proteccion contra rayos

5/14/2018 PROTECCION CONTRA RAYOS - slidepdf.com

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5. Protección externa contra rayos

5.1 Instalación captadoraLa instalación captadora de un sistema de proteccióncontra rayos tiene la misión de impedir las descargasdirectas de rayo en el volumen a proteger. Debe dise-ñarse para prevenir descargas incontroladas de rayoen la estructura objeto de protección.

Mediante una instalación captadora correctamentedimensionada se reducen, de manera controlada, lasconsecuencias de una descarga de rayo en el edificio.

La instalación captadora puede conformarse en basea los elementos siguientes, que pueden combinarsediscrecionalmente ente si:

⇒ Puntas captadoras.

⇒ Cables captadores.

⇒ Mallas captadoras.

Al fijar el emplazamiento y posición de los dispositi-vos captadores del sistema de protección contrarayos, hay que prestar especial atención y cuidado ala protección de las esquinas de la instalación que sedesea proteger. Esto tiene especial relevancia paradispositivos captadores situados sobre tejados planoso en la parte superior de las fachadas.

Los dispositivos captadores deben instalarse, sobretodo, en las esquinas.

Para determinar la posición de los dispositivos capta-dores necesarios pueden utilizarse tres procedimien-tos:

⇒ Método de la esfera rodante.⇒ Método de la malla captadora.⇒ Método del ángulo de protección.

El de la esfera rodante es el método de planificaciónmás universal y el que se recomienda utilizar paracasos complicados debido a la geometría de la edifi-cación.

A continuación se exponen los tres procedimientos.

5.1.1 Métodos de diseño y tipos de dispositi-vos captadores

Método de la esfera rodante – “Modelo geométrico –eléctrico”

En el caso de los rayos nube-tierra, la descarga des-cendente de rayo va creciendo, escalonadamentedesde la nube en dirección a la tierra. Cuando la des-carga descendente se ha aproximado entre 10 y 100metros a tierra, se sobrepasa la capacidad de aisla-miento eléctrico del aire próximo a la misma. En esemomento empieza a crecer otra descarga similar a ladescendente en dirección a ésta: la descarga ascen-

h 1

h 2

Punta captadora

α

Ángulo deprotección

Dimensionesde la malla

Derivador

r

Esfera de rayo

Sistema de puesta a tierra

I 20 m 5 x 5 m

II 30 m 10 x 10 m

III 45 m 15 x 15 m

IV 60 m 20 x 20 m

Nivel deprotección

Radio de laesfera

Dimensionesde malla

Altura máxima del edificio

Fig. 5.1.1: Procedimientos para el diseño de la instalación captadora en edificios de gran altura.


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dente de rayo. Con ello se determina el lugar de des-carga del rayo (Figura 5.1.1.1).

El punto de inicio de la descarga ascendente y, conello, el punto posterior de descarga del rayo, lo deter-mina, sobre todo, la cabeza de la descarga descen-dente. Ésta sólo puede aproximarse a tierra hasta una

distancia concreta que viene determinada por laintensidad de campo eléctrico del suelo, crecientecontinuamente, durante la aproximación de la cabe-za de la descarga descendente. La distancia máspequeña entre la cabeza de la descarga descendentey el punto de inicio de la descarga captadora se deno-mina tramo final de descarga hB (se corresponde conel radio de la esfera de rayo).

Inmediatamente después de que se sobrepasa lacapacidad de aislamiento en un punto, se origina ladescarga ascendente que lleva a la descarga final yque se superpone al trayecto de la descarga final.Basándose en las observaciones sobre el efecto deprotección de cables de guarda y de torres de altatensión se ha realizado el denominado “modelo geo-métrico-eléctrico”.

Este modelo está basado en la hipótesis de que lacabeza de la descarga descendente se aproxima a losobjetos situados en tierra, sin verse afectada pornada, hasta que alcanza la distancia final de descar-ga.

El lugar o punto de descarga viene determinado porel objeto que esté a menor distancia de la cabeza de

la descarga descendente. La descarga ascendente queallí se inicia “se impone” finalmente (Figura 5.1.1.2)

Clasificación de los sistemas de protección y radio dela esfera rodante

En una primera aproximación existe una proporcio-nalidad entre el valor cresta de la corriente de rayo yla carga eléctrica acumulada en la descarga descen-dente. Asimismo, también el campo eléctrico del sue-lo, al aproximarse la descarga descendente creciente,en un primer momento, depende linealmente de lacarga acumulada en la misma.

De este modo, existe una proporcionalidad entre elvalor de cresta I de la corriente de rayo y la distanciafinal de descarga hB (= radio de la esfera rodante):

r en m

I en kA

La protección contra rayos en edificios está descritaen la norma UNE EN 62305-1 (IEC 62305-1). Esta nor-ma define, entre otras cosas, la clasificación de los sis-temas de protección y fija las medidas de proteccióncontra rayos correspondientes a cada caso.

Esta norma diferencia entre cuatro niveles de protec-

ción. El nivel de protección I ofrece la máxima protec-ción y el nivel de protección IV la menor. Unida a la

r I = ⋅100 65

.

Punto situado másalejado de la cabezade la descarga des-cendente

Inicio de ladescargaascendente

Descarga

descendente

Cabeza de la descargadescendente

Inicio de la descarga

ascendentePunto situado máspróximo a la cabezade la descargadescendente

Esfera de rayo

D i s t a n c i a f i n a l

d e d e s c a r g a h B

Una esfera de rayo, como se expone en este ejemplo,puede tocar en varios puntos,no sólo la punta de la torresino también la nave de la iglesia. En todos los puntos de

contacto es posible que se produzca una descarga de rayo.

Fig. 5.1.1.1: Descarga inicial ascendente que determina el lugar en que va a caer el rayo. Fig. 5.1.1.2: Modelo de la esfera rodanteFuente: Prof. Dr. A. Kern,Aachen(Aquisgrán).

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clase de protección está la eficacia de la instalacióncaptadora Ei, es decir, qué porcentaje de las descargasde rayo esperadas pueden ser controladas de forma

segura por la instalación captadora. Después, sedetermina la distancia final de descarga, y con ello elradio de la “esfera de rayo”. En la tabla 5.1.1.1 serecoge la relación existente entre clase de protección,eficacia de la instalación captadora E i, distancia finalde descarga/radio de la “esfera rodante” y valor cres-ta de la corriente.

Basado en la hipótesis del “modelo geométrico –eléctrico”, según la cuál la cabeza de la descarga des-cendente se aproxima arbitrariamente, sin influenciaalguna, a los objetos situados sobre la tierra, hasta

llegar a la distancia final de descarga, se puede deri-var un procedimiento general que permite compro-bar la eficacia del sistema definido respecto del edifi-cio a proteger. Para la ejecución del método de laesfera rodante se precisa un modelo a escala del edi-ficio/estructura a proteger (p. ej. a una escala de1:100), en el que se reproducen los contornos exter-nos que lo delimitan y la instalación captadora corres-pondiente. Dependiendo del lugar de emplazamien-to del edificio que se pretende estudiar, es necesarioasimismo incluir los edificios y objetos circundantes,

ya que éstos pueden actuar eficazmente como“medidas naturales de protección”.

Además, en función del nivel de protección, la esferadel rayo tendrá un radio distinto que se correspondecon la distancia final de descarga (el radio r de la“esfera rodante”, dependiendo de la clase de protec-ción, será de 20, 30, 45 o 60 m). El centro de la “esfe-ra rodante” utilizada se corresponde con la cabeza dela descarga descendente respecto a la cuál se formanlas correspondientes descargas ascendentes.

La esfera rodante se acerca al edificio objeto de estu-dio, y se señalan los puntos de contacto de la esfera

con el mismo. Dichos puntos de contacto representanlos posibles puntos de descarga del rayo. A continua-ción, se hace rodar la esfera sobre el edificio en todas

las direcciones, y de nuevo se procederá a marcartodos los puntos de contacto. De este modo, se loca-lizan sobre el modelo todos los puntos posibles dedescarga de rayo, y además se pueden establecertambién todas las zonas de posibles descargas latera-les. Las zonas de protección naturales resultantes dela geometría del edificio que se pretende proteger yde su entorno, resultan ahora claramente percepti-bles. Por tanto, en estos puntos puede, prescindirsede la instalación de pararrayos (Figura 5.1.1.3).

Hay que tener muy en cuenta, sin embargo, que se

han constatado huellas de rayos en algunos puntosque no habían sido tocados directamente por la“esfera rodante”. Se presume que esto se debe, entreotras cosas, a que en caso de descargas múltiples derayo, el punto de base del rayo ha cambiado de posi-ción a consecuencia de la acción del viento. En conse-cuencia, alrededor de los puntos de descarga de rayo

Fig.5.1.1.3: Aplicación esquemática del método de la “esferarodante” en un edificio con superficie muy irregular.

Tabla 5.1.1.1.: Relaciones entre niveles de riesgo, efectividad Ei, distancia final de descarga hB y mínimo valor cresta de la corriente I.Fuente: Tablas 5, 6 y 7 de la norma UNE EN 62305-1 (IEC 62305-1).

Nivel de riesgo LPL Probabilidades para los valoreslímite de la corriente de rayo

Radio de la esfera rodante(Distancia final de descarga

hB) – r en m

Valor cresta mínimode la corriente – I en kA

IV

III

II

I

0.84

0.91

0.97

0.99

60

45

30

20

16

10

5

3

<Valores máximos segúntabla 5 UNE EN 62305-1

>Valores mínimos segúntabla 6 UNE EN 62305-1

0.97

0.97

0.98

0.99

r

r

r

r

r

r

Edificio

Esfera de rayo



debemos considerar un área de aproximadamente unmetro, en la que es posible que se produzcan impac-tos.

Ejemplo 1: Nuevo edificio de la Administración en

MunichEn la fase de proyecto del nuevo edificio de la Admi-nistración, a causa de la compleja geometría del edi-ficio, se decidió utilizar el procedimiento de la esferarodante para identificar las zonas expuestas al riesgode descargas de rayo.

Esto fue posible ya que se disponía de una maquetade la nueva construcción a escala 1:100. Se determinóel nivel de protección I como exigencia al sistema deprotección contra rayos. Es decir, que el radio de la

esfera rodante fuera de 20 cm (Figura 5.1.1.4).En los lugares en los que “la esfera de rayo” toca par-tes del edificio puede producirse una descarga direc-ta de rayo con el correspondiente valor mínimo decorriente de cresta de 3 kA (Figura 5.1.1.5). En conse-cuencia, en dichos puntos es necesario instalar dispo-sitivos captadores. Si, además de lo indicado, endichos puntos o en sus inmediaciones, existen equi-pos eléctricos (p.ej. en la cubierta del edificio), esnecesario adoptar medidas adicionales de protección.

Con la aplicación del procedimiento de la esfera derayo se evitó tener que instalar dispositivos captado-res en aquellos lugares en los que no eran necesariosdesde el punto de vista de protección. Por otra parte,se consiguió mejorar la protección contra descargasdirectas en aquellos lugares en los que dicha protec-ción era necesaria.

Ejemplo 2: Catedral de Aquisgrán (Aachen)

La catedral se encuentra situada en el casco antiguode la ciudad de Aquisgrán y está rodeada de edificios

altos.Junto a la catedral hay una maqueta a escala 1:100con la que se pretende hacer fácilmente comprensi-ble a los visitantes la geometría de la edificación.

Los edificios situados alrededor de la catedral apor-tan una protección natural a la misma contra descar-gas de rayo.

Además y para poder exponer mejor la eficacia de lasmedidas de protección contra rayos, se han reprodu-cido los edificios colindantes con sus elementos más

representativos a la misma escala (1:100) (Figura5.1.1.6).

Fig. 5.1.1.4: Edificio administrativo de nueva construcción: Modelocon “esfera rodante “ nivel de protección I.Fuente: WBG Wiesinger.

Fig. 5.1.1.5: Edificio administrativo de nueva construcción DAS:Vistaaérea de las zonas expuestas a descargas de rayo parael nivel de protección I.Fuente: WBG Wiesinger.

Fig. 5.1.1.6: Catedral de Aquisgrán (Aachen): Modelo con entorno y

“esferas de rayo” para los niveles de protección II y III.Fuente: Prof. Dr. A. Kern,Aquisgrán.




La figura 5.1.1.6 muestra además “esferas rodantesde rayo” de los niveles de protección II y III (es decircon radios de 30 y 45 cm) aplicadas sobre la maqueta.

El objetivo buscado era mostrar el incremento de lasexigencias a la instalación captadora al disminuir el

radio de la esfera rodante. Es decir, mostrar quézonas de la catedral de Aquisgrán debían considerar-se como expuestas al riesgo de descargas de rayo alusar un sistema de protección contra rayo nivel II queexige un mayor grado de protección.

La “esfera rodante” más pequeña (es decir con elnivel de protección más elevado) naturalmente toca ala maqueta no sólo en todos los puntos en los que la“esfera rodante” con el radio más grande ha tocado.

La profundidad de penetración de la esfera rodante

es determinante en el dimensionado de los dispositi-vos captadores para un edificio o para una instalacióndispuesta sobre la cubierta.

Con la fórmula siguiente se puede calcular la profun-didad de penetración p de la esfera rodante, cuandola esfera rueda sobre “raíles”. Esto se da, por ejem-plo, en el caso de dos cables tensados.

Siendo:

r Radio de la esfera rodante.

d Distancia entre dos puntas captadoras o entredos conductores paralelos.

En la figura 5.1.1.7 se expone detalladamente estaconsideración.

Cuando se pretende proteger la superficie de la

cubierta o estructuras montadas sobre la misma con-tra descargas directas de rayo, suelen utilizarse nor-malmente puntas captadoras. Con la disposición enforma de cuadrado de las puntas captadoras que, porlo general no están unidas mediante cables tensados,la esfera no se desliza “sobre raíles” sino que “pene-tra más profundamente” (Figura 5.1.1.8).

La altura de las puntas captadoras ∆h debe ser supe-rior a la profundidad de penetración p y por tantomayor que la penetración de la esfera de rayo. Conesta altura complementaria de las puntas captadoras

se garantiza que la esfera rodante no llegue a tocar elobjeto que se pretende proteger.

p r r d = − − / ( )⎡

⎣

⎤

⎦

2 2

1

22

Fig. 5.1.1.9: Cálculo de ∆h, por el método de la esfera rodante, parael caso de varias puntas captadoras.

Lucernario instaladosobre cubierta

d Diagonal

∆ h

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Fig. 5.1.1.7: Profundidad de penetración p de la esfera rodante.

∆h

d

r

Conductorcaptador

P r o

f u n

d i d a

d d

e

p e n e t r a c

i ó n p

Fig. 5.1.18: Dispositivos captadores para estructuras en cubierta consu correspondiente espacio protegido.

d

∆ h

r

p

Nivel de protecciónI II III IV

r 20 30 45 60

Cubo protegido entre cuatropuntas captadoras



Otra posibilidad para calcular la altura de las puntascaptadoras se recoge en la tabla 5.1.1.2. La profundi-dad de penetración de la esfera rodante viene dadapor la mayor distancia existente entre las puntas cap-

tadoras. Usando la distancia máxima, la profundidadde penetración p puede obtenerse de la tabla. Laspuntas captadoras deben dimensionarse de acuerdocon la altura de la instalación a proteger (en relacióncon el lugar de emplazamiento de la punta captado-ra) y con la profundidad de penetración de la esferarodante (Figura 5.1.1.9).

Si se obtiene, por ejemplo, una altura máxima paralas puntas captadoras de 1,15 m (determinación efec-tuada por cálculo, o bien según la tabla), se aplicará,por lo regular, una medida convencional de 1,5 m

para la punta captadora.

Método de la malla

Una instalación captadora en forma de malla puedeutilizarse de manera universal y con total indepen-dencia de la altura del edificio y de la forma de lacubierta. Sobre ésta se tiende una red captadora enforma de malla con un reticulado que se correspondecon el nivel de protección deseado (Tabla 5.1.1.3).

La penetración de la esfera de rayo, en el caso la ins-

talación captadora constituida por mallas, se supone,simplificadamente, igual a cero.

