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Edificios inteligentes: seguridad contra rayos y sobretensiones transitorias
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Los edificios inteligentes son especialmente vulnerables a los efectos destructivos de las tormentas, debido a la gran variedad de sistemas automáticos interconectados (como la iluminación, el control de la temperatura, los sistemas multimedia, las telecomunicaciones, la seguridad, etc.). Ther
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Los edificios inteligentes son especialmente vulnerables a los efectos destructivos de las tormentas eléctricas, debido a la gran variedad de sistemas automáticos interconectados (como la iluminación, el control de la temperatura, los sistemas multimedia, las telecomunicaciones, la seguridad, etc.). Por lo tanto, cualquier sobretensión que penetre en la estructura, no sólo a través de las líneas de alimentación, sino también de las líneas de datos, puede causar daños en multitud de equipos electrónicos sensibles, como ordenadores, sistemas de alarma, transductores, controladores lógicos programables, equipos audiovisuales, etc.
Los edificios inteligentes están cada vez más extendidos como consecuencia de los avances tecnológicos que maximizan la eficiencia de los edificios y, además, mejoran el confort de los usuarios, la productividad de las empresas alojadas en ellos y, por tanto, su valor global. Sin embargo, debido a que los componentes conectados en red dependen de un suministro constante de energía y datos para su funcionamiento y disponibilidad continuos, son especialmente vulnerables a las caídas de rayos y a las sobretensiones en general. Un fallo en los equipos de un edificio inteligente podría colapsar todos los sistemas interconectados y llevar a los edificios y entornos de trabajo a la quiebra, con los costes asociados.
La Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), en su norma de seguridad para la instalación de sistemas de protección contra el rayo de 20201 , contiene un anexo dedicado a los edificios inteligentes. Distingue entre dos tipos de instalaciones: salas de equipos o de control y equipos distribuidos (control distribuido). El primer tipo suele incluir ordenadores/servidores, controladores lógicos programables, controles de alarma, equipos de telecomunicaciones y similares. Esta norma de la NFPA subraya que es esencial aplicar el concepto de zona de protección contra el rayo a estas salas de control, en particular, para garantizar una conexión equipotencial que mantenga las tomas de tierra a la misma tensión, con el fin de evitar que fluyan corrientes perjudiciales a través de los equipos sensibles.
Los equipos distribuidos suelen consistir en controladores operados a distancia, relés, interruptores con motor o iluminación, sensores, cámaras, ordenadores y entradas de controladores, entre otros. La NFPA se centra en la protección del control distribuido mediante descargadores de sobretensiones instalados en la entrada/salida de energía de los edificios inteligentes, así como en la transición entre las zonas equipotenciales de protección contra el rayo. En este sentido, señala que los equipos más afectados por las sobretensiones transitorias son las cámaras, los motores que accionan las puertas de acceso y las bombas, ya que suelen estar ubicados lejos de la estructura, pero tienen su propia entrada de energía y señal.
Sin embargo, además de las conexiones equipotenciales y los descargadores de sobretensiones, los edificios deben contar con una adecuada protección externa contra el rayo. Para la protección de una estructura tan crítica como es un edificio inteligente, Aplicaciones Tecnológicas cuenta con el SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR, un sistema avanzado de protección contra el rayo compuesto por un pararrayos con dispositivo de Emisión Temprana de Corrientes (ESE), el DAT CONTROLER® REMOTE, y la monitorización remota a través del Internet de las Cosas (IoT). Los sensores inteligentes del SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR monitorizan parámetros clave de la instalación de protección contra el rayo, como el estado de funcionamiento del dispositivo ESE, la continuidad del conductor de bajada y la resistencia de tierra. Además, este innovador LPS (sistema de protección contra el rayo) también proporciona información (número y características) de los impactos interceptados por el pararrayos con el dispositivo Early Streamer Emission.
A continuación, se tratarán con más detalle las medidas contempladas en el Anexo de Edificios Inteligentes de la Norma NFPA, es decir, la conexión equipotencial y los descargadores de sobretensiones.
Zonas equipotenciales de protección contra el rayo en edificios inteligentes
El concepto general de protección para las estructuras inteligentes es la protección concéntrica que establece sucesivas zonas de protección contra el rayo (LPZ). Estas zonas estarán determinadas por la equipotencialización y la protección contra sobretensiones, técnicas de protección contra el rayo recomendadas especialmente para los edificios inteligentes en la norma NFPA.
Las LPZ, según la norma UNE-EN 62305-1, son zonas en las que se definen determinadas condiciones electromagnéticas2. Cada una de estas zonas debe funcionar como una única unidad equipotencial. Esto se consigue interconectando todas las superficies metálicas con los conductores de tierra. De este modo, se impide el flujo de corriente desde un lugar externo a la ZPL, ya sea por fallos externos en los sistemas de CA o CC o por la introducción de corriente de rayo en el edificio. Además, la conexión equipotencial de los elementos metálicos reduce las perturbaciones del campo electromagnético y sus peligros asociados. En Aplicaciones Tecnológicas S.A. disponemos del material adecuado para garantizar la unión equipotencial de la ZP de los edificios inteligentes.
