒ Conductor de protección de la instalación eléctri-ca según IEC 60364 series (Conductor PEN en sis-temas TN y conductor PE en sistemas TT o IT).

⇒ Blindajes metálicos de conductores eléctricos yelectrónicos.

⇒ Revestimientos metálicos de cables de corrientede alta intensidad hasta 1000 V.

⇒ Instalaciones de toma de tierra de instalacionesde más de 1 kV según HD 637 S1, cuando no pue-den arrastrase tensiones de toma de tierra exce-sivamente elevadas.

Definición normativa en la norma IEC 60050-826 deun componente conductor extraño:

Es aquél que no pertenece a la instalación eléctricapero que, sin embargo, puede introducir un poten-cial eléctrico, incluido el potencial de tierra.

Observación: En los componentes conductores extra-ños se incluyen también suelos y paredes conductorascuando, a través de ellos, puede introducirse unpotencial eléctrico, incluido el potencial de tierra.

Las siguientes partes de la instalación deben incluirseindirectamente, en la compensación de potencialprincipal a través de vías de chispas de separación:

⇒ Instalaciones con protección catódica contra lacorrosión y medidas de protección contracorrientes parásitas según EN 50162.

⇒ Puestas a tierra de instalaciones superiores a 1 kVsegún DIN VDE 0101, cuando puedan arrastrarsetensiones de toma de tierra indebidamente altas.

⇒ Toma de tierra de ferrocarriles en ferrocarriles decorriente alterna y corriente continua según DINVDE 0155 (Los carriles de los ferrocarriles alema-nes sólo pueden conectarse previa autorizaciónexpresa por escrito).

⇒ Tierra de medida para laboratorios, siempre queesté separada de los conductores de protección.

En la figura 6.1.1 se representan las conexiones y loscorrespondientes componentes de la compensaciónprincipal de potencial.

Realización de la toma de tierra para la compensa-ción de potencial

La instalación eléctrica de consumidores de baja ten-sión requiere determinadas resistencias de toma detierra (condiciones de desconexión de los elementosde protección). La toma de tierra de cimientos pro-porciona una buena resistencia de puesta a tierra concostes económicos muy asumibles. Por tanto, la tomade tierra de cimientos representa un complementoóptimo y eficaz a la compensación de potencial.

El diseño de la toma de tierra de cimientos está regu-lado en Alemania por la norma DIN 18014 que, porejemplo, exige banderolas de conexión para lasbarras equipotenciales.

En el capítulo 5.5 se incluyen descripciones detalladasy formas de ejecución de las tomas de tierra decimientos.

Al utilizar tomas de tierra de cimientos como tomasde tierra de protección contra rayos, eventualmentehabrá que cumplir otras exigencias, que pueden con-sultarse asimismo en el capítulo 5.5.

Conductores de compensación de potencial (en ade-lante: conductores de protección equipotencial)

Los conductores de protección equipotencial, en elcaso de que tengan funciones de protección, debenidentificarse como cables de protección, es decir,amarillo/verde.

Los cables de compensación de potencial no llevancorriente de servicio y, por lo tanto, pueden ir desnu-dos o aislados.

La sección del cable principal de protección es deter-minante para el dimensionado de los cables de com-pensación de potencial según IEC 60364-5-54 y60364-5-54. El cable principal de protección es el con-ductor que parte de la fuente de corriente, de la cajade conexiones de la instalación o del distribuidorprincipal.

En cualquier caso, la sección mínima del conductorprincipal de compensación de potencial son 6 mm2Cu. Como posible limitación hacia arriba se han fija-do 25 mm2 Cu.

Como secciones mínimas para la equipotencialidadde protección adicional (Tabla 6.1.1) se exigen 2,5mm2 Cu en caso de tendido protegido y 4 mm2 Cu encaso de tendido no protegido.

Para cables de toma de tierra de antenas, según EN60728-11 (IEC60728-11), la sección mínima es de 16mm2 Cu, 25 mm2 Al, ó 50 mm2 acero.

Barras equipotenciales

La barra equipotencial es un elemento básico de lacompensación de potencial y tiene que poder embor-narse en ella con seguridad todos los conductores deconexión, así como conducir la corriente de formasegura y cumplir las exigencias de protección frente ala corrosión.