Se elige libremente la posición de cada una de lasmallas, usando el peto y los bordes exteriores del edi-ficio, así como los componentes metálicos naturales

que puedan utilizarse como parte integrante de lainstalación captadora.

Los conductores captadores situados en los cantosexteriores de la edificación, tienen que colocarse lomás cerca posible a los bordes del edificio.

Un peto metálico puede utilizarse como dispositivocaptador o derivador, si se cumplen las medidas míni-mas exigidas para elementos naturales (Figura5.1.1.10).

Método del ángulo de protección

El método del ángulo de protección se deriva delmodelo de rayo eléctrico-geométrico. El ángulo deprotección viene determinado por el radio de la esfe-ra rodante. El ángulo de protección comparable conel radio de la esfera rodante se deduce cuando unalínea inclinada corta a la esfera rodante de tal mane-ra que las superficies resultantes son igual de grandes(Figura 5.1.1.11).

Este método debe aplicarse a los edificios con dimen-siones simétricas (p. ej. cubierta inclinada) o para

estructuras montadas sobre la cubierta (p. ej. ante-nas, tuberías de ventilación).

El ángulo de protección depende del nivel de protec-ción y de la altura de los dispositivos captadores sobrela superficie de referencia (Figura 5.1.1.12).


p. ej. canalón

Nivel de protección

I

II

III

IV

Dimensiones de malla

5 x 5 m

10 x 10 m

15 x 15 m

20 x 20 mTabla 5.1.1.3: Dimensiones de malla.

Fig. 5.1.1.10: Mallas captadoras.

I (20 m) II (30 m) III (45 m) IV (60 m)

Nivel de protección con radio de la esferarodante en metros

Penetración de la esfera rodante (m)(redondeada)

d

Distanciaentre puntascaptadoras

2 0.03 0.02 0.01 0.014 0.10 0.07 0.04 0.036 0.23 0.15 0.10 0.088 0.40 0.27 0.18 0.1310 0.64 0.42 0.28 0.2112 0.92 0.61 0.40 0.3014 1.27 0.83 0.55 0.4116 1.67 1.09 0.72 0.5418 2.14 1.38 0.91 0.68

20 2.68 1.72 1.13 0.8423 3.64 2.29 1.49 1.1126 4.80 2.96 1.92 1.43

29 6.23 3.74 2.40 1.7832 8.00 4.62 2.94 2.1735 10.32 5.63 3.54 2.61

Tabla 5.1.1.2: Penetración de la esfera rodante en caso de dos pun-tas captadoras o dos conductores captadores parale-los.



α 1

α 2

h

2

H

h 1

h 1

Observación:El ángulo de protección α1 se refiere a la altura de la punta captadorah1 sobre la superficie del tejado que se pretende proteger (Superficiede referencia);El ángulo de protección α2 se refiere a la altura h2 = h1 + H, siendola superficie de la tierra la superficie de referencia.

h1: Altura física de la punta captadora

Fig. 5.1.1.16: Sistema de protección contra rayos, volumenprotegido por una punta captadora vertical.

Fig. 5.1.1.14: Ejemplos de sistemas de protección con ángulo deprotección α.

Ángulo α

Ángulo α

Fig. 5.1.1.13: Zona protegida cónica.

h 1

α ° α °


Fig. 5.1.1.11: Ángulo de protección y radio equivalente de la esfera

rodante.

Fig. 5.1.1.12: Ángulo de protección “alfa” en función de la altura h

y el nivel de protección.

Fig. 5.1.1.15: Espacio protegido mediante un cable tendido.

base

Superficie de referenciaPuntacaptadora

r

α °

Esfera rodante


h[m]

α°

I II III

80

70

60

50

40

30

20

10

00 2 10 20 30 40 50 60

IV

α° h1

Puntacaptadora

El ángulo α depende de la clase de protección y de la altura de lapunta captadora sobre la superficie de referencia



12

345678910111213141516171819202122232425262728293031

3233343536373839404142434445

4647484950515253545556575859

60

7171

666259565350484543403836343230272523

2,905,81

6,747,528,328,909,299,5310,0010,0010,2610,0710,1610,1710,1210,009,819,178,868,49

7474

71686562605856545250494745444240393736353632302927262523

3,496,97

8,719,9010,7211,2812,1212,8013,3413,7614,0814,3014,9515,0115,0015,4515,3115,1015,3915,0715,2615,4016,7115,0014,4314,4113,7613,6613,5212,73

7777

7472706866646261595857555453515049484746474443414039383736

3535343332313029282726252423

4,338,66

10,4612,3113,7414,8515,7216,4016,9318,0418,3119,2020,0219,9920,6521,2320,9921,4521,8622,2122,5222,7824,6623,1823,3122,6022,6622,6722,6622,6122,52

22,4123,1122,9322,7322,5022,2321,9421,6221,2720,8920,4820,0519,5919,10

7979

7674727169686665646261605958575655545352535049494847464544

4443424140403938373736353534

3332323130302928272726252524

23

5,1410,29

12,0313,9515,3917,4318,2419,8020,2121,4522,5522,5723,4524,2524,9625,6126,1826,6927,1327.5327.8728.1630.5228.6028.7629.9129.9930.0330.0330.0029.94

30.9030.7730,6130,4330,2131,0530,7730,4730,1430,9030,5130,1130,8130,35

29,8729,3729,9929,4428,8729,4428,8228,1827,5128,0227,3126,5827,0526,27

25,47

Altura de lapunta captadora

h en m

SK 1Ángulo Distancia

α a en m

SKI IIÁngulo Distancia

α a en m

SK IIIÁngulo Distancia

α a en m

SK IVÁngulo Distancia

α a en m

αÁngulo

Altura hde la puntacaptadora

Distancia a

Tabla 5.1.1.4: Ángulo de protección α en función del nivel de protección.




Los conductores captadores, las puntas captadoras,los mástiles y los cables deben estar dispuestos de talmanera que todas las partes o piezas de la edificaciónque se pretende proteger se encuentren dentro delvolumen de protección de la instalación captadora.

La zona protegida pude tener “forma de cono” o

bien “forma de tienda” al tender un cable (Figuras5.1.1.13 hasta 5.1.1.15).

Si se instalan puntas captadoras sobre la superficiedel tejado para protección de estructuras situadassobre el mismo, el ángulo de protección “alfa” puede

ser distinto. En la figura 5.1.1.16 la superficie de refe-rencia para el ángulo de protección “alfa1” es lasuperficie del tejado. El ángulo de protección “alfa2”tiene como superficie de referencia el suelo, y de estemodo el ángulo “alfa2” según figura 5.1.1.12 y segúnla tabla 5.1.1.4 es más pequeño que “alfa1”.

En la tabla 5.1.1.4 puede consultarse el ángulo deprotección para cada el nivel de protección y la dis-tancia correspondiente (margen de protección).

Método del ángulo de protección para sistemas deprotección aislados en estructuras sobre cubierta

Las estructuras que con frecuencia se construyen poste-riormente sobre cubierta y sobresalen de las zonas deprotección, pueden suponer un problema adicional.

Si en estas estructuras hay instalados, además, siste-mas eléctricos o electrónicos, como p. ej. equipos deaire acondicionado, antenas, sistemas de medida ocámaras de televisión, es necesaria la adopción demedidas de protección complementarias.

Si este equipamiento se conectara directamente alsistema de protección contra rayos, en caso de unadescarga directa, corrientes parciales de rayo pene-trarían en el edificio. Esto puede producir la destruc-ción de equipamiento sensible a las sobretensiones.Mediante la instalación de sistemas de protección ais-lados se evitan las descargas directas de rayo en estasestructuras que sobresalen de la cubierta.

Las puntas captadoras de la figura 5.1.1.17 son ade-cuadas para la protección de estructuras de tejado demenores dimensiones (con equipamiento eléctrico).

Estas puntas dibujan una zona de protección en for-ma “cónica” e impiden una descarga directa de rayosobre la estructura del tejado.

La distancia de separación s debe tenerse en cuenta aldimensionar la altura de las puntas captadoras (Vercapítulo 5.6).

Instalaciones captadoras aisladas y no aisladas

Al realizar la protección externa contra rayos de unedificio se diferencia entre dos tipos de instalaciones

captadoras:

Fig. 5.1.1.18: Tejado a dos aguas con soportes para conductor.

Fig. 5.1.1.19: Tejado plano con puntas captadoras y soportes deconductor: Protección de lucernarios.


Fig. 5.1.1.17: Protección contra descargas directas de rayo deestructuras pequeñas sobre cubierta mediante puntascaptadoras.



⇒ Aisladas.⇒ No aisladas.

Las dos formas de ejecución pueden combinarseentre sí.

La instalación captadora de un sistema de proteccióncontra el rayo no aislado puede llevarse a cabo dediferentes formas:

Si el tejado está realizado de material no combusti-ble, los conductores de la instalación captadora pue-den tenderse sobre la superficie de la cubierta (p. ej.tejado a dos aguas o cubierta plana) Por lo general seutilizan materiales de construcción no combustibles.Los componentes de la protección externa contrarayos pueden instalarse directamente sobre la estruc-tura (Figuras 5.1.1.18 y 5.1.1.19).

Si el tejado está realizado con materiales fácilmentecombustibles como p. ej. tejados de paja, la distanciaentre partes combustibles del tejado y los elementosde la instalación captadora formada por puntas cap-tadoras, conductores captadores y mallas captadorasno puede ser inferior a 0,4 m.

Las partes de la instalación a proteger que sean fácil-mente inflamables no deben estar en contacto direc-to con elementos del sistema de protección externocontra rayos. Tampoco deben situarse bajo unacubierta de tejado que pueda ser perforada en casode descarga directa de rayo (Ver capítulo 5.1.5 Teja-dos de paja).

En caso de instalaciones captadoras aisladas, la tota-lidad de la estructura está protegida contra descargasdirectas mediante puntas captadoras, mástiles o más-tiles con tendido de cables. Los elementos de protec-ción tienen que instalarse teniendo muy en cuenta ladistancia de separación s respecto al edificio. (Figuras5.1.1.20 y 5.1.1.21).

La distancia de separación s entre los dispositivos de

protección y la estructura a proteger debe ser respe-tada.

Las instalaciones captadoras aisladas de la estructuraa proteger se utilizan con frecuencia en caso de queexistan materiales combustibles sobre el tejado (p. ej.paja) o también en caso de instalaciones Ex (p.ej.depósitos de combustibles).

Ver también el capítulo 5.1.5: “Instalaciones captado-ras para tejados de paja”.

Otra posibilidad de diseñar sistemas de protección

aislados consiste en fijar los elementos captadores(puntas captadoras, conductores o cables) al objeto

que se pretende proteger con materiales aisladoseléctricamente como p. ej. GRP (plástico reforzadocon fibra de vidrio).

Esta forma de aislamiento puede utilizarse en espa-cios limitados o puede aplicarse para todas las partesde la instalación. Con frecuencia se emplea para pro-teger estructuras situadas sobre cubierta, como insta-laciones de ventilación o de refrigeración, que están

conectadas eléctricamente con el interior del edificio(Ver también capítulo 5.1.8).

s s

α α

Superficie dereferencia

Estructuraprotegida

Mástilcaptador

Mástilcaptador

s Distancia de separación según UNE EN 62305-3α Ángulo de protección según la tabla 5.1.1.4

s2

s 1

s2

Superficie dereferencia

EstructuraprotegidaMástil

captador

s1, s2 Distancia de separación según UNE EN 62305-3

Conductor captadorhorizontal

Mástilcaptador

Fig.5.1.1.20: Sistema de protección externa contra rayos aisladocon dos mástiles captadores separados de acuerdo

con el procedimiento de ángulo de protección:Proyección sobre una superficie vertical.

Fig. 5.1.1.21: Sistema de protección externa contra rayos aislado,compuesto por dos mástiles captadores separados,unidos entre sí con un conductor horizontal captador:Proyección sobre una superficie vertical mediante dosmástiles (alzado).




Componentes naturales de las instalaciones captado-ras

Se pueden utilizar partes o piezas metálicas de laconstrucción, como p. ej. canalones de lluvia, petos,barandillas o revestimientos, como elementos natu-rales de una instalación captadora de protección con-

tra rayos.

Si un edificio tiene un armazón metálico de acero,una cubierta metálica y una fachada con materialesconductores, estos elementos, bajo determinadascondiciones, pueden utilizarse como parte integrantedel sistema de protección externa contra rayos.

Los revestimientos realizados con chapas metálicas enfachada o en cubierta del edificio a proteger, puedenutilizarse si la conexión eléctrica entre los diferentestramos de revestimiento está realizada de forma

segura. Estas conexiones eléctricas pueden llevarse acabo p. ej. mediante abrazaderas, soldadura, compre-sión, tornillos o pernos.

Si no hay conexión eléctrica, estos elementos debenconectarse expresamente mediante latiguillos deempalme o cables de puenteo.

Si el grosor de la chapa no es inferior al valor t´ en latabla 5.1.1.5, y no es necesario tener en cuenta laposibilidad de fusión de las chapas en el punto deimpacto del rayo, o la inflamación de material com-

bustible bajo la cubierta, dichas chapas pueden utili-zarse como elementos captadores.

El espesor de los materiales requerido no varía enfunción de los niveles de protección.

Sin embargo, si fuera necesario adoptar medidas paraimpedir la fusión o calentamientos indebidos en elpunto de descarga, el espesor de las chapas de metal

no debe ser inferior al valor t en la tabla 5.1.1.5.

Por lo general, estos grosores exigidos para los mate-riales, no pueden cumplirse, p. ej. en el caso de teja-dos metálicos.

En el caso de tuberías o depósitos sí existe la posibili-dad de cumplir estos grosores mínimos (espesor de lasparedes). Sin embargo, si el aumento de temperatura(calentamiento) que se produce en la parte interiorde las tuberías o de los depósitos pudiera ser peligro-so para los medios contenidos en ellos (riesgo de

incendio o de explosión) estos elementos no debenser utilizados como captadores (Ver también al res-pecto el capítulo 5.1.4).

Si las exigencias de los correspondientes espesoresmínimos no se cumplen, estos elementos, p. ej. tube-rías o depósitos, deben quedar incluidos en una zonaprotegida contra descargas directas de rayo.

Un ligero recubrimiento de pintura, 1 mm de pinturabituminosa, o 0,5 mm de PVC no se considera comoaislamiento adecuado en caso de descarga directa de

rayo. Dichos revestimientos se perforan como conse-cuencia de la alta energía que se origina durante unadescarga directa de rayo.

En caso de usar componentes naturales para las deri-vaciones, no deben existir recubrimientos en los pun-tos de conexión.

Si se encuentran elementos conductores en la super-ficie del tejado, éstos pueden utilizarse como elemen-tos captadores naturales, siempre que no exista unaconexión conductora con el interior del edificio.

En este caso, p. ej. tuberías o conductores eléctricos,podrían penetrar corrientes parciales de rayo en elinterior del edificio y dañar, o incluso destruir instala-ciones y dispositivos eléctricos/electrónicos sensibles.

Para evitar esta situación, se deben instalar sistemascaptadores aislados.

El dimensionado de los sistemas captadores aisladospuede efectuarse de acuerdo con el método de laesfera rodante o según el método del ángulo de pro-tección. Una instalación captadora con un reticulado

de malla definido conforme con el correspondientenivel de protección, puede construirse cuando toda la

Tabla 5.1.1.5: Espesor mínimo de chapas metálicas.

Material

-

4

4

5

7

-

2.0

0.5

0.5

0.5

0.65

0.7

Plomo

Acero (inox.,galvanizado)

Titanio

Cobre

Aluminio

Cinc

Espesora t

mm

Espesorb t`mm

Nivel deproteccióndel SPCR

I hasta IV

at Impide perforaciones, sobrecalentamiento einflamación

b t` Sólo para chapas metálicas, cuando no sea

importante impedir la perforación, elsobrecalentamiento y la inflamación



instalación está aislada (elevada) de la estructura aproteger a la distancia de separación s requerida.

En el capítulo 5.1.8 se describe un sistema universalde componentes para la realización de instalacionescaptadoras aisladas.