Asimismo, se recomienda que la entrada de señal y potencia a la estructura o ZPL correspondiente se realice a través de un único punto, preferiblemente cercano a la toma de tierra. Esto favorece la instalación de protectores contra sobretensiones, acorta la longitud del conductor de puesta a tierra (lo que a su vez reduce la impedancia y las diferencias de tensión) y facilita la implementación de la puesta a tierra equipotencial, que reduce la probabilidad de que se produzcan trayectorias de tierra no deseadas. En cualquier caso, para evitar sobretensiones, cada zona debe estar protegida por dispositivos adecuados en todas las líneas que entren o salgan de ella.
Protección contra sobretensiones transitorias
Las sobretensiones son picos de tensión de muy corta duración que se introducen en los equipos a través de las líneas de alimentación eléctrica, telefónica, de televisión o de datos. Los daños que pueden causar las sobretensiones en cada zona de baja tensión son diferentes, por lo que la protección debe basarse en el riesgo presente y en la capacidad de resistencia a las sobretensiones de los equipos que se instalen en esa zona. La protección contra sobretensiones ayuda a mantener la continuidad del servicio y a reducir la probabilidad de incidentes de seguridad a un nivel aceptable para las personas y los bienes.
Los descargadores de sobretensiones se instalan en la entrada/salida de corriente en las transiciones de una zona a otra y en los equipos sensibles dentro de las ZPL equipotenciales. Hay que tener en cuenta las particularidades de los equipos conectados a cada línea para optimizar la selección de los descargadores de sobretensiones. Generalmente, un único dispositivo de protección contra sobretensiones comercial no cumple con todas las características de corriente de descarga y tensión residual requeridas. Cuanto mayor sea la capacidad de transporte de corriente del dispositivo, mayor será la tensión residual. Por lo tanto, se necesitan varios descargadores de sobretensión bien coordinados, es decir, que actúen por etapas con varias fases de protección secuenciales para que sean capaces de soportar las corrientes asociadas al impacto del rayo y dejar una tensión residual que no sea perjudicial para los equipos instalados.
La primera protección, o protección contra sobretensiones transitorias fuertes, protege contra los efectos de la caída directa del rayo. Estos elementos consisten en descargadores de chispa, descargadores de gas o varistores que se caracterizan por permanecer completamente abiertos durante la corriente normal. Si se supera la tensión de ruptura, entran en cortocircuito y desvían toda la corriente a tierra. Cuando el nivel de alta tensión desaparece, los componentes vuelven al estado de reposo y reabren el circuito. La serie de protectores contra sobretensiones transitorias ATSHIELD de Aplicaciones Tecnológicas S.A. combina elementos robustos con componentes limitadores, consiguiendo una alta capacidad de absorción de la corriente directa del rayo junto con una baja tensión residual.
La segunda protección es más fina que la anterior y suele estar formada por varistores, que son resistencias variables. En general, son más rápidos que los descargadores, pero tienen el inconveniente de que a tensiones normales se produce una cierta impedancia que provoca pequeñas fugas de corriente. Las series ATSUB y ATCOVER de Aplicaciones Tecnológicas S.A. son totalmente adecuadas para esta segunda protección. En concreto, la serie ATSUB soporta corrientes de decenas de kiloamperios, reduciendo la sobretensión a niveles no perjudiciales para el equipo. La serie ATCOVER, además de ser robusta y completa, protege todas las fases de forma rápida y eficaz, en modo común y diferencial, dejando una baja tensión residual. Hay que tener en cuenta que si no hay 10 metros de cable de separación entre los protectores de sobretensión ATSHIELD y ATSUB/ATCOVER, se debe instalar una inductora de desacoplamiento como ATLINK.
La tercera barrera de protección suele estar formada por diodos supresores de transitorios que son elementos muy rápidos que dejan una tensión residual muy baja. Sin embargo, hay que tener en cuenta que son incapaces de soportar corrientes superiores a unos pocos amperios. En Aplicaciones Tecnológicas S.A. disponemos de los protectores ATSOCKET y ATPLUG, así como de los específicos para proteger líneas de telecomunicaciones y datos ATFONO, ATLAN y ATFREQ.
Las líneas telefónicas y de datos, presentes en un número considerable en todos los edificios inteligentes, pueden actuar como conductos que introducen sobretensiones en la estructura y los equipos. Hay que tener en cuenta que, por definición, estos edificios tienen una variedad de dispositivos que controlan los equipos electrónicos desde distancias remotas utilizando líneas de datos. Además, estas líneas de comunicación de datos están conectadas directamente a los circuitos integrados de los equipos sensibles, por lo que cualquier sobretensión puede causar graves daños en las pistas y componentes, provocando la degradación o destrucción de los equipos, incluidos los datos almacenados. Además, las líneas telefónicas están conectadas a equipos sensibles e importantes dentro y fuera de los ordenadores. Por ello, las series ATFONO (para líneas telefónicas analógicas, ADSL, RDSI) y ATLAN (para líneas de ordenador y red informática interna) son especialmente relevantes para la protección contra sobretensiones transitorias en este tipo de edificios.
Los edificios inteligentes, con sus peculiaridades derivadas de la gran variedad de equipos electrónicos altamente sensibles y conectados en red cuyo fallo implica la paralización de la actividad de los entornos de trabajo, requieren protección contra el rayo y sus efectos destructivos. Si desea más información sobre las soluciones de Aplicaciones Tecnológicas para la protección de edificios inteligentes, puede contactar con nosotros a través de este enlace.
Referencias
Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA). NFPA 780 Norma de seguridad para la instalación de sistemas de protección contra el rayo. (2020).
AENOR. UNE-EN 62305-1 Protección contra el rayo Parte 1: Principios generales. (2011).