En la norma alemana DIN VDE 0618-08 se describenlas exigencias que deben cumplir este tipo de barraspara la equipotencialidad de protección. En dichanorma se definen las posibilidades de conexión que,como mínimo, deben ofrecer:

⇒ 1 x conductor plano 4 x 30 mm. o conductorredondo diámetro 10 mm.

⇒ 1 x 50 mm2.⇒ 6 x 6 mm2 hasta 25 mm2.⇒ 1 x 2,5 mm2 hasta 6 mm2.El modelo K-12 cumple sobradamente estas exigen-cias (Figura 6.1.2).

También está incluida en esta norma la prueba decapacidad para soportar corrientes de rayo para pun-

tos de conexión a partir de una sección de 16 mm2.Aquí se hace referencia a la verificación de los com-ponentes de la protección contra rayos según la nor-ma EN 50164-1.

Si se cumplen las condiciones y exigencias de la nor-ma antes indicada, estas piezas o elementos de obrapueden aplicarse asimismo para la compensación depotencial de protección contra rayos según la normaUNE EN 62305-1-4 (IEC 62305-1-4).

Terminales para conexión equipotencial

Los terminales de conexión equipotencial deben pro-porcionar un contacto seguro y duradero.


Compensación del potencial principal Compensación de potencial adicional

Normal 0.5 x sección del conductor deprotección más más pequeño

Entre dos cuerpos 1 x sección del conductorconductor de protecciónmás pequeño

Entre un cuerpo y unaparte conductora ajena

0,5 x sección del conductorde protección

Mínimo 6 mm2 Con protecciónmecánica

2.5 mm2 Cu o valor deconducción similar

Sin protecciónmecánica

4 mm2 Cu o valor deconducción similar

Posiblelimitación

25 mm2 Cu o valor de conducciónsimilar

− −

Tabla 6.1.1 Secciones para conductores de protección equipotencial.

Fig. 6.1.2 Barra de compensación de potencial K-12, Art. Nr. 563 200


Inclusión de tuberías en la compensación de potencial

Para la inclusión de tuberías en la compensación depotencial se utilizarán abrazaderas adaptadas a losdiámetros correspondientes. (Figuras 6.1.3 y 6.1.4).

Las abrazaderas de banda para puesta a tierra detuberías en NIRO ofrecen grandes ventajas, ya quepueden adaptarse a los diferentes diámetros de lastuberías (Figura 6.1.5). Además, con este tipo deabrazaderas, pueden conectarse tuberías de diferen-tes materiales (p. ej. acero, cobre o acero inoxidable).

Igualmente, con estos componentes, es posible efec-tuar un cableado de paso.

La figura 6.1.6 muestra una equipotencialidad detuberías de calefacción con cableado de paso.

Prueba e inspección de la equipotencialidad

Antes de la puesta en servicio de la instalación eléc-trica hay que comprobar su eficacia y si las conexio-nes están correctamente efectuadas.

Se recomienda una baja impedancia hacia las diver-sas partes de la instalación y la conexión equipoten-cial. A título orientativo, un valor inferior a 1 Ω seconsidera suficiente para las conexiones equipoten-ciales.

Equipotencialidad de protección adicional

Si no se pueden cumplir las condiciones de descone-xión para una instalación o para una parte de la mis-ma, es necesario realizar una equipotencialidad localadicional. La cuestión esencial es conectar entre sítodos los elementos metálicos que pueden ser toca-dos simultáneamente y conectar también partes aje-nas conductoras. El objetivo final es mantener lo másbaja posible cualquier tensión de contacto que even-tualmente pudiera darse.

Asimismo, deberá aplicarse la equipotencialidad deprotección adicional en instalaciones o partes de ins-talaciones en sistemas IT con vigilancia del aislamien-to.

Igualmente es necesaria la equipotencialidad de pro-tección adicional en casos especiales de riesgo debidoa las condiciones medioambientales.

En la serie IEC 60364 Parte 7, se hace referencia espe-cial a la equipotencialidad de protección adicionalpara locales de servicio, recintos o instalaciones decarácter especial.

Estos pueden ser, por ejemplo:

⇒ DIN VDE 0100-701 Recintos con bañeras oduchas.

⇒ DIN VDE 0100-702 Piscinas y otros recintos simila-res.

⇒ DIN VDE 0100-705 Para recintos agrícolas o dejardinería.