5.1.2 Instalación captadora para edificios contejados a dos aguas

Con el concepto de “instalación captadora” seentiende la totalidad de los componentes metálicos,p. ej. conductores captadores, puntas captadoras,soportes, clemas,etc.

Los puntos más expuestos a descargas de rayo, comoson esquinas de tejados, chimeneas, caballetes y aris-tas, cantos de frontispicios, aleros, balaustradas,antenas y cualquier otro elemento constructivo quesobresalga en cubierta, deben protegerse con dispo-sitivos captadores.

Por lo regular, en tejados a dos aguas la instalación

captadora en forma de malla se dispone sobre lasuperficie del tejado, con el nivel de proteccióncorrespondiente (p. ej. reticulado de malla de 15 m x15 m para el nivel de protección III). (Figura 5.1.2.1).

La situación de las mallas se define tomando en con-sideración el caballete y los bordes exteriores, asícomo los componentes metálicos que sirven comoelementos captadores. Los conductores captadoressituados en los bordes exteriores del edificio debentenderse tan cerca de los bordes como sea posible.

Para cerrar la “malla” de la instalación captadora ten-dida sobre la superficie del tejado suele utilizarse, por

lo general, el canalón del tejado. Partiendo delsupuesto de que el canalón del tejado es conductor,en el punto donde se cruzan el sistema captador conel canalón del tejado se utiliza una borna de unión.

Las estructuras de tejado de material no conductor,(p. ej. tuberías de ventilación de PVC) se consideranprotegidas si no sobresalen más de 0,5 m del plano dela malla (Figura 5.1.2.2).

Si sobresale más de 0,5 m, dicha estructura debe equi-

parse con un elemento captador (p. ej. punta capta-dora) y éste, a su vez, debe conectarse con el conduc-tor captador más próximo. Una forma de hacerlo esusar una varilla de diámetro 8 mm con una longitudlibre máxima de 0,5 m, tal y como se refleja en la figu-ra 5.1.2.3.

Las estructuras metálicas situadas sobre el tejado, sinconexión conductora con el interior de la estructura aproteger, no necesitan conectarse a la instalacióncaptadora si se dan los tres requisitos siguientes:

⇒ Sobresalir, como máximo, 0,3 m del nivel del teja-do.

⇒ Tener una superficie máxima encerrada de 1 m2

(p.ej. ventanas de tejado).

⇒ Tener como máximo, de 2 metros de largo (p. ej.cubiertas de chapa).

Solamente en el caso de que se cumplan las tres con-diciones citadas podrá prescindirse de la conexión.

Además, con las condiciones arriba enunciadas, hayque respetar la distancia de separación en relación

con la instalación captadora y derivadora (Figura5.1.2.4).

h

Fig. 5.1.2.1: Instalación captadora sobretejado a dos aguas.

Fig. 5.1.2.2: Altura de una estructura sobre eltejado realizada en material noconductor (p. ej. PVC), h ≤ 0.5 m.

Fig. 5.1.2.3: Elementos captadoresadicionales para tuberías deventilación.




Para proteger las chimeneas, los elementos captado-res deben instalarse de tal manera que toda la chime-nea se encuentre dentro de la zona de protección.Para el cálculo de las puntas captadoras se aplicará elmétodo del ángulo de protección.

Si la chimenea está hecha con ladrillos o con materialprefabricado, la punta captadora puede instalarsedirectamente sobre la misma.

Si en el interior de la chimenea hay un tubo metálico( p. ej. en caso de restauración de edificios antiguos),tiene que respetarse la distancia de separación res-pecto a este elemento conductor. Este es un ejemploen el que se usan sistemas captadores aislados y laspuntas captadoras se sustentarán mediante distancia-dores aislantes. El tubo metálico se conectará al siste-ma equipotencial general. La protección de antenasparabólicas se efectúa de manera similar a la de laschimeneas con tubo metálico interior.

En caso de descarga directa de rayo en antenas,

corrientes parciales de rayo pueden penetrar en elinterior del edificio que se desea proteger a través delblindaje de los conductores coaxiales y ocasionardaños en los equipos e interferencias en el funciona-miento de los mismos. Para evitarlo, las antenas seprotegen con elementos captadores aislados (p. ej.con puntas captadoras) (Figura 5.1.2.5).

Los elementos captadores situados sobre el caballetedeterminan una zona de protección con vertientesangulares (de acuerdo con el procedimiento de ángu-lo de protección). El ángulo depende de la altura

sobre el nivel de referencia (p. ej. superficie del terre-no) y del nivel de protección elegido.

5.1.3 Instalación captadora para edificios concubierta plana

En edificios con cubierta plana (Figuras 5.1.3.1 y5.1.3.2) se aplica el método de mallas para el dimen-sionado de la instalación captadora. Se coloca unainstalación captadora sobre la cubierta formandomallas, con un reticulado que se determina en fun-ción del nivel de protección elegido (Tabla 5.1.1.3).

La figura 5.1.3.3 reproduce una aplicación práctica deinstalación captadora mallada en combinación conpuntas captadoras para la protección de elementossituados sobre el tejado, como son por ej. lucernarios,módulos fotovoltaicos o equipos de aire acondiciona-do.

El capítulo 5.1.8 muestra como deben tratarse estasestructuras situadas sobre cubierta.

Los soportes de conductor para tejados planos secolocan dejando una distancia entre sí de aproxima-damente 1 metro. Los conductores captadores seconectan con el peto como elemento natural de lainstalación captadora. Al cambiar la temperatura,también lo hace la longitud de los materiales utiliza-dos en los petos, y por tanto los distintos segmentosde los mismos se equipan con piezas de dilatación.

Si se utiliza el peto como elemento captador, estosdistintos segmentos tienen que estar unidos entre sieléctricamente, sin que ello dificulte su capacidad dedilatación. Esto puede realizarse con ayuda de ban-das de puenteo, cables o latiguillos de empalme(Figura 5.1.3.4).

Los cambios de longitud debidos a las variaciones de

Fig. 5.1.2.5: Antena con punta captadora.Fuente: Oberösterreichischer Blitzschutz, Linz.

Fig. 5.1.2.4: Edificio con una instalación fotovoltaica.Fuente: Blitzschutz Wettingfeld, Krefeld.



temperatura hay que tenerlos en cuenta también enel caso de los conductores captadores y en el caso delas derivaciones (Ver capítulo 5.4).

Una descarga de rayo en el peto puede producir lafusión de los materiales utilizados en el mismo. Si esta

circunstancia no puede asumirse, será necesario insta-lar un elemento captador suplementario, por ejem-

Pieza de dilatación

Distancia entre soportesde tejado aprox. 1 m

Conexión flexible

Brida de puenteo.Art. Nr. 377 015

Soporte de conductorde tejado tipo FB2.Art. Nr. 253 050

Soporte de conductorde tejado tipo FB.

Art. Nr. 253 015

Fig. 5.1.3.1: Instalación captadora.

Fig. 5.1.3.2: Instalación captadora sobre tejado plano.

Fig. 5.1.3.5: Ejemplo de protección para un peto metálico cuandopueda producirse la fusión del material (Vista frontal).

Fig. 5.1.3.3: Uso de puntas captadoras.

Fig. 5.1.3.4: Brida de puente.

Brida de puenteo

Punta captadora

Esfera de rayo

Balaustrada

Peto metálico




plo puntas captadoras, posicionadas de acuerdo conel método de la esfera rodante (Figura 5.1.3.5).

Soportes de conductor para tejados planos soldados

homogéneamenteComo consecuencia de la acción del viento, el recubri-miento del tejado, si sólo está fijado mecánicamenteo sustentado por su propio peso, puede moverse ensentido horizontal. Para que los soportes de conduc-tores de la instalación captadora no se desplacensobre la superficie lisa del tejado, es necesario asegu-rar la fijación de los conductores captadores sobredicha superficie. Los soportes convencionales paraconductores de tejado no pueden pegarse, de formaduradera, sobre el recubrimiento de tejado, ya que

por lo general los pegamentos utilizados no son com-patibles con el recubrimiento de las cubiertas.

Una forma sencilla y segura de asegurar la fijación, esutilizar soportes de conductores de tejado tipo KF encombinación con tiras (cortar las tiras a medida) delmismo material que el utilizado para el recubrimien-to del tejado. La tira se fija al soporte de plástico y sesuelda por los dos lados sobre la cubierta. El soportey la tira deben posicionarse inmediatamente al ladode una junta de la cubierta a una distancia de aproxi-madamente 1 m. Las tiras se sueldan con el recubri-

miento del tejado de acuerdo con las indicacionesproporcionadas por el fabricante del mismo. De este

modo, se evita que los conductores captadores se des-placen por el tejados. En caso de que el tejado tengauna inclinación de 5º, cada soporte debe tener sucorrespondiente elemento de fijación.

En caso de recubrimiento de tejado sintético fijado

mecánicamente, los soportes de los conductores detejado deben disponerse inmediatamente al lado dela fijación mecánica.

Hay que tener muy en cuenta que los trabajos de sol-dadura y pegado pueden afectar negativamente a lagarantía proporcionada por el instalador de lacubierta.

Por lo tanto, este tipo de trabajos debe llevarlos acabo el instalador de la cubierta o, en todo caso, deacuerdo con él (Figura 5.1.3.6).

5.1.4 Instalación captadora sobre cubiertasmetálicas

Los modernos edificios industriales y comerciales, conmucha frecuencia, tienen tejados y fachadas demetal. Las chapas o las placas metálicas de los tejadossuelen tener un espesor de 0,7 – 1,2 mm.

La figura 5.1.4.1 muestra un ejemplo de la forma deconstrucción de un tejado metálico.

Cuando se produce una descarga directa de rayosobre la cubierta, puede producirse su perforación


Fig. 5.1.3.6: Bandas para tejado plano sintético. Soporte de conductor de tejado tipo KF/KF2.

~ 3 0 0 ~

300

~90

~ 7 0

Distancia entre los so-portes de conductoren tejado: aprox. 1 m

Conexión flexible



como consecuencia de la fusión y la vaporización en

el punto de la descarga del rayo. El tamaño del agujero depende de la energía del impacto de rayo y de

las propiedades del material (p. ej. espesor del mis-

mo). El mayor problema que se da en estos casos, sonlos daños derivados, p. ej. goteras. Pueden pasar díase incluso semanas hasta que se adviertan estos daños.El aislamiento del tejado se humedece y el techo pier-de su estanqueidad.

Un ejemplo de daños, que fue evaluado por el Servi-cio de Información sobre Rayos de Siemens (BLIDS –Blitz Informations Dienst von Siemens), muestra estaproblemática. (Figura 5.1.4.2) Una corriente de apro-ximadamente 20.000 A descargó sobre la cubierta dechapa e hizo un agujero (Figura 5.1.4.2: Detalle A).

Como la cubierta de chapa no estaba puesta a tierra,en la zona de la cornisa se produjeron saltos de chis-pas hacia partes metálicas naturales de la pared(Figura 5.1.4.2: Detalle B), lo que a su vez ocasionóque se hiciera otro agujero.

Para evitar estos tipos de daños, incluso en el caso detejados metálicos finos, hay que instalar un sistemaadecuado de protección externa contra el rayo, concables y bornas capaces de soportar la corriente delmismo.

La norma de protección contra rayos UNE EN 62305-3(IEC 62305-3) hace referencia expresa al riesgo dedaños en tejados metálicos. Cuando sea necesario ins-talar una protección externa contra rayos, las chapasde metal tienen que tener los valores mínimos fijadosen la tabla 5.1.1.5.

Los espesores t no son relevantes para las cubiertas detejado. Si las chapas de metal tienen un espesor t´

suficiente para soportar la perforación y fusión de lamisma como consecuencia del sobrecalentamientoque puedan sufrir al producirse una descarga de rayo,

pueden utilizarse como elementos captadores natu-rales.

Distancia de losconductores horizontales

3 m

4 m

5 m6 m

Altura de la puntacaptadora*)

0.15 m

0.25 m

0.35 m0.45 m

Apropiado para todos los niveles deprotección contra rayos

* Valores recomendados

Esfera rodante con radiosegún el nivel de protección

Punta captadora

Valoración: BLIDS – SiemensI = 20400 A Edificio residencial

Detalle B

Detalle A

Fig. 5.1.4.2: Ejemplo de daños: cubierta de chapa.

Tabla 5.1.4.1: Protección contra rayos para tejados metálicos.Alturade las puntas captadoras.

Fig. 5.1.4.3 Instalación captadora en tejado metálico. Proteccióncontra perforaciones.

Fig. 5.1.4.1: Tipos de tejados metálicos, p. ej.tejado con junta redondeada.




En estos casos, el propietario del edificio debe cono-cer y dar su conformidad a esta circunstancia puestoque el tejado no ofrece ya total garantía en términosde estanqueidad.

Si el propietario no está dispuesto a asumir el riesgode sufrir este tipo de daños en el tejado como conse-cuencia de una descarga de rayo, habrá que instalarel correspondiente sistema de protección. La instala-ción captadora debe dimensionarse a partir del siste-ma de la esfera rodante (de radio r según el nivel deprotección elegido) (Figura 5.1.4.3).

Para el montaje de la instalación captadora se reco-

mienda realizar una especie de “erizo” con conducto-res longitudinales y puntas captadoras.

En la práctica, con independencia del nivel de protec-ción, se han usado y probado las alturas de las puntascaptadoras según la tabla 5.1.4.1.

Es importante señalar que para sujetar y fijar los con-ductores y puntas captadoras sobre tejados metáli-cos, éstos no deben taladrarse. Para las distintasvariantes de tejados metálicos (junta redonda, connervio, trapezoidal) se dispone del correspondientesoporte. En la figura 5.1.4.4a se reproduce un posiblediseño para un tejado metálico con junta redonda.

2

1 3

Conectores paralelosSt/tZn Art.Nr. 307 000

Soporte de conductor paratejados metálicos

DEHNgripStSt Art.Nr. 223 011

Al Art.Nr. 223 041

Roof conductor holderSoporte de conductor paratejados metálicosGuiado del conductor conpieza de aprieteStSt Art. Nr. 223 010

Al Art. Nr. 223 040

1

2

3

Conexión a tejado

Latiguillo de empalmepara puenteo

Soporte de conductor

Cable de puenteo

Conector KS

Punta captadora

Fig. 5.1.4.4a: Soporte de conductores para tejado metálico - Tejado con juntaredonda.

Fig. 5.1.4.4b: Soporte de conductores para tejadometálico - Tejado con junta redonda.

Fig. 5.1.4.5: Modelo de estructura de untejado de chapa trapezoidal.

Soporte de conductor con piezade apriete.

Fig. 5.1.4.6: Modelo de estructura de tejadocon junta redonda.

Fig. 5.1.4.7: Punta captadora para unlucernario en un tejado con junta

redonda.



Hay que tener muy en cuenta que, al instalar los con-ductores, el soporte situado en la parte más alta deltejado, tiene que estar realizado con un guiado fijodel conductor, mientras que los restantes soportes deconductores deben estar realizados en ejecución suel-

ta, debido a la compensación de longitud condiciona-da por la temperatura (Figura 5.1.4.4b).

El soporte con guiado fijo del conductor está refleja-do en la figura 5.1.4.5 con el ejemplo de un tejado dechapa trapezoidal.

En la figura 5.1.4.5, además del soporte de conductor,se ha reproducido una punta captadora. El soportede conductor tiene que sujetarse en el tornillo de fija-ción por encima de la arandela de estanqueidad paraevitar la penetración de agua.

En la figura 5.1.4.6 se reproduce el guiado libre delconductor, con el ejemplo de un tejado con junta enforma de nervio.

También en la figura 5.1.4.6 se ha reproducido laconexión, capaz de soportar corriente de rayo, con lachapa en junta nervada en la zona del borde del teja-do.

Los dispositivos no protegidos, que sobresalen deltejado, como p. ej. lucernarios y chimeneas, son pun-tos expuestos al riesgo de descargas de rayo, quedeben protegerse instalando puntas captadoras jun-

to a los mismos. La altura de la punta captadora secalcula en base al ángulo de protección “alfa”.

5.1.5 Instalación captadora en edificios con

cubiertas de pajaPara realizar el dimensionado de un sistema de pro-tección externo contra rayos con este tipo de cubier-ta, se suele utilizar un nivel III pues cumple, por logeneral, las exigencias para un edificio de este tipo.En algunos casos especiales puede efectuarse un aná-lisis de riesgos en base a la norma UNE EN 62305-2(IEC 62305-2).

Los conductores de la instalación captadora emplaza-dos sobre este tipo de tejados (de paja, cañizo o jun-cos) deben tenderse sobre soportes aislantes conlibertad de movimiento. Deben respetarse determi-nadas distancias respecto de los aleros.

En el caso de que se lleve a cabo un sistema de protec-ción contra rayos sobre el tejado hay que aumentarlas distancias de seguridad, de manera que en caso deinstalación de una nueva cubierta puedan cumplirseen cualquier caso las distancias mínimas exigidas. Elvalor típico para la distancia entre derivadores es de15 metros en el nivel de protección III.

La distancia exacta entre derivadores se obtiene en

base al cálculo de la distancia de separación “s”según UNE EN 62305-3 (IEC62305-3).

En el capítulo 5.6 se expone elmétodo de cálculo de la dis-tancia de separación.

En el caso de conductoressituados en caballetes de teja-do, deben considerarse vanosde hasta aprox. 15 m. y en elcaso de conductores parabajantes o derivadores, vanosde hasta aproximadamente10 m. sin apoyos adicionales.

Los mástiles de apoyo tienenque estar fijados al tejado(vigas y travesaños) con aran-delas y bulones de sujeción(Figuras 5.1.5.1 hasta 5.1.5.3).

Si en la superficie del tejadose encuentran piezas metáli-

cas (p. ej. veletas, antenas,chapas metálicas, escaleri-


Fig. 5.1.5.1: Instalación captadora para edificios con cubiertas de paja.

LeyendaConductor captadorPunto de conexiónPunto de separación/Punto de medicionesConductor de tierraDerivación

Distancias más importantes (valores mínimos)

a 0.6 m Conductor captador/ Caballeteb 0.4 m Conductor captador/Cubierta del tejadoc 0.15 m Alero/Soporte del alerod 2.0 m Conductor captador/Ramas de árboles



llas...), estos elementos deben quedar completamen-te dentro del volumen de protección que aporte elcorrespondiente sistema de protección aislado.

En estos casos, sólo se consigue una protección efecti-va contra rayos utilizando un sistema de protecciónaislado con puntas captadoras ubicadas cerca del edi-ficio, o con conductores captadores o mástiles inter-conectados junto al mismo.

Si un tejado de paja limita con una cubierta de metal,y se pretende instalar en el edificio una protecciónexterna contra rayos, se debe introducir una placa noconductora, por ejemplo de plástico, de 1 metro deancho como mínimo entre el tejado de paja y el otrotejado.

Las ramas de los árboles próximos deben mantenerse,como mínimo, a una distancia de 2 metros del tejadode paja. Si hay árboles situados muy cerca del edificio,y lo sobrepasan enaltura, entonces en elborde de la edificacióncercana a los árboles(borde del canalón,frontispicio) hay queinstalar un conductorcaptador que deberá, asu vez, conectarse conla instalación de pro-tección contra rayosdel edificio, prestandodebida atención a las

distancias necesariasrequeridas.

Otra posibilidad para proteger edificios con tejadosde paja contra descargas de rayo, es la de instalarmástiles captadores calculados de tal manera quetodo el edificio quede dentro de la zona de protec-ción.

Consultar al respecto el capítulo 5.1.8 sobre instala-ciones captadoras aisladas (Mástiles de proteccióntelescópicos).

Una nueva posibilidad, arquitectónica y estéticamen-te interesante es utilizar conductores aislados comoderivadores.

En la figura 5.1.5.4 puede verse un ejemplo de insta-lación de bajantes con conductores aislados: Reformade un tejado en una granja histórica en la Baja Sajo-nia.

En España, la instalación o no de un sistema de pro-


6

3

4

5

Pos Denominación según Art. Nr.DIN

1 Tensor con punta captadora 48811 A 145 3092 Mástil de madera 48812 145 2413 Soporte de conductor para − 240 000

tejado4 Soporte de canalón 48827 239 0005 Bloque tensor 48827 B 241 0026 Conductores captadores, p. ej. − 840 050

cable de Al

1

2

Fig. 5.1.5.2: Componentes para tejados de paja.

Fig. 5.1.5.3: Tejado de brezo. Fig. 5.1.5.4: Granja histórica con protección externa contra rayos.(Fuente: Hans Tormählen GMBH & Co K.G.).



tección externo contra el rayo viene determina por laley. Así, el Código Técnico de la Edificación establece

en que casos se debe instalar dicho sistema de acuer-do con una serie de parámetros definidos en el mis-

mo. Fuera de esas situaciones, es decisióndel propietario del edificio o instalación dis-poner o no de las correspondientes medidas

de protección. Obviamente la adopción deestas medidas es más que recomendable enel caso de edificios o estructuras que, por susituación, tipo de construcción o uso sonparticularmente susceptibles de recibir des-cargas directas de rayo, o en los que dichadescarga pueda tener graves consecuencias,por pérdidas irreparables, continuidad deservicio o coste de reparación o reposiciónde los equipos que puedan verse afectados.

Teniendo en cuenta el incremento de casos

de daños causados por descargas de rayo ysobretensiones, las Compañías de Seguros,al firmar o ampliar un contrato de seguro,exigen la adopción de medidas para la pro-tección contra rayos y sobretensiones. Labase de cálculo para la evaluación del ries-go es un análisis de riesgos según la normaUNE EN 62305-2 (IEC 62305-2).

Para la granja histórica anteriormente men-cionada, el sistema de protección contrarayos a instalar debe tener el nivel de pro-


Fig. 5.1.5.5: Sección del edificio principal.

Leyenda:

Derivador

Conductor HVI(bajo tejado)

Cable de tierra

Punto de separación

Tejado de paja

E s f e r a

r o d a n

t e c o n

r = 4 5

m

2 m

1 0 m

1 . 5

m

1 m

13 m

Tubo aislante GRP/Al diámetro 50 mm

Fig. 5.1.5.6: Representación esquemática del tendido de los derivadores en las vigas del tejado.

Tubo aislante con conductorHVI en su interior

Caballete de brezo

Traviesa de maderaatornillada Conductor HVI tendido bajo

techo hasta el alero del tejado

Lámina de sellado para el mástil

Paso a través de lachapa de la cornisa

EBB

MEBB

Leyenda:

Derivador

Conductor HVI(bajo tejado)

Cable de tierra

Punto de separación

Tejado de paja

Conductor HVI ten-dido en el interior



partes conductoras. Esta distancia de separación sedetermina según lo dispuesto en la norma UNE EN62305-3 (IEC 62305-3). El conductor HVI aislado estádesarrollado de tal manera que aporta una distanciade separación equivalente en el aire de s = 0,75 m, o

s 1,50 m en caso de materiales sólidos. La disposicióndel derivador está representada en la figura 5.1.5.6.

El conductor HVI se instala en el interior del tubo ais-lante. La instalación del conductor HVI requiere suconexión a una barra equipotencial de toma de tie-rra. La equipotencialidad se lleva a cabo mediante unconductor flexible H0V-K 1 x 16 mm2. El tubo aislantese sujetó a una construcción especial (traviesa demadera), y los derivadores, en su posterior recorrido,se fijaron a lo largo de las vigas de sustentación deltejado (Figura 5.1.5.6).

En el alero del tejado los conductores HVI se guiarona través de la chapa de la cornisa. (Figura 5.1.5.7).

Por razones arquitectónicas, el posterior tendido delos derivadores se efectuó en aluminio. El paso delconductor HVI a los derivadores no aislados en lasproximidades de la instalación de toma de tierra seefectuó, como en toda la instalación, teniendo encuenta las instrucciones de montaje del sistemaDEHNconductor. Aquí no fue necesario utilizar unaunidad de sellado.

5.1.6 Cubiertas transitables por personas yvehículos

Sobre cubiertas transitables no se pueden tender con-ductores captadores (p. ej. con soportes de hormi-gón). Una posible solución es disponerlos en el inte-rior del hormigón o en las juntas de dilatación delpavimento. En este caso, en los puntos de intersec-ción de la malla se instalarán cabezas tipo hongo quehacen el efecto de las puntas captadoras.

Las dimensiones de malla no pueden sobrepasar losvalores del nivel de protección correspondiente (Vercapítulo 5.1.1- Tabla 5.1.1.3).

Si se garantiza que en estas superficies no va a habertránsito de personas durante una tormenta, es sufi-ciente con adoptar las medidas de protección que seacaban de enunciar.

En todo caso, se debe informar a las personas quepuedan acceder a la cubierta donde está el aparca-miento, mediante los correspondientes avisos, de quela cubierta debe desalojarse inmediatamente en caso

de tormenta y que no se debe acceder a la misma enestas circunstancias. (Figura 5.1.6.1).

tección III. Esto se corresponde con las exigencias con-tenidas en las normas para edificios con cubierta depaja UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3).

El objeto tiene un caballete de brezo que, para prote-gerlo contra daños causados por los pájaros, estácubierto por una malla de plástico.

Para planificar la instalación captadora hay quedeterminar, en primer lugar, las zonas a proteger, loque se realiza por el procedimiento de la esferarodante. De acuerdo con la normativa, en el nivel deprotección III, debía aplicarse un radio de 45 metros.Según esto, se calculó una altura de la punta capta-dora de 2,30 m, con lo que quedaban incluídas en lazona protegida contra descargas de rayo las dos chi-meneas situadas en el tejado, así como los tres nuevossalientes situados en un lado del mismo (Figura5.1.5.5).

Se eligió instalar un tubo aislante (plástico reforzadocon fibra de vidrio) para elevar la punta captadora auna altura suficiente y sujetar el sistema de derivado-

res aislados. Para garantizar la estabilidad mecánicadel tubo, su parte inferior está hecha de aluminio. Lapresencia de elementos metálicos cercanos podía ori-ginar chispas indeseadas. Para evitarlo, es necesarioasegurarse de que en un área de 1 metro alrededordel dispositivo captador no haya elementos puestos atierra ni equipos eléctricos.

El aislamiento eléctrico entre la instalación captadoray los derivadores por una parte y las instalacionesmetálicas y los equipos de energía eléctrica e infor-mática por otra, dentro de la instalación del edificio o

estructura a proteger, puede lograrse asegurandouna distancia de separación “s” entre las distintas


Conductor HVI®

Guiado a través de la cornisa

Fig. 5.1.5.7: Conductor HVI guiado por la cornisa.



Si, por el contrario, es previsible que, durante unatormenta puedan encontrarse personas en la superfi-cie del tejado, los dispositivos captadores deben pro-yectarse a una altura de 2,5 m. (con los brazos exten-didos) de tal manera que queden protegidas contradescargas directas de rayo.

La instalación captadora, según el nivel de protec-ción, puede dimensionarse, por el método de la esfe-ra rodante o por el del ángulo de protección (Figura5.1.6.2).

La instalación captadora puede realizarse mediantepuntas captadoras o con cables tensados. Las puntascaptadoras se fijarán, por ejemplo, a elementos de laconstrucción como son parapetos, balaustradas osimilares.

Por otra parte, para la protección de personas, tam-

bién se pueden utilizar otros elementos como, porejemplo, postes de alumbrado. En estos casos, sinembargo, deben tenerse muy en cuenta las corrientesparciales de rayo que pueden acceder al interior de laconstrucción a través de los cables de energía. Paraestos conductores es imprescindible realizar medidasde conexión equipotencial contra rayos.

5.1.7 Instalación captadora para cubiertasajardinadas y planas

Tanto desde un punto de vista económico como eco-lógico, las cubiertas ajardinadas cobran sentido. Las

razones que lo justificarían son: aislamiento del rui-do, protección de la superficie del tejado, elimina-ción de polvo en el ambiente, aislamiento térmicoadicional, filtrado y retención del agua de lluvia ymejora natural del ambiente de la vivienda y dellugar de trabajo. Se diferencia entre las denominadas

cubiertas ajardinadas extensivas e intensivas. Lascubiertas extensivas no requieren muchos cuidados,contrariamente a lo que sucede en el caso de lascubiertas ajardinadas intensivas, que requieren tra-bajos y cuidados, como son riego, poda, y abono. Lascubiertas ajardinadas requieren un sustrato de tierrao un granulado sobre el tejado.

Si no se cuenta con un sistema de protección externacontra rayos, la impermeabilización de la cubiertapuede quedar dañada en el punto de descarga derayo.

La práctica nos demuestra que, independientementedel tipo de cuidados necesarios, se puede y se debeinstalar un sistema de protección externa contrarayos en la superficie ajardinada en una cubierta.

La norma de protección contra rayos UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3), en caso de una instalación captadoraen forma de malla, prescribe unas dimensiones quedependen directamente del nivel de protección ele-gido (Ver capítulo 5.1.1, tabla 5.1.1.3). Un conductorcaptador montado en el interior del recubrimiento

de la cubierta, es muy difícil de inspeccionar transcu-rridos algunos años, ya que pequeñas puntas capta-


Fig. 5.1.6.1: Protección contra rayos de aparcamientos en cubierta –Protección del edificio.

Fig. 5.1.6.2: Protección contra rayos de aparcamientos en cubierta -Protección de las personas y del edificio (UNE EN62305-3);Anexo E.

Derivación a través de la armadura

de acero

Conductores tendidos en el inte-rior del hormigón o en las juntasde dilatación del pavimento

Advertencia de aviso:¡Prohibido entrar en elaparcamiento en casode tormenta!

Hongo captadorArt. Nr. 108 001

Hongo captador

en el asfalto

h

r

Altura de la punta captadoradimensionada de acuerdo con la

zona de protección exigida

Cable captadorsuplementario

h = 2.5 m + s



doras o los hongos captadores son casi imposibles dedetectar a consecuencia de la acumulación de sustan-cias sobre ellos y por que, con frecuencia, sufren

daños durante los trabajos de mantenimiento. A estohay que añadir el peligro de corrosión de los conduc-tores captadores tendidos dentro del recubrimiento.Los conductores de la malla captadora tendidos porencima de la superficie de cubierta, son fáciles de ins-peccionar, pese a la acumulación de vegetación sobreellos, y además, la altura de la instalación captadorapuede elevarse mediante puntas captadoras que“crezcan” con la vegetación de cubierta. La instala-ción captadora puede diseñarse de maneras diferen-tes. Por lo general, conindependencia de laaltura del edificio, sesuele tender sobre lasuperficie del tejado unainstalación captadora enforma de malla con unreticulado que varíasegún el nivel de protec-ción que se considere yque va desde los de 5 m x5 m (Nivel de protecciónI), hasta un máximo de

15 m x 15 m (Nivel deprotección III). Es aconse-

jable determinar el lugarde instalación de lamalla teniendo en cuen-ta el perímetro de lacubierta y las estructurasmetálicas que puedan ydeban integrarse en lainstalación captadora.

Un material aconsejable

para los conductores

captadores situados sobre tejados ajardinados es elacero inoxidable (Nr. de material 1.4571).

En caso de tender los conductores dentro de la capa

de recubrimiento (en el sustrato o granulado de tie-rra) no puede utilizarse conductor de aluminio. (Figu-ras 5.1.7.1 hasta 5.1.7.3).

5.1.8 Instalaciones captadoras aisladas

En la actualidad es frecuente que en los tejados degrandes edificios de oficinas y en edificios industria-les, se ubiquen instalaciones de aire acondicionado ysistemas de refrigeración, p.ej. para servidores infor-


Fig. 5.1.7.1: Tejado ajardinado.

Fig. 5.1.8.1: Conexión de estructuras sobre cubierta.

Fig. 5.1.7.3: Guiado de los conductores porencima del recubrimiento.

Fig. 5.1.7.2: Instalación captadora sobre untejado ajardinado.