La diferencia respecto a la equipotencialidad de pro-tección principal radica en el hecho de que puedenelegirse secciones de conductores más pequeñas.(Tabla 6.1.1), y que esta compensación de potencialadicional puede estar limitada localmente.

Fig. 6.1.3 Abrazadera de tubería de toma detierra, Art. Nr. 408 014.

Fig. 6.1.4 Abrazadera de tubería de toma detierra, Art. Nr. 407 114.

Fig. 6.1.5 Abrazadera de tubería en banda detoma de tierra, Art. Nr. 540 910.

Fig. 6.1.6 Compensación de potencial con cableado de paso.

6.2 Compensación de potencial parainstalaciones de suministro deenergía

La equipotencialidad para instalaciones de consumi-dores de baja tensión en el marco de la proteccióninterna contra rayos supone una ampliación de laequipotencialidad de protección principal según IEC60364-4-41. (Figura 6.1.1).

Además de todos los sistemas conductores, se inclui-rán en la compensación de potencial, los cables deentrada de la línea suministro de baja tensión. Dichaconexión equipotencial solamente puede efectuarseutilizando descargadores de corrientes de rayo ysobretensiones.

Las exigencias que se plantean a este tipo de equiposde protección están descritas con detalle en el AnexoE, apartado 6.2.1.2 de la norma UNE EN 62305-3 (IEC62305-3), así como en el apartado 7 y en los AnexosC y D de UNE EN 62305-4 (IEC 62305-4).

Análogamente a la equipotencialidad en instalacio-nes metálicas (Ver capítulo 6.1), la equipotencialidadde protección para instalaciones de consumidores debaja tensión debe efectuarse directamente en el pun-to de acceso al equipo a proteger. Para la instalaciónde los equipos de protección contra sobretensionesen zona no especificada de la instalación de consumi-dores de baja tensión (sistema de suministro decorriente principal) son aplicables las exigencias des-critas en la directriz VDN “Dispositivos de proteccióncontra sobretensiones – tipo 1 – Directriz para aplica-ción en sistemas de suministro de corriente princi-pal”. (Ver también al respecto el capítulo 7.5.2 y el8.1) (Figuras 6.2.1 y 6.2.2).

6.3 Compensación de potencial parainstalaciones detelecomunicaciones

La equipotencialidad de protección contra el rayoexige que todas las partes metálicas conductoras,como líneas de cableado y blindajes, se incluyan en lacompensación de potencial a la entrada del edificio,a ser posible con baja impedancia. Entre estos ele-mentos se incluyen, por ejemplo, cables de antena(Figura 6.3.1), cables de telecomunicaciones con con-ductores metálicos y también sistemas de fibra ópticacon elementos metálicos. Los conductores se conec-tan con ayuda de dispositivos capaces de soportar


Fig. 6.2.1 Descargador de corriente de rayo DEHNbloc NH instaladoen barras de contadores (Ver al respecto la figura 6.2.2).

Fig. 6.2.2 Descargador combinado DEHNventil ZP para instalardirectamente sobre barras de contadores.


corrientes de rayo (descargadores con técnica deconexión del blindaje). Una zona muy adecuada parala instalación de este tipo de protecciones, es el pun-to de transición exterior/interior o acometida de losdiferentes cables de entrada al edificio.

Tanto los descargadores como la técnica de conexióndel blindaje deben elegirse en conformidad con losparámetros de corriente de rayo que cabe esperar.

Para minimizar la formación de bucles de inducciónen el interior del edificio, se recomienda:

⇒ Disponer la entrada de cables y tuberías metáli-cas por el mismo lugar.

⇒ Hacer un tendido conjunto pero blindado decables de energía y cables de datos.

⇒ Evitar longitudes innecesarias de cables median-te tendido directo del conductor.

Instalaciones de antenas

Por razones de servicio, las instalaciones de antenas,se ubican en lugares expuestos y están sometidas a

una mayor influencia de sobretensiones, especial-mente en caso de descargas directas de rayo. En Ale-mania deben integrarse en la compensación depotencial según DIN VDE 0855-300 a través de su pro-pia construcción (estructura del cable, conectoresenchufables y blindados) y/o mediante medidas adi-cionales apropiadas. Los elementos de antena que nopuedan conectarse directamente a la equipotenciali-dad de protección y que están unidos a un cable dealimentación, deben protegerse mediante descarga-dores.