Tejado

1ª planta

Planta baja

Sótano

Conexión a travésde vía de chispasConexión directa

EBB

Línea de datos



máticos. Antenas, lucernarios accionados eléctrica-mente, anuncios publicitarios con luz integrada ytodas las demás estructuras que sobresalen de lacubierta conectadas por un elemento conductor, p.ej.a través de cables o tuberías, con el interior del edifi-cio, deben ser tratadas de la misma forma.

De acuerdo con el estado actual de la técnica de pro-tección contra rayos, estas estructuras situadas encubierta se protegen contra descargas directas derayo mediante una instalación captadora aislada. Deesta forma, se evita que puedan penetrar corrientesparciales de rayo en el interior del edificio, dondeinterferirían o incluso llegarían a destruir equiposeléctricos/electrónicos sensibles.

En el pasado estas estructuras de tejado se conecta-ban directamente al sistema de protección externa.

Esta conexión directa significa que corrientes parcia-

les de rayo podrían penetran en el interior del edifi-cio. Posteriormente se puso en práctica la “conexiónindirecta” a través de una vía de chispas. De estemodo, descargas directas de rayo en las estructurasdel tejado podían fluir, también parcialmente a tra-vés del “conductor interior”y en caso de una descar-ga lejana en el edificio, las vías de chispas no deberí-an alcanzar la tensión de respuesta. Sin embargo, casisiempre se alcanzaba esta tensión de aprox. 4 kV, yasí penetraba una corriente parcial de rayo en el inte-rior del edificio, por ejemplo a través de un conduc-

tor eléctrico. Con ello podrían resultar dañados, oincluso destruidos totalmente equipos eléctricos y

electrónicos situados en el interior del mismo.

La única forma de evitar la entrada de estas corrien-tes parciales en el interior de los edificios es utilizarinstalaciones captadoras aisladas que aseguran quese mantiene la distancia de separación “s” necesaria.

La figura 5.1.8.1 muestra la penetración de una

corriente parcial de rayo en el interior del edificio.

Puntas captadoras

En el caso de pequeñas estructuras de tejado (p. ej.pequeños ventiladores) la protección puede lograrsemediante la instalación de una punta captadora o lacombinación de varias. Las puntas captadoras conuna altura de hasta 2 metros pueden fijarse con unoo dos zócalos de hormigón superpuestos (p. ej. Art.Nr. 102 010) (Figura 5.1.8.2).

Si las puntas captadoras son más altas de 2,5 o 3,0 m,las puntas captadoras deben fijarse al objeto que sepretende proteger con soportes de material aislanteeléctrico (p. ej. soporte distanciador DEHNiso) (Figura5.1.8.3).

Si, además, se quieren fijar las puntas captadoras conseguridad frente a los efectos del viento lateral, esaconsejable la utilización de soportes angulados(Figuras 5.1.8.4 y 5.1.8.5).

Si se precisan puntas captadoras de mayor altura, p.

ej. para estructuras de tejado muy elevadas, puedenutilizarse soportes especiales para su instalación.


Fig. 5.1.8.2: Instalación captadora aislada. Protección con punta cap-tadora.

Fig. 5.1.8.3: Punta captadora con soporte distanciador.



Las puntas captadoras auto soportadas hasta unaaltura de 8,5 metros pueden instalarse usando unsoporte en forma de trípode. Estos soportes se fijansobre el suelo con zócalos de hormigón convenciona-

les (colocados unos sobre otros). A partir de una altu-ra de 6 metros se requieren cables adicionales desujección, para resistir la acción del viento.

Esta clase de puntas captadoras pueden utilizarsepara las más diversas aplicaciones (p. ej. antenas oinstalaciones fotovoltaicas). Su instalación requieremuy poco tiempo ya que tan sólo es necesario atorni-llar algunos elementos entre sí. (Figuras 5.1.8.6 a5.1.8.7).

En el caso de que haya que proteger instalaciones o

edificios enteros mediante la disposición de puntascaptadoras, (p. ej. instalaciones fotovoltaicas, depósi-tos de munición…), se utilizan mástiles de proteccióncontra rayos. Estos mástiles se montan en un cimien-to de hormigón. Con ellos se puede alcanza una altu-ra sobre el nivel de la base de hasta 19 metros, eincluso superiores si empleamos ejecuciones especia-les. También es posible instalar cables sobre estosmástiles, cuando están adaptados expresamente para

ello. Los mástiles telescópicos de protección contrarayos se suministran en tramos empalmables lo quesupone una enorme ventaja para el transporte.

Más información (p. ej. montaje e instalación) sobreestos mástiles telescópicos de acero para proteccióncontra rayos en las Instrucciones de montaje Nr. 1574(Figuras 5.1.8.8 y 5.1.8.9).

Tendido de cables o conductores

Según UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) los cables capta-dores pueden instalarse sobre la estructura que sedesea proteger.

Los cables captadores tendidos entre puntas definen

un espacio protegido en forma de tienda de campa-ña a lo largo de los mismos y de forma cónica en susextremos.

El ángulo de protección “alfa” depende de la clasede protección y de la altura de la instalación captado-ra respecto del plano de referencia.

Para el dimensionado de los cables o conductorespuede aplicarse también el método de la esfera


Fig. 5.1.8.4: Soporte angular para punta cap-tadora.

Fig. 5.1.8.6: Instalación captadora aisladapara una instalación fotovoltaica.

Fig. 5.1.8.5: Soporte de la punta captadora.

Fig. 5.1.8.7: Instalación captadora aisladapara estructuras sobre el tejado.

Fig. 5.1.8.9: Instalación de un mástiltelescópico de protección contra

el rayo.

Fig. 5.1.8.8: Protección suplementaria contrala corrosión en la zona de transi-

ción, mediante cinta anticorrosi-va para aplicación bajo tierra.



rodante (Radio de la esfera rodante - de acuerdo conel nivel de protección).

Asimismo, puede utilizarse la malla como elementocaptador, siempre que pueda asegurarse la distanciade separación correspondiente “s”. En estos casos, lossoportes distanciadores aislados se instalan en verti-cal sobre zócalos de hormigón, por ejemplo, para ele-var la malla a una determinada altura. (Figura5.1.8.10).

DEHNiso-Combi

El programa de productos DEHNiso-Combi ofrecediversas posibilidades para instalar cables o conduc-tores de acuerdo con los tres métodos para el diseñode instalaciones captadoras (esfera rodante, ángulode protección, malla).

Los tubos aislantes de aluminio con “tramo aislado“(GRP –plástico reforzado con fibra de vidrio) que sefijan al objeto que se desea proteger, proporcionanuna forma de guiado para los cables. El posteriorguiado hacia la instalación derivadora o hacia un sis-tema captador suplementario (p. ej. malla), se realizacon soportes distanciadores de plástico reforzado confibra de vidrio.

Puede obtenerse más información sobre las distintasaplicaciones en los folletos DS 123, DS 111 y en las

Instrucciones de montaje Nr. 1475.

Las ejecuciones descritas pueden combinarse discre-cionalmente entre sí, para adaptar la instalación cap-tadora aislada a las condiciones locales (Figuras

5.1.8.11 hasta 5.1.8.14.


Fig. 5.1.8.10: Instalación captadora.Fuente: Protección contra rayos Wettingfeld, Krefeld.

Fig. 5.1.8.12: Instalación captadora aislada con DEHNiso-Combi.

Fig. 5.1.8.11: Trípode para tubos auto soportados aislados.



5.1.9 Instalación captadora para campanariose iglesias

Protección externa contra rayos

Según la Hoja suplementaria 2 de la UNE EN 62305-3(IEC 62305-3), apartado 18.1., un sistema de protec-ción contra rayos dimensionado para el nivel de pro-

tección III cumple las exigencias normales para igle-sias y campanarios. En algunos casos especiales, comopor ejemplo, en edificaciones con un alto valor cultu-ral, hay que efectuar un análisis de riesgos específico.

Naves de iglesiasSegún la Hoja suplementaria a la norma UNE EN62305-3 (IEC 62305-3), apartado 18.5. la nave de unaiglesia tiene que dotarse de una protección especialcontra rayos. En caso de estar anexa a la torre de laiglesia, debe unirse por la vía más corta posible conlos derivadores instalados en ésta. En el caso de unanave de iglesia en cruz, tiene que instalarse un deri-vador en cada uno de los extremos del cable capta-dor situado a lo largo del caballete.

Campanarios o torres de iglesiasLas torres con una altura de hasta 20 metros tienenque equiparse con un derivador. Si la torre y la navede la iglesia están construidas juntas, el derivadordebe conectarse, por la vía más corta posible, con laprotección externa contra rayos de la nave de la igle-sia. (Figura 5.1.9.1). Si un derivador de la torre coinci-de con un derivador de la nave de la iglesia, podráutilizarse un solo derivador común para ambas.

Según la Hoja suplementaria 2 a la norma UNE EN62305-3 (IEC 62305-3), apartado 18.3, en las torres de


Fig. 5.1.8.13: Detalle de un DEHNiso-Combi.

Fig. 5.1.9.1: Tendido de los derivadores en una torre de iglesia.

Fig. 5.1.8.14: Instalación captadora aislada con DEHNiso-Combi.



iglesia de una altura superior a los 20 metros, hayque instalar, como mínimo, dos derivadores. Uno deestos derivadores, por lo menos, debe unirse, por lavía más corta posible, con la protección externa con-tra rayos de la nave de la iglesia.

Los derivadores de las torres deben instalarse, porprincipio, por el exterior de las mismas. No está per-mitido tender el derivador por el interior de la torre.UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3), Hoja suplementaria 2.Además tiene que respetarse la distancia de separa-ción “s” respecto de elementos metálicos e instala-ciones eléctricas existentes en la torre (p. ej. equiposde relojes, campanas) o debajo del tejado (p. ej. ins-talaciones de calefacción y de ventilación) medianteuna disposición apropiada de la protección externacontra rayos. La distancia de separación exigida pue-

de suponer un problema, especialmente en el casodel reloj de la torre. En este caso, y para evitar la for-mación de chispas peligrosas en partes de la protec-ción externa contra rayos, la unión conductora con elinterior del edificio puede sustituirse por una piezaaislante (p. ej. tubo de GRP – plástico reforzado confibra de vidrio).

En las iglesias de nueva construcción que se constru-yen en hormigón armado, los hierros del mismo pue-den utilizarse como derivadores, siempre que segarantice la continuidad eléctrica. Si se utilizan pie-

zas prefabricadas de hormigón armado, pueden uti-lizarse como derivador si se han dispuesto los puntosde conexión correspondientes que aseguren la conti-nuidad eléctrica requerida.

De acuerdo con la Hoja suplementaria 2 de la normaUNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) la compensación depotencial de protección contra rayos con el equipa-miento electrónico (suministro eléctrico, telefonía ymegafonía), el control de las campanas en el campa-nario y en el sistema de control del tiempo, se deberealizar en la entrada del edificio.

5.1.10 Instalación captadora para aerogenera-dores

Requerimientos para la protección contra rayos

La norma IEC 61400-24 describe las medidas de pro-tección contra rayos para aerogeneradores. En lasdirectrices de certificación de la German Lloyd, se exi-ge un nivel III para los sistemas de protección contrarayos en aerogeneradores con una altura de góndo-

la de hasta 60 m. y un nivel II para alturas de góndo-la superiores a 60 m. En el caso de plantas Offshore

se exige el nivel de protección I. De este modo, pue-den controlarse descargas de rayo con intensidadesde hasta 200.000 A. Estos requerimientos están basa-dos en las experiencias de campo en operación conaerogeneradores y en el análisis de riesgos según

UNE EN 62305-2 (IEC 62305-2).

Principio de protección externa contra rayos en aero-generadores

La protección externa contra rayos consta de instala-ción captadora, instalación derivadora y sistema depuesta a tierra, y protege contra daños mecánicos ycontra incendios. Las descargas de rayo en aerogene-radores tienen lugar, sobre todo, en las palas delrotor. Por eso, en dichos puntos se integran elemen-tos cuya finalidad es actuar como receptores de la

descarga del rayo (Figura 5.1.10.1).Para conseguir que la corriente del rayo fluya a tierrade manera controlada, los receptores integrados enlas palas del rotor, se conectan con la góndolamediante un conductor de interconexión (pletina deacero zincado St/tZn de 30 mm x 3,5 mm, o cable decobre de 50 mm2).

A su vez, cepillos de fibra de carbono o vías de chis-pas aéreas puentean los rodamientos de bolas en lacabeza de la góndola a fin de evitar que se produzca

soldadura en las piezas giratorias de la estructura.


Fig. 5.1.10.1: Aerogeneradores con receptores integrados en laspalas.

receptor

Conductor



Para proteger frente a la descarga de rayo los equi-pamientos instalados en el exterior de las góndolasde los aerogeneradores, como p. ej. anemómetros, seutilizan puntas captadoras o “jaulas captadoras”(Figura 5.1.10.2).

Como instalación derivadora se emplea la propiatorre del aerogenerador en el caso de que sea metá-lica. En el supuesto de torres construidas de hormi-gón armado, se utilizan conductores embebidos en elmismo (redondo de acero zincado St/tZn diámetro8…10 mm, o pletina St/tZn de 30 mm x 3,5 mm). Elsistema de puesta a tierra del aerogenerador estáconstituido por una toma de tierra de cimientos en labase de la torre y la conexión en forma de malla conla toma de tierra de cimientos del edificio de opera-ciones. De este modo se consigue una “superficieequipotencial” que, en caso de descargas de rayo,impide que se originen diferencias de potencial.

5.1.11 Esfuerzos por acción del viento enpuntas captadoras

Las cubiertas de los edificios se utilizan cada vez máscomo lugar de localización de instalaciones. Particu-larmente, en la cubierta de edificios de oficinas eindustrias, se instalan numerosos equipos técnicospara ampliar los equipamientos de los mismos. Paradisponer de un sistema correcto de protección contrarayos, es esencial proceder a la protección de lasestructuras ubicadas en la cubierta del edificio, comoson instalaciones de aire acondicionado, refrigera-ción, antenas, instalaciones de telefonía móvil, alum-brado, salidas de humo y otros elementos con

conexiones al sistema eléctrico de baja tensión (Figu-ra 5.1.1.11.1).

Según las normas de protección vigentes de la serieUNE EN 62305 (IEC 62305) estas estructuras de tejadopueden ser protegidas mediante una instalación cap-tadora aislada. Esto requiere un aislamiento de la ins-

talación captadora y derivadora. Es decir, una distan-cia de separación suficiente respecto a las estructurasy equipamientos instalados en cubierta que se deseaproteger. Esta opción proporciona una zona de pro-tección en la que se descarta la posibilidad de descar-gas directas de rayo. Igualmente, se evita la entradade corrientes parciales de rayo en el sistema de bajatensión y, por tanto, en el interior del edificio.

Esto tiene especial relevancia ya que, la entrada decorrientes parciales de rayo puede deteriorar e inclu-so destruir equipos eléctricos/electrónicos sensibles.

Este tipo de instalaciones captadoras se utilizan tam-bién para proteger estructuras de tejado extensas.Los diversos sistemas se conectan entre sí y con el sis-tema de puesta a tierra. El volumen del espacio deprotección obtenido depende, entre otras cosas, delnúmero y de la altura de los elementos captadoresinstalados. En el caso de estructuras de tejado peque-ñas, esta protección se consigue con una sola puntacaptadora. El procedimiento para determinar elnúmero y altura de las puntas que deban utilizarseen cada caso, implica el uso del método de la esfera

rodante según UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) (Figura5.1.11.2).


Fig. 5.1.10.2: Protección contra rayos de anemómetros situados enun aerogenerador.

Fig. 5.1.11.1: Protección contra descargas directas de rayo mediantepuntas captadoras autosoportadas.



El radio de la esfera dependerá del nivel de protec-ción elegido. Dicha esfera se hace rodar en todas lasdirecciones posibles sobre la instalación a proteger,de modo que sólo toque en el suelo (superficie dereferencia) y/o en la instalación captadora.

Con este procedimiento se consigue definir un volu-men protegido en el que es imposible que se produz-can descargas directas de rayo.

Para obtener un volumen protegido lo más grande

posible, o bien para poder proteger estructuras detejado de mayor tamaño contra descargas directas derayo, se utilizan puntas captadoras adicionales dealtura suficiente. Las puntas captadoras auto-sopor-tadas se aseguran contra roturas y contra vuelcosmediante una adecuada ejecución del soporte que lesirve de base y utilizando los elementos suplementa-rios de apoyo correspondientes. (Figura 5.1.11.3)

La altura de las puntas captadoras auto-soportadastiende a ser la mayor posible pero se debe tener muyen cuenta que a mayor altura, mayor es la influencia

de la acción del viento sobre las mismas y se incre-menta el riesgo de cimbreos y caídas. Al mismo tiem-

po, desde el punto de vista de la instalación, los usua-rios demandan una construcción ligera del sistema depuntas captadoras auto-soportadas, para facilitar eltransporte y el montaje. Para garantizar que es segu-ro utilizar puntas captadoras sobre tejados se debeprobar la estabilidad mecánica de las mismas.

Esfuerzos provocados por acción del viento

Normalmente, las puntas captadoras auto-soporta-

das se instalan en lugares expuestos (p. ej. sobre teja-dos), donde se originan esfuerzos mecánicos debidosa la acción del viento que son comparables a aquellosa los que se ven sometidos los soportes y fijaciones delas antenas.

Por eso, para las puntas captadoras auto-soportadas,se requieren las mismas exigencias, en lo que se refie-re a la resistencia mecánica, que las que se planteana los soportes de antena según norma DIN 4131.

En Alemania, por ejemplo, la norma DIN 4131 divide

el país en 4 zonas en función de la velocidad del vien-to asociada a cada una de ellas. (Figura 5.1.11.4).


Fig. 5.1.11.3: Punta captadora auto-soportada con trípode.

Fig. 5.1.11.2: Procedimiento para el dimensionado de instalaciones captadoras según UNE EN62305-3 (IEC 62305-3).

h 1

h 2

Punta captadora

α


Dimensiones

de malla M

Derivador

r

Esferarodante

Sistema de puesta a tierra

I 20 m 5 x 5 m

II 30 m 10 x 10 mIII 45 m 15 x 15 mIV 60 m 20 x 20 m

Nivel deprotección

Radio de la esfe-ra rodante (r)

Dimensiones demalla (M)

Altura máxima del edificio

Punta captadora

Apoyo o soporte

Trípode



del edificio más longitud de las puntas captadoras) semantiene por debajo del límite de los 50 metros.

En la definición de las puntas captadoras auto-sopor-tadas deben cumplirse los requisitos siguientes en loque a la acción del viento se refiere:

⇒ Resistencia frente a vuelco de las puntas capta-doras.

⇒ Resistencia a la rotura de las puntas.⇒ Garantizar la distancia de separación necesaria

hacia el objeto a proteger, incluso bajo la accióndel viento (evitar que la punta captadora sedoble de forma indebida).

Determinación de la resistencia frente al vuelco

La presión dinámica originada (dependiente de la

velocidad del aire), del coeficiente de resistencia cW yde la superficie expuesta a la acción del

En los cálculos de los esfuerzos reales a soportar debi-do a la acción del viento, hay que tener en cuentatambién la altura del edificio y las circunstancias loca-les de emplazamiento (edificio aislado situado enterreno abierto, o situado entre otras edificaciones).

En la figura 5.1.11.4 puede verse como, casi el 95%de toda la superficie de Alemania, puede incluirse enlas zonas de viento I y II. Por este motivo, el dimen-sionado de las puntas captadoras se realiza, en gene-ral, para la zona de viento II. La aplicación de puntascaptadoras auto-soportadas en las zonas de viento IIIy IV debe calcularse en cada caso en función de lascargas de viento esperadas.

Según esta normativa, en edificios de hasta 50metros de altura, se puede contar con una presióndinámica constante sobre la altura del edificio. A

efectos de los cálculos, se asume un altura máximadel edificio en 40 m, por lo que la altura total (altura


Fig. 5.1.11.4: División de Alemania en zonas de viento y valores correspondientes de lapresión dinámica y de las velocidades máximas del viento.

Fuente: DIN 4131: 1991-11 Soportes de acero para antenas Berlin, EditorialBeuth-Verlag GMBH.(Mapa).

viento de la punta captadora, generanuna carga q´ en la superficie, que deter-mina un momento de vuelco MT para lapunta captadora. Para garantizar laestabilidad de la punta captadora auto-soportada, al momento de vuelco MT sedebe oponer un momento de resistenciaMO, que será generado por el pie desoporte.

La magnitud del momento soporte MOdepende del peso vertical y del radio delpropio soporte de pie. Si el momento devuelco es mayor que el contra-momento,la punta captadora se caerá debido a laacción del viento.

La prueba de estabilidad de puntas cap-tadoras auto-soportadas se efectúamediante cálculos estáticos. En los cálcu-los aparecen, además de las característi-cas mecánicas de los materiales utiliza-dos, los valores siguientes:

⇒ Superficie expuesta a la acción elviento de la punta captadora:Está definida por la longitud y el diá-metro de cada una de las piezas dela punta captadora.

⇒ Superficie de los tirantes expuesta ala acción del viento:Las puntas captadoras auto-soporta-das de gran altura se sujetan por

medio de 3 tirantes que se montanequidistantes respecto a la punta. La



superficie expuesta a la acción del viento de estostirantes se corresponde con la superficie de losmismos proyectada sobre un plano situado verti-calmente a la acción del viento. Así, las longitu-des de los tirantes se acortarían correspondiente-

mente si los cálculos así lo determinan.⇒ Peso de la punta captadora y de los tirantes:

El peso propio de la punta captadora y de lostirantes de sujeción debe tomarse en considera-ción al efectuar el cálculo del contra-momento.

⇒ Peso del soporte de base:El soporte de base es una construcción en formade trípode cuyo peso se incrementa, en casonecesario, utilizando zócalos de hormigón. Portanto, el peso de este trípode se compone de lasuma del peso del propio trípode más el peso decada uno de los zócalos de hormigón que en sucaso se coloquen.

⇒ Palanca de oscilación:La palanca de oscilación es la distancia más cortaexistente entre el punto medio del trípode y lalínea o punto en el que todo el sistema de sopor-te se volcaría.

La prueba de estabilidad se obtiene por la compara-ción de los siguientes momentos:

⇒ Momento de vuelco, constituido por la fuerzaejercida por el viento sobre la punta captadora olos tirantes de sujeción y el brazo de palanca dela punta captadora.

⇒ Momento de torsión del soporte formado por elpeso del trípode de sujeción, el peso de la puntacaptadora y los tirantes de soporte, así como porla longitud de la palanca de oscilación a travésdel trípode de apoyo.

La estabilidad se alcanza cuando la relación entre elmomento soporte y el momento de vuelco alcanza

un valor >1.Básicamente: cuanto mayor sea la relación entre elmomento soporte y el momento de vuelco mayorserá la estabilidad.

La estabilidad requerida puede lograrse de las for-mas siguientes:

⇒ Reducir al máximo la superficie de la punta cap-tadora expuesta a la acción del viento utilizandosecciones lo más pequeñas posibles. Ciertamente,la carga sobre la punta captadora se reduce pero,

al mismo tiempo, disminuye la rigidez mecánicade la punta captadora y ello incrementa el riesgo

de rotura de la misma. Por eso, es muy importan-te encontrar un equilibrio entre el uso de la sec-ción más pequeña posible para reducir la cargadel viento y conseguir la necesaria rigidez de lapunta captadora.

⇒ Aumentar peso de la base del soporte y/o el radiode la misma. Esto, con frecuencia, entra en con-flicto con la superficie de emplazamiento dispo-nible así como con la demanda de elementos depeso reducido y fácil transporte.

Realización:

Para alcanzar una superficie de exposición al vientolo más reducida posible, se optimizan las secciones delas puntas captadoras de acuerdo con los resultados

de los cálculos. Para facilitar el transporte y el montaje, la punta captadora se compone de un tubo de alu-minio (que se puede dividir si así se desea) y de unapunta captadora del mismo material. El pie de sopor-te para la punta captadora es abatible y se oferta endos versiones. Se pueden compensar inclinaciones detejado de hasta 10º.

Determinación de la resistencia a roturas

Además de la estabilidad hay que testar la resistenciade las puntas captadoras frente a roturas originadas

por la acción del viento. La tensión de flexión odoblado no puede sobrepasar la tensión máximatolerable. La tensión de flexión es mayor en el casode puntas captadoras más largas. Las puntas capta-doras deben diseñarse para que, las cargas del vientoque pueden presentarse en la zona de viento II, noden lugar a deformaciones permanentes en las pun-tas captadoras.

Como quiera que debe tenerse en cuenta, tanto lageometría exacta de la punta captadora como elcomportamiento no lineal de los materiales utiliza-

dos, la prueba contra roturas de puntas captadorasauto-soportadas se efectúa mediante un modelo decálculo FEM. El FEM (Finite Element Method – Elmétodo de los elementos finitos) es un procedimien-to numérico para calcular las tensiones y deformacio-nes de estructuras geométricas complejas. La estruc-tura que se pretende analizar se divide en los deno-minados “elementos finitos” usando superficies ima-ginarias y líneas unidas entre sí mediante nudos.

Para efectuar los cálculos se necesitan los datossiguientes:




⇒ Modelo de cálculo FEMEl modelo de cálculo FEM se corresponde, en for-

ma simplificada, con la geometría de la puntacaptadora auto-soportada.

⇒ Características de los materialesEl comportamiento del material viene dado porlos datos relativos a los valores de sección, elasti-cidad, densidad y contracción lateral.

⇒ CargasLa carga del viento se aplica como carga de pre-sión sobre el modelo geométrico.

La resistencia a la rotura se determina comparando la

carga de flexión admisible (valor característico delmaterial) y la carga máxima de flexión que se puedapresentar (calculada en base al momento de flexión ya la sección efectiva en el punto de mayor esfuerzo).

La resistencia contra rotura se consigue si la relaciónentre la carga de flexión admisible y la que puedepresentarse, alcanza un valor >1. Básicamente: cuan-to mayor sea la relación entre la carga de flexiónadmisible y la existente, mayor será la seguridadfrente a rotura.

Con el modelo FEM se calculan los momentos de fle-xión que se originan en función de la altura de las

puntas captadoras (longitud = 8,5 m) con y sin tiran-tes (Figura 5.1.11.5). Aquí se pone de manifiesto cla-

ramente la influencia de un posible tirante. En elmomento máximo de flexión en la punta captadorasin tirante, tenemos un valor de aprox. 1270 Nm.Dicho valor se reduce, por acción del tirante, hastaaproximadamente 460 Nm. Mediante este tirante esposible reducir las tensiones en la punta captadorade tal manera que, con las cargas de viento máximasque se puede esperar, no se sobrepase la resistenciade los materiales utilizados y, en consecuencia, lapunta captadora no se vea dañada.

RealizaciónLos tirantes de sujeción generan un punto de sopor-te adicional con el que se reducen considerablemen-te las tensiones de flexión en la punta captadora.

Sin un tirante de apoyo suplementario, las puntascaptadoras no podrían soportar los esfuerzos de lazona de viento II. Por esta razón, las puntas captado-ras se equipan con tirantes de sujeción a partir deuna altura de 6 metros.

Además del momento de flexión, los cálculos FEM

indican también las tensiones que se van a originar enlos tirantes de apoyo, cuya resistencia debe testarse.

Fig. 5.1.11.5: Comparación entre el desarrollo de los momentos de flexión en puntas captadoras auto-soportadas con y sin tirantes(Longitud = 8,5 m).



Determinación de la flexión de la punta captadoradebido a la carga de viento.

Otro resultado importante de los cálculos del mode-lo FEM hace referencia a la flexibilidad de la puntacaptadora. Las cargas del viento hacen que las puntascaptadoras se doblen. La flexión permanente de la

punta provoca una variación del volumen protegidopor la misma. Por tanto, es posible que objetos quedeberían estar protegidos, queden fuera de la zonade protección.

La aplicación del modelo de cálculo a una punta cap-tadora, con y sin tirantes, muestra los resultadosobtenidos en las figuras 5.1.11.6 y 5.1.11.7.

Los cálculos para el ejemplo elegido dan como resul-tado una flexión de la punta de la barra captadora deaprox. 1150 mm. Sin tirantes, la flexión sería de 3740

mm, un valor teórico que sobrepasaría el límite derotura de la punta captadora considerada.

Resultados

La resistencia contra vuelcos, roturas y flexión son losfactores decisivos en el dimensionado de las puntascaptadoras. La base de soporte y la punta captadoradeben ajustarse entre sí de tal manera que las cargasque se originan como consecuencia de la velocidaddel viento correspondiente a la zona II, no den lugaral vuelco y/o a daños en la punta captadora.

También hay que tener en cuenta que las flexiones

que pueda sufrir una punta captadora pueden influirnegativamente en la necesarias distancias de seguri-dad que un sistema de protección externa contrarayos siempre debe asegurar. En el caso de puntascaptadoras de mayor altura es necesario un apoyosuplementario para evitar desviaciones inadmisibles

de las mismas.

5.2 Instalación derivadoraLa instalación derivadora es la unión eléctrica con-ductora entre la instalación captadora y el sistema depuesta a tierra. La instalación derivadora debe con-ducir la corriente de rayo al sistema de puesta a tie-rra sin que se produzca un calentamiento indebidoque, por ejemplo, dañe la estructura.

Para evitar que en el proceso de derivación a tierrade la corriente de rayo se produzcan daños en la ins-talación, los derivadores deben instalarse de talmodo que, desde el punto de descarga del rayo has-ta tierra:

⇒ existan varias bajantes paralelas para conducir lacorriente,

⇒ la longitud de estas bajantes se reduzca al míni-mo posible (recto, vertical, sin bucles),

⇒ las uniones con partes conductoras de la estruc-

tura se efectúen en todos los lugares necesarios(Distancia < s; s = distancia de separación).

Fig. 5.1.11.6: Modelo FEM de una punta autosoportada sin tirantes. Fig. 5.1.11.7 Modelo FEM de una punta autosoportada con tirantes.




5.2.1 Determinación del número dederivadores

El número de derivadores depende del perímetro delos bordes exteriores del tejado (perímetro de la pro-yección sobre la superficie del suelo).

Los derivadores deben instalarse de tal manera que,partiendo de las esquinas de la edificación, estén dis-tribuidos de la forma más regular posible.

Dependiendo de las condiciones de la edificación (p.ej. puertas, elementos prefabricados de hormigón,…)las distancias entre derivadores pueden ser diferen-tes. En cualquier caso, hay que respetar el númerototal de los derivadores a instalar de acuerdo con elnivel de protección.

En la norma UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) se indican

las distancias típicas entre derivadores y anillos peri-metrales dependiendo del nivel de protección (Tabla5.2.1.1).

El número exacto de derivadores solamente puededeterminarse mediante el cálculo de la distancia deseparación “s”. Si no se puede cumplir la distancia deseparación calculada para el número de derivadoresprevisto en una estructura, una posibilidad para cum-plir el requerimiento es elevar el número de deriva-dores a instalar. Las trayectorias de corriente parale-las mejoran el coeficiente de distribución de corrien-

te kc. Con esta medida se disminuye la corriente quecircula por cada uno de los derivadores y se puede,por tanto, mantener la distancia de separación exigi-da.

Los elementos naturales de la estructura (p. ej.columnas de hormigón armado, estructuras metálicasde acero,…) pueden utilizarse asimismo como deriva-dores si se garantiza la continuidad eléctrica de losmismos.

Al conectar los derivadores con el sistema de puestaa tierra y usar anillos perimetrales en edificios de

mayor altura se consigue una simetría en la distribu-

ción de la corriente de rayo, lo que reduce la distan-cia de separación “s”.

En la serie actual de normas UNE EN 62305 (IEC62305) se concede gran relevancia a la distancia deseparación. Con las medidas citadas anteriormente se

facilita obtener dichas distancias y con ello garantizaruna derivación segura de la corriente de rayo.