En términos generales, se asume que el 50% de lasdescarga directas de rayo fluye a través de los blin-dajes o apantallamientos de los cables de antena. Siuna instalación de antena está dimensionada paracorrientes de rayo de hasta 100 kA (10/350 µs) (NivelIII de protección ), tendremos una división de lacorriente de rayo de 50 kA sobre el cable de toma detierra y de 50 kA a través de los blindajes de loscables de antena. Las instalaciones de antena que nopuedan soportar corrientes de rayo, deberán equi-

αα

Instalación detoma de tierra

Equipotencialidad para BTS(Base Transceiver Station)

Conexiónequipotencial

Antena

Tubo aislado

Punta captadora

Punto dealimentación

Derivación aislada(Conductor HVI)

s = 0.75 m en aires = 1.5 m en mamposterías = Distancia de separación

Zona

del

cier

rete

rmin

al

Fig. 6.3.2 Instalación de sistema captador aislado de proteccióncontra rayos en antena de telefonía móvil.

α α

Sistema captador aislado(DEHNconductor)

230 V~

230 V~

DATA

Fig. 6.3.1 Equipotencialidad de protección contra rayos con sistemacaptador aislado, tipo DEHNconductor para instalacionesde antena según UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3)

parse con dispositivos captadores, dentro de cuyazona de protección deben quedar situadas las ante-nas.

Al elegir un cable apropiado hay que tener en cuen-ta la parte correspondiente de corriente de rayo paracada uno de los conductores de antena que intervie-nen en la derivación. La resistencia necesaria a la ten-sión del cable puede determinarse en base a la resis-tencia de acoplamiento, a la longitud del conductorde antena y a la amplitud de la corriente de rayo.

Según la norma actual UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3),las antenas instaladas en la cubierta de los edificios,deben integrarse en la zona protegida contra descar-gas de rayo, respetando la distancia de separación s,mediante:

⇒ Puntas captadoras.⇒ Cables elevados.⇒ Cables mallados.

Con el aislamiento eléctrico de la instalación de pro-tección contra rayos de las partes conductoras de laconstrucción del edificio (piezas metálicas de la cons-trucción, armados etc.) y el aislamiento frente a con-ductores eléctricos en el edificio, se evita la penetra-ción de corrientes parciales de rayo en los cables decontrol y suministro, y con ello se impide la interfe-rencia/destrucción de equipos eléctricos y electróni-cos sensibles. (Figura 6.3.1 y Figura 6.3.2).

Instalación de fibra óptica

Las instalaciones de fibra óptica con elementos metá-licos pueden clasificarse, normalmente, en lossiguientes tipos:

⇒ Cable con núcleo no metálico, pero con revesti-miento de metal (p. ej. bloqueo metálico de pre-sión) o elementos metálicos portantes.

⇒ Cable con elementos metálicos en el núcleo y conrevestimiento de metal o con elementos metáli-cos portantes.

⇒ Cable con elementos metálicos en el núcleo perosin revestimiento de metal.

Para todos los tipos de cables con elementos metáli-cos tiene que determinarse el valor mínimo de crestade la corriente de rayo que pueda ocasionar un dete-rioro de las propiedades de transmisión del conduc-tor de fibra óptica. Deben elegirse cables capaces desoportar la corriente de rayo y los elementos metáli-cos deben conectarse a la barra equipotencial biendirectamente o a través de un equipo de proteccióncontra sobretensiones.

⇒ Revestimiento de metal: Conexión en la entradadel edificio por ejemplo con bornas de conexióntipo SAK.

⇒ Núcleo con elemento metálico: Conexión conbornas de toma de tierra tipo SLK, cerca de lacaja de empalme.

⇒ Evitar corrientes de compensación: Conexión indi-recta a través de vías de chispas de separación, porejemplo, descargador tipo DEHNgap C S.

Cables de telecomunicaciones;

Las líneas de telecomunicaciones con conductoresmetálicos, por lo general, consisten en cableadossimétricos o coaxiales de los tipos siguientes:

⇒ Cable sin elementos metálicos adicionales.

⇒ Cable con revestimiento metálico y/o elementosmetálicos de soporte.

⇒ Cable con revestimiento de metal y con armadoadicional de protección contra el rayo.