Si a pesar de las mismas, no se consigue alcanzar ladistancia de separación requerida, pueden utilizarselos nuevos conductores aislados resistentes a alta ten-sión (HVI). Estos conductores se describen en el capí-tulo 5.2.4.

En el capítulo 5.6 se expone cómo se determina la dis-tancia de separación de forma exacta.

5.2.2 Instalación derivadora para un sistemade protección contra rayos no aislado

Como norma general, los derivadores se instalandirectamente sobre el edificio (sin distancia). El crite-rio para permitir o no su instalación directa sobre laestructura es que el aumento de temperatura que seproduce en caso de un impacto de rayo en el sistemade protección pueda afectar al edificio en el que seinstala. Así, si la pared del edificio está fabricada enmaterial no inflamable o en material con un nivelnormal de inflamabilidad, los derivadores pueden

montarse directamente sobre o en la pared.

Nivel de protección

I

II

III

IV

Distancia típica

10 m

10 m

15 m

20 m

Tabla 5.2.1.1: Distancias entre derivadores según UNE EN 62305-3(IEC 62305-3).

Tabla 5.2.2.1: Elevación máxima de la temperatura “DeltaT” en K de diferentes materiales conductores.

16

50

78

8 mm

10 mm

qmm2

III + IV II IIII + IV II IIII + IV II IIII + IV II I

* * *

190 460 940

78 174 310

56 143 309

5 12 22

3 5 9

1120 * *

37 96 211

15 34 66

146 454 *

12 28 52

4 9 17

Acero inoxidableCobreHierroAluminio

Clase de protección

* se funden/evaporan



Se considera que la madera tiene un grado de infla-mabilidad normal si su densidad bruta es superior a400 kg/m2 y tiene un espesor mayor a 2 mm. En esecaso se permite la instalación de derivadores sobrepilares de madera.

Si la pared es de material altamente inflamable, losderivadores pueden instalarse directamente sobre lasuperficie de la pared, por cuanto la elevación detemperatura durante el flujo de la corriente de rayono es peligrosa.

La elevación máxima de la temperatura “∆T” en K delos distintos conductores para cada nivel de protec-ción, puede verse en la tabla 5.2.2.1. En base a estosvalores, se permite, por lo regular, incluso instalarderivadores por detrás de un aislamiento térmico, yaque estos aumentos de temperatura no suponen unpeligro de incendio del mismo.

De este modo, queda garantizada asimismo la pre-vención contra incendios.

También se puede reducir la elevación de la tempera-tura en la superficie, utilizando un revestimiento adi-cional de PVC al efectuar el tendido de los derivado-res en o detrás de un aislamiento térmico. Tambiénpuede utilizarse varilla de aluminio recubierto dePVC.

Si la pared está fabricada en material altamenteinflamable y la elevación de temperatura de los deri-vadores pudiera resultar peligrosa, éstos deben insta-larse de tal manera que la distancia entre los deriva-dores y la pared sea superior a 0,1 metros. Los ele-mentos de sujeción sí pueden tocar la pared.

El constructor del edificio tiene que especificar si lapared está realizada de material fácilmente inflama-ble o no.

La definición exacta de los conceptos “no inflamable,normal y altamente inflamable” está descrita en la

Hoja suplementaria 1 de la norma UNE EN 62305-3(IEC 62305-3).

5.2.2.1 Instalación de derivadores

Los derivadores deben estar dispuestos de tal mane-ra que sean la continuación directa de la instalacióncaptadora. Deben montarse verticales y rectos paraque constituyan la conexión directa más corta posiblecon tierra.

Hay que evitar la formación de bucles, por ejemplo,en cornisas o en estructuras. Si esto no fuera posible,

entonces la distancia, medida en el lugar de proximi-dad de dos puntos de un derivador, así como la lon-

gitud I del derivador entre estos puntos, tiene quecumplir con la distancia de separación “s” (Figura5.2.2.1.1).

La distancia de separación “s” se calcula usando lalongitud total I = I1 + I2 + I3.

Los derivadores no deben instalarse en el interior decanalones ni en bajantes de agua, aún cuando esténrevestidas de material aislante. La humedad en lasbajantes de agua daría lugar a una corrosión excesi-va de los derivadores.

Si se utiliza aluminio para el derivador, éste no debetenderse directamente (sin distancia) sobre, en o bajoyeso, hormigón o mortero, ni tampoco en la zona delsuelo. En caso de que el aluminio tenga un revesti-miento de PVC, es posible efectuar el tendido enyeso, morteros u hormigón siempre que se garanticeque el revestimiento no va a sufrir daños mecánicosni se va a producir la rotura del aislamiento por frío.

Se recomienda tender los derivadores de tal maneraque se mantenga la distancia de separación “s”requerida respecto a todas las puertas y ventanas

(Figura 5.2.2.1.2).

Los canalones metálicos deben conectarse en los pun-tos de intersección con los derivadores (Figura5.2.2.1.3).

Los tubos metálicos se deben conectar con el sistemaequipotencial general o con la instalación de tomade tierra aún cuando no se utilicen como derivado-res. Como quiera que el canalón del tejado por el quefluye la corriente de rayo está conectado a la tuberíabajante, ésta lleva también una parte de la corriente

de rayo que debe ser conducida al sistema de puestaa tierra. Ver figura 5.2.2.1.4.


Fig. 5.2.2.1.1: Bucle en el derivador.

l 2

l1

l3

s



5.2.2.2 Componentes naturales de unainstalación derivadora

Si se utilizan los componentes naturales de la estruc-tura como derivadores, puede reducirse, o inclusosuprimirse totalmente, el número de derivadores quefuera preciso instalar.

Los siguientes elementos de un edificio pueden utili-zarse como “componentes naturales” de la instala-ción derivadora:

⇒ Instalaciones metálicas, siempre que la uniónentre sus diferentes partes sea permanente y susdimensiones se correspondan con las exigenciasmínimas requeridas para los derivadores. Estasinstalaciones metálicas pueden estar asimismorevestidas de material aislante.

⇒ La utilización como derivadores de tuberías concontenido inflamable o explosivo no está permi-tida si el sellado de las juntas no es metálico o las

juntas de los tubos conectados no están unidascomo para poder garantizar una unión eléctrica-mente conductora.

⇒ El esqueleto metálico de la estructura.

Si el armazón del esqueleto de acero o el hormi-

gón armado de la estructura se utiliza como deri-vador, no son necesarios anillos perimetrales, ya

que con conductores suplementarios no se consi-gue una mejor distribución de la corriente.

⇒ Interconexión segura del armado de la estructura

En edificaciones ya existentes, el armado no pue-de utilizarse como componente natural de deri-vación, si no puede asegurarse que está interco-nectado de forma segura. En ese caso hay queinstalar derivadores externos.

⇒ Hormigón prefabricado

En las piezas de hormigón prefabricado los pun-tos de conexión para el armado deben estar pre-vistos. Las piezas de hormigón prefabricadas tie-nen que presentar una conexión conductoraeléctrica entre todos los puntos de unión. Las dis-tintas piezas tienen que interconectarse entre sídurante los trabajos de montaje (Figura5.2.2.2.1).

Observación:

En el caso del hormigón pretensado hay que tener

muy en cuenta el riesgo especial de eventualesinfluencias mecánicas debidas a la corriente de rayo

Las bajantes de aguasolamente puedenutilizarse comoderivadores si están

soldadas o remachadas

La unión debeser lo máscorta posible,recta y vertical

Varilla deacero inoxi-

dable, diáme-tro 10 mm

Fig. 5.2.2.1.2: Instalación derivadora. Fig. 5.2.2.1.4: Puesta a tierra de bajantes deagua.

Fig. 5.2.2.1.3: Instalación captadora conconexión al canalón del tejado.


http://slidepdf.com/reader/full/proteccion-contra-rayos-55a92c3e7da72 38/99www.dehn.de MANUAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS 85

y, en consecuencia, a su conexión con el sistema deprotección contra rayos.

En el caso de hormigón pretensado, la conexión aredondos o cables tensores solamente puede efec-

tuarse fuera de la zona del pretensado. Antes de uti-lizar redondos o cables tensores como derivadoreshay que solicitar la aprobación del responsable de laobra.

Si en estructuras existentes, el armado no está correc-tamente interconectado, no podrá utilizarse comoderivador. En este caso se instalarán derivadoresexteriores.

Asimismo pueden utilizarse como derivadores ele-mentos de la fachada, rieles de montaje y estructurasmetálicas, siempre que:

⇒ Cumplan las exigencias mínimas en cuanto a susdimensiones. En chapas de metal el grosor de lasmismas no debe ser inferior a 0,5 mm.

⇒ Se garantice su conductibilidad eléctrica en senti-do vertical. Si se utilizan fachadas metálicas comoderivadores, tienen que estar interconectadas,de tal manera que, las diferentes chapas esténunidas entre sí mediante tornillos, pernos o ban-das de puenteado. Hay que efectuar una cone-xión segura a la instalación captadora y al siste-

ma de puesta a tierra que sea capaz de soportarcorrientes rayo.

⇒ Si las chapas de metal no están unidas entre sí deacuerdo con las exigencias anteriores, pero lasestructuras de soporte están realizadas de modoque desde la conexión a la instalación captadorahasta la conexión al sistema de puesta a tierra la

se garantiza la continuidad eléctrica, estasestructuras podrán utilizarse como derivadores(Figuras 5.2.2.2.2 y 5.2.2.2.3).

Las bajantes de agua pueden utilizarse como deriva-dores naturales si están interconectadas de formasegura (mediante abrazaderas o remaches) y se cum-

Fig. 5.2.2.2.1: Uso de elementos naturales. Nuevos edificios dehormigón prefabricado.

Fig. 5.2.2.2.2: Subestructura metálica, puenteada eléctricamente.

Fig. 5.2.2.2.3: Conexión a tierra de una fachada metálica.

Junta dedilatación

Junta de dilatación

Brida de puenteo,Art. Nr. 377 115Punto fijo de toma detierra,Art. Nr. 478 200

Sección vertical de la caja

Fijación a la pared

Soportes horizontales

Brida de puenteo,Art. Nr. 377 015



plen los espesores de pared mínimos exigidos de 0,5mm.

Si una bajante no está interconectada de forma segu-ra pude utilizarse como soporte para derivadoressuplementarios. Este tipo de aplicación está represen-

tado en la figura 5.2.2.2.4. La conexión de la bajanteal sistema de puesta a tierra debe ser capaz de sopor-tar corrientes de rayo, ya que el conductor solamen-te es sostenido por la tubería.

5.2.2.3 Puntos de medida

En cada conexión de un derivador al sistema de pues-ta a tierra se debe instalar un punto de medida (a serposible antes de entrar en el terreno).

Los puntos de medida son necesarios para poder

comprobar las siguientes características del sistemade protección contra rayos:

⇒ Conexiones de los derivadores con el derivadorsiguiente a través de la instalación captadora

⇒ Interconexión de los terminales entre sí a travésdel sistema de puesta a tierra, p. ej. en caso detomas de tierra anulares o tomas de tierra decimientos (Toma de tierra Tipo B)

⇒ Resistencias de puesta a tierra en caso de tomasde tierra individuales (Toma de tierra Tipo A).

Los puntos de medida no son necesarios cuando eldiseño constructivo (p. ej estructura de hormigón

armado) no permite la desconexión “eléctrica” de laderivación “natural” respecto al sistema de puesta atierra. (p. ej. toma de tierra de cimientos).

El punto de medida solamente debe poder abrirse,para efectuar mediciones, con la ayuda de una herra-mienta. Si no, debe estar cerrado.

En el diseño del sistema de protección contra rayos,

cada punto de medida debe identificarse claramente.Por lo general, cada punto de medida se identificamediante un número (Figura 5.2.2.3.1).

Fig. 5.2.2.2.4: Derivador instala-do a lo largo de latubería.

Fig. 5.2.2.3.1: Punto de medidanumerado.

Patios interiores con más de 30 metrosde perímetro. Distancias típicas segúnel nivel de protección.

15 m

7 . 5

m

3 0 m

45 m

Peto metálico

Patio interiorPerímetro : 30 m

Fig. 5.2.2.4.1: Instalación captadora en cubiertas de grandes dimensiones -derivadores internos.

Fig. 5.2.2.5.1: Instalación derivadora en patiosinteriores.



5.2.2.4 Derivadores internos

Si las medidas del edificio (longitud y anchura) son

cuatro veces más grandes que la distancia existenteentre los derivadores, deberán instalarse derivadoresadicionales internos en función del nivel de protec-ción correspondiente (Figura 5.2.2.4.1).

Las dimensiones de la cuadrícula para los derivadoresinternos son de aprox. 40 m x 40 m.

Con mucha frecuencia se precisan derivadores inter-nos para estructuras con cubiertas de grandes dimen-siones, p. ej. grandes naves industriales o centros dedistribución. En estos casos, los pasos de tejado debe-ría realizarlos el instalador de la cubierta ya que esresponsable de la estanqueidad de la misma.

El campo electro-magnético resultante que se originacerca de los derivadores, debe asimismo tomarse enconsideración al efectuar el proyecto de la proteccióninterna contra rayos. (Atención a acoplamientossobre sistemas eléctricos/electrónicos).

5.2.2.5 Patios interiores

En estructuras con patios interiores de más de 30 m

de perímetro deben instalarse derivadores con dis-tancias entre ellos según señala la tabla 5.2.1.1 (Figu-ra 5.2.2.5.1).

5.2.3 Derivadores para una protección externacontra rayos aislada

Si la instalación captadora está constituida por pun-tas captadoras instaladas en mástiles aislados (o unmástil), ésta será al mismo tiempo instalación capta-dora y derivadora (Figura 5.2.3.1).

Para cada uno de estos mástiles se precisa, como

mínimo, un derivador. Los mástiles de acero o losmástiles con armado de acero interconectado no pre-cisan derivadores suplementarios.

Un mástil de bandera metálico, por ejemplo, puedeutilizarse como elemento captador lo que representaventajas desde el punto de vista económico y estético.

La distancia de separación “s” debe mantenerseentre la instalación captadora y derivadora y laestructura.

Si la instalación captadora y derivadora se componede uno o varios cables tensados, para cada extremodel conductor hay que instalar, por lo menos, un deri-vador (Figura 5.2.3.2).

Si la instalación captadora forma una malla, es decir,que cada uno de los cables se interconecta para for-mar una malla (están unidos entre sí transversalmen-te), en cada extremo de cada cable al que se unan losdemás, debe instalarse, como mínimo, un derivador(Figura 5.2.3.3).

5.2.4 Sistema derivador aislado resistente aalta tensión - Conductor HVI

Para crear una red de telefonía móvil con una exten-sa cobertura se usan un gran número de estructurasdonde localizar las estaciones bases que componendicha red. Algunos de estos edificios están equipadoscon sistemas de protección contra rayos. Para unaplanificación y ejecución, conforme con la normativa,de la infraestructura de telefonía es necesario tomaren consideración la estructura anteriormente existen-te y las diferentes normativas aplicables deben estarestrictamente diferenciadas.

Desde el punto de vista del operador de la red detelefonía móvil existen básicamente tres situaciones:

ss s

Fijación mecánica

Derivador

Fig. 5.2.3.1: Mástiles captadores aislados deledificio.

Fig. 5.2.3.2: Mástiles captadoresinterconectados mediantecables.

Fig. 5.2.3.3: Mástiles captadores interconec-tados mediante cables conuniones transversales (Malla).



⇒ El edificio no dispone de sistema de proteccióncontra rayos.

⇒ El edificio está equipado con un sistema de pro-tección contra rayos fuera de servicio.

⇒ El edificio está equipado con una instalación deprotección contra rayos en correcto estado.

El edificio no dispone de sistema de protección con-tra rayos

En Alemania las estaciones de telefonía móvil se ins-talan según la norma DIN VDE 0855-300. En confor-midad con el concepto de protección contra sobre-tensiones de los operadores de la red de telefonía, enlos contadores se instalará una protección suplemen-

taria contra sobretensiones.