La distribución de la corriente de rayo sobre los con-ductores de telecomunicación se determina según elAnexo E de la norma UNE EN 62305-1 (IEC 62305-1).Los diferentes cables deben incluirse en la compensa-ción de potencial de la siguiente manera:

a) Cables no blindados deben conectarse con descar-gadores capaces de soportar la corriente de rayo:corriente parcial de rayo del cable dividida por elnúmero de conductores individuales = corrientede rayo por hilo.

b) Si el blindaje del cable puede soportar corrientesde rayo, ésta fluirá a través del mismo. Sin embar-go, pueden aparecer acoplamientos de perturba-ción capacitivos/inductivos en los hilos, siendonecesario, en estos casos, utilizar descargadoresde sobretensiones. Condiciones previas:


Fig. 6.3.3 Sistema de conexión de blindaje SAK capaz de soportarcorrientes de rayo.


⇒ El blindaje en sus dos extremos ha de conectarseal sistema equipotencial de protección capaz desoportar la corriente de rayo.

⇒ En los dos edificios, en los que termina el cable,tiene que aplicarse el concepto de zonas de pro-tección contra rayos y efectuarse la conexión delos cables activos en la misma zona de proteccióncontra rayos (generalmente LPZ 1).

⇒ Si se tiende un cable no blindado en una tuberíade metal, ésta debe tratarse como si fuera uncable con blindaje capaz de soportar corrientesde rayo.

c) Si el blindaje del cable no es capaz de soportarcorrientes de rayo, entonces tendremos que:

⇒ En caso de conexión del cable en ambos lados,hay que proceder igual que con un hilo de señalde un conductor no blindado. Corriente parcialde rayo del conductor dividido por el número dehilos individuales + 1 blindaje = corriente parcialde rayo por hilo.

⇒ Si el blindaje no está tendido por ambos lados, seconsidera como no existente:

⇒ Corriente parcial de rayo del conductor divididapor el número de los hilos individuales = Corrien-te parcial de rayo por hilo.

Si no se puede determinar la carga de los hilos, esmás conveniente recurrir a los parámetros de riesgosegún IEC 61643-22. De aquí se deriva una cargamáxima por hilo de 2,5 kA (10/350) para un conduc-tor de telecomunicaciones.

Naturalmente, no solo los equipos de protección con-tra sobretensiones tienen que poder soportar lacorriente de rayo esperada, sino también la propialínea de derivación. (Figura 6.3.4).

Esto puede explicarse con el ejemplo de un cable detelecomunicaciones de cuatro hilos:

⇒ En una distribución principal de edificio tenemosun cable de telecomunicaciones con 100 pares dehilos, procedente de una LPZ 0A y que pretendeconectarse con descargadores.

⇒ La carga de corriente de rayo para el cable se hasupuesto con aproximadamente 30 kA (10/350).

⇒ Se tendrá entonces una distribución simétrica dela corriente de rayo a cada uno de los hilos indi-viduales: 30 kA/200 hilos = 150 A por hilo.

Esto, en principio, significa que no hay exigenciasespeciales respecto de la capacidad de derivación delos elementos de protección que se han de utilizar.Una vez que ha fluido la corriente por todos los ele-mentos de protección, vuelve a sumarse cada una delas corrientes parciales hasta su valor de 30 kA ysobrecargan en la línea posterior de derivación porejemplo, carcasas de bornas, bornas de toma de tie-rra o conductores de equipotencialidad. Para asegu-rarse de que no se produzcan daños en la línea dederivación, pueden utilizarse envolventes certificadascontra descargas de rayo (Figura 6.3.5).

3 OUT 4

1 IN 2

BLI

TZD

UC

TOR

BC

T M

LC B

D 1

10N

o.9

19 3

47

BLITZDUCTOR XTBXT ML2 BD 1805 kA (10/350 µs)

APL

TAE

CompañíaTelefónica

Cliente

Equipo terminalde comunicación

Fig. 6.3.4 Equipotencialidad de protección contra rayos para líneatelefónica con el BLITZDUCTOR XT.(Utilización autorizada por el Deutsche TELEKOM).

Fig. 6.3.5 Envolvente DEHN capaz de soportar corrientes de rayo(DPG LSA) para técnica LSA 2/10.

capitulo_6

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