El edificio está equipado con un sistema de protec-ción contra rayos fuera de servicio

En Alemania, las instalaciones de telefonía móvil seconectan al sistema de protección externa contrarayos de acuerdo con el nivel de protección exigido.Así, se realiza un análisis y evaluación de las vías dederivación que se precisan para conducir a tierra lacorriente de rayo. Después, se reemplazarán los ele-

mentos de la instalación que sea necesario, comopuntas captadoras, derivadores y conexiones a lapuesta a tierra. Las deficiencias existentes en las par-tes de la instalación que ya no son utilizadas se noti-ficarán por escrito a los propietarios del edificio.

El edificio está equipado con un sistema de protec-ción contra rayos en correcto estado

La experiencia nos demuestra que la mayoría de sis-temas de protección contra rayos están construidos

generalmente según el nivel de protección III. Paraciertos edificios está prescrita la obligación de efec-tuar revisiones periódicas. La estación de telefoníamóvil debe incluirse de acuerdo con el nivel de pro-tección prefijado. En instalaciones con nivel de pro-tección I y II, deberá registrarse fotográficamente elentorno del edificio, para poder demostrar, en casode posteriores problemas, cual era la situación exis-tente en la fecha de la construcción.

Si se realiza una instalación de telefonía móvil en unedificio con protección externa contra rayos en

correcto estado, será de aplicación la normativaactual (UNE EN 62305 – IEC 62305). Las distancias de

seguridad deberán calcularse según el nivel de pro-tección correspondiente en cada caso. Todos los com-ponentes mecánicos utilizados deben poder soportarlas corrientes parciales de rayo.

Por razones de estandarización, todos los elementosde fijación de acero y las estructuras para soportarantenas, deben diseñarse según el nivel de protec-ción I. La unión debe efectuarse por la vía más corta,lo que no resulta problemático ya que el tendido deconductores en cubiertas planas suele realizarse enforma de malla. Si en el edificio que alberga la insta-lación de telefonía móvil existe un sistema de protec-ción contra rayos, éste tendrá prioridad frente a unainstalación de toma de tierra de antenas.

En todo caso, el sistema de protección a ejecutarse se

debe tener en cuenta en la fase de planificación delproyecto:

⇒ Si los componentes del sistema se encuentransituados en la cubierta del edificio, es preferibleinstalar los cables eléctricos por el exterior delmismo.

⇒ Si los componentes del sistema se encuentransituados en la cubierta del edificio y se ha proyec-tado la disposición de un mástil central, se insta-lará un sistema de protección contra rayos aisla-

do.⇒ Si los componentes del sistema están situados

dentro del edificio, es preferible instalar un siste-ma de protección contra rayos aislado. En estoscasos, debe tenderse a una ejecución geométricapequeña de la infraestructura de telefonía móvil,para que los costes de la protección contra rayossean asumibles económicamente.

La experiencia nos enseña que, en muchos casos deinstalaciones de protección contra rayos existentes,

se detectan numerosas deficiencias, que pueden dis-minuir la eficacia y el rendimiento de la nueva insta-lación. Estas deficiencias dan lugar a que, pese a lacorrecta inclusión de la instalación de telefonía en elsistema de protección externa contra rayos, se pue-den originar daños en el interior del edificio.

Para que el proyectista de la red de telefonía móvilpueda construir instalaciones de antena conformes alas normas, incluso en situaciones difíciles, antes sola-mente se disponía de la protección contra rayos aisla-da mediante distanciadores horizontales. En estos

casos, sin embargo, este tipo de instalación puederesultar no demasiado estética (Figura 5.2.4.1).



Instalaciones captadoras como la que se muestra enla figura 5.2.4.1 no pueden disponerse en emplaza-mientos donde prima el impacto estético que puedatener la instalación de la antena.

El conductor HVI aislado representa una solucióninnovadora que proporciona al instalador de siste-mas de protección contra rayos una nueva posibili-dad para su diseño y una manera fácil de conseguir ladistancia de separación (Figura 5.2.4.2).

5.2.4.1 Instalación y funcionamiento delsistema derivador aislado HVI

El concepto básico del sistema derivador aislado con-siste en revestir el conductor por el que circula lacorriente de rayo con material aislante, de tal mane-ra que se mantenga la distancia de separación nece-saria “s” respecto a otras partes conductoras de laconstrucción del edificio, así como respecto a conduc-tores eléctricos y a tuberías.

En principio, cuando se utiliza este tipo de materialesaislantes en la construcción de la instalación deriva-dora, deben cumplirse las siguientes exigencias:

⇒ Posibilidad de conexión mediante terminales,resistentes a la corriente de rayo, de los derivado-

res a la instalación captadora (punta captadora,conductor captador, etc.).

⇒ Conformidad con la necesaria distancia de sepa-ración “s” mediante una suficiente resistenciadieléctrica del derivador, tanto en la zona de

entrada como a lo largo de todo el derivador.

⇒ Suficiente capacidad para conducir corrientemediante una sección adecuada del derivador.

⇒ Posibilidad de conexión al sistema de puesta atierra o al sistema equipotencial.

Mediante el recubrimiento del derivador con mate-riales aislantes de elevada resistencia dieléctrica, pue-de reducirse la distancia de separación. Sin embargo,para ello, deben cumplirse determinados requeri-mientos tecnológicos de alta tensión. Esto es necesa-

rio ya que, la resistencia dieléctrica del derivador ais-lado depende de su propia colocación y de la posibi-lidad de que se originen descargas.

El uso de derivadores aislados, no apantallados, esuna solución fundamental que parece independien-te, en un principio, de su posición y tendido. Sinembargo, únicamente con un conductor recubiertopor un revestimiento de material aislante, no puedesolucionarse el problema. Sólo con tensiones deimpulso inducidas relativamente pequeñas, se produ-cirían pequeñas descargas en la zona de las proximi-dades (p. ej. entre el metal, soportes puestos a tierray en el punto de entrada de corriente) que podríanocasionar una descarga total en la superficie de unasección importante de conductor.

En lo que se refiere a las descargas, son críticas laszonas en las que coinciden materiales aislantes,metal (puesto a potencial de alta tensión o puesto atierra) y aire. Este entorno está sometido a un esfuer-zo de alta tensión debido a la elevación de potencialde las descargas superficiales, obteniéndose como

resultando una considerable reducción de la resisten-cia eléctrica. Las descargas superficiales se debentener en cuenta, cuando componentes usuales deintensidad de campo eléctrica E (orientados vertical-mente respecto a la superficie del material aislante)dan lugar a que se sobrepase la tensión de descargay los componentes de campo tangenciales fomentenla propagación de las descargas superficiales (Figura5.2.4.1.1).

La tensión inicial de descarga determina la resistenciade todo el dispositivo aislante y se encuentra en el

orden de magnitudes de 250 - 300 kV de tensión deimpulso de rayo.

5.2.4.25.2.4.1

Fig. 5.2.4.1: Instalación captadora aislada con soportes distanciado-res.

Fig. 5.2.4.2: Instalación captadora aislada para antenas de telefonía.Aplicación del sistema DEHNconductor.



Mediante el cable coaxial conductor ( HVI conductor)- representado en la figura 5.2.4.1.2 - se evita que seoriginen descargas superficiales y se consigue derivara tierra la corriente de rayo con seguridad.

Los sistemas derivadores aislados concontrol de campo y apantallamientosemi-conductor impiden que las des-cargas superficiales influyan sobre elcampo eléctrico en la zona del pun-

to de entrada. Además, facilitan elguiado de la corriente de rayo por elinterior del cable especial y garanti-zan la distancia de separación exigi-da “s”. El blindaje semi-conductordel cable coaxial aísla del campoeléctrico. Sin embargo, debe tenerseen cuenta que, el campo magnéticoque rodea al conductor interior porel que fluye la corriente, no se veainfluido.

La optimización del control de cam-po permite una unidad de selladocon una longitud de 1,50 m paraconseguir una distancia de separa-

ción equivalente en aire “s” </- 0,75 o de “s” </- 1,50metros en material sólido (Figura 5.2.4.1.3).

Esta unidad especial de sellado esta realiza mediantela conexión apropiada a la instalación captadora(punto de entrada) y la conexión equipotencial a unadistancia fija. Todo el revestimiento semi-conductordel cable, tiene una resistencia claramente superior a

la de un cable coaxial con blindaje metálico. Con ello,incluso en el caso de una conexión equipotencialmúltiple del revestimiento del cable, podrían entraren el edificio corrientes parciales de rayo insignifican-tes.

Además de la distancia de separación necesaria “s”,la longitud máxima de cable Lmax de un derivador ais-lado de este tipo puede calcularse mediante la ecua-ción siguiente:

5.2.4.2 Ejemplos de instalaciones

Aplicación para estaciones de telefonía móvil

Con frecuencia, las estaciones de telefonía móvil seubican en la cubierta de los edificios. Por lo regular,existe un acuerdo entre el operador de telefoníamóvil y el propietario de la edificación, en virtud del

cuál se asegura que la construcción de la instalaciónde telefonía no representa ningún tipo de riesgo

L k sk k

m

i c

max = ⋅⋅


Fig. 5.2.4.1.1: Evolución de una descarga en un derivador aislado sin revestimiento especial.

Entrada decorriente derayo

Conexión a la

instalación captadora

Conductor interior

Aislamiento resistentea alta tensión Conexión

equipotencial

Revestimientosemi-conductor

Zona de sellado

Fig. 5.2.4.1.2: Componentes del conductor HVI.

Fig. 5.2.4.1.3: Conductor HVI I y componentes del sistema DEHNcon-ductor.

Elemento de conexión atierra (desmontable)

Borna de compensación de potencial Art.Nr. 405 020

Soporte de conductor Art.Nr. 275 120

Conductor HVI I Art.Nr. 819 020

Z o n a d e s e l l a d o

Elemento fijo paracompensación de potencial

Cabezal

Conexión a tierra



para el edificio. En relación con la protección contrarayos, esto significa especialmente que, en caso deuna descarga de rayo en la estructura de la antena,no entrarán corrientes parciales de rayo en la edifica-ción. Una corriente parcial de rayo en el interior de laedificación pondría en peligroespecialmente los equipos y dispo-sitivos eléctricos y electrónicos quese encuentren en la misma.

En la figura 5.2.4.2.1 se reproduceuna solución para una “Instalacióncaptadora aislada” montada en laestructura soporte de una antena.

La punta captadora debe fijarse alsoporte de antena mediante untubo de apoyo de material no con-ductor para que esté aislada. Laaltura de la punta captadoradepende de que la estructura deantena y otros dispositivos eléctri-cos existentes, queden o no dentrode la zona de protección que

aporta la punta captadora.

En edificios con varias antenas hay que instalar varias“ puntas captadoras aisladas”.

En las figuras 5.2.4.2.2a y b se representa el montajesobre un poste de antena.

Fig. 5.2.4.2.2b: Conexión al soporte de la

antena para control de poten-cial.

Fig. 5.2.4.2.2a: Tubo aislante en la zona de la

antena.

Fig. 5.2.4.2.1: Integración de una nueva antena 2G/3G en la instalación ya existente de protección contra rayos con utilización del conductorHVI.

α α

cable de antenatoma de tierra según VDE 0855-300

Conductor HVI II

Tubo soporte GfK/Al

Punta captadoraZona desellado

BTS

Acometidaelectrica

Conductor de compensaciónde potencial

Zona de sellado

Derivador desnudo

Protección contra rayos aislada

Observación: Clarificar el estado actual de la protección

Instalación captadora

Punta captadora

Punto deentrada

Conductor HVI

Tubo soporte

Conductor HVI

Tubo soporte

Borna de tomade tierra

Conexión a tierra

Conexión atierra



Superestructuras de tejado

Las superestructuras metálicas y eléctricas de tejadosobresalen del plano de la cubierta y, consecuente-mente, son puntos expuestos a descargas directas derayo. Debido a la conexión conductora de estas

estructuras con el interior del edificio ( mediantetuberías y/o cables eléctricos ), existe el riesgo de quefluyan corrientes parciales de rayo al interior del mis-mo.

Para evitar esta situación y los daños que pueda pro-vocar, debe asegurarse la distancia de separaciónnecesaria y conectar la instalación captadora a la ins-talación derivadora aislada (Figuras 5.2.4.2.3a y5.2.4.2.3b).

De este modo, todas las estructuras metálicas/eléctri-

cas que sobresalen del tejado se encontrarán dentrode la zona protegida y libres de recibir descargasdirectas de rayo. La corriente de rayo se conducirá alo largo de la estructura hasta el sistema de puesta atierra.

Instalación derivadora

En el caso de las instalaciones aisladas, desde un pun-to de vista estético, resulta especialmente problemá-tico integrar la instalación derivadora en el edificio aproteger debido a que deben tomarse en considera-

ción las distancias de seguridad..Los conductores HVI pueden instalarse, por ejemplo,en la fachada y también pueden integrarse en suinterior. (Figura 5.2.4.2.5). El nuevo sistema derivadoraislado contribuye a mejorar el aspecto estético de laestructura. Funcionalidad y diseño pueden fusionarsey constituir una unidad, por lo que esta tecnologíainnovadora representa un aspecto importante parala arquitectura moderna.


Conductor circular

Conductor HVI

Fig. 5.2.4.2.3a:Ventiladores con puntas captadoras y tendido decable.

Fig. 5.2.4.2.3b:Punta captadora, conductor circular elevado conconexión a sistema derivador aislado.

Fig. 5.2.4.2.4: Conservación de la distancia de separación necesariamediante derivador aislado controlada por tensión (HVI).

Fig. 5.2.4.2.5: Sistema captador con cable tendido y sistemaderivador aislado.

Instalacióncaptadora aislada

Recubrimiento metálico delpeto situado en la zona deprotección de una instala-ción captadora aislada

Zona de sellado

Conexión equipo-tencial

Estructura metálica del

tejado puesta a tierra

Canaleta con cables

Conductor HVI I

Armado Canaleta

con cables

Toma de tierra de cimientos

Distancia deseparación "s"



5.2.4.3 Ejemplo de proyecto: Edificioresidencial

Estructura

El edificio de la figura 5.2.4.3.1 se construyó desde la

planta baja hasta el sexto piso en forma de construc-ción convencional.

Con posterioridad se levantó un piso más sobre lasuperficie de tejado existente. La fachada exteriordel séptimo piso está formada por planchas de metal.

En el tercer piso se encuentra el centro de mediosaudiovisuales y en la planta baja se localiza la admi-nistración. Los restantes pisos hasta el séptimo, estándedicados a viviendas.

Las cubiertas de los pisos sexto y séptimo están rema-

tadas con un peto metálico, cuyos elementos noestán conectados eléctricamente.

El edificio tiene 25,80 metros de altura (sin peto) has-ta el nivel de cubierta.

Más adelante, sobre la cubierta del séptimo piso, semontaron cinco instalaciones de antena para telefo-nía móvil y microondas de distintos operadores. Elemplazamiento de las antenas se efectuó en lasesquinas y en el centro de la cubierta.

Los cables (cables coaxiales) de las cuatro antenas

situadas en las esquinas de la cubierta están instala-dos cerca del peto de la esquina sur-oeste.

Desde allí, se conducen a través de una bandejametálica que conecta el peto de la cubierta de lospisos sexto y séptimo con la estación de telefoníamóvil (BTS) situada en el sexto piso.

Los cables de la antena situada en el cen-tro de la cubierta están instalados enotra bandeja de cables metálica queconecta directamente hasta la segundaestación de telefonía móvil situada en el

lado noreste del edificio en el sexto piso.Esta conducción de cable está conectadaa los petos perimetrales del edificio.

El edificio estaba protegido con un siste-ma de protección contra rayos. La nuevainstalación de protección externa contrarayos para protección del edificio y de laspersonas se efectuó de acuerdo con lanorma de protección contra rayos DINVDE 0185 -3 (IEC 61024), que era a normade aplicación cuando el edificio se cons-truyó.

Durante la instalación de las antenas, la compensa-ción de potencial y la puesta a tierra de la instalaciónse llevaron a cabo de acuerdo con la normativa ale-mana DIN VDE 0855-300 parte 300.

La puesta a tierra de los sistemas, sin embargo, no se

efectuó aislada de la protección externa contra rayosexistente hasta al sistema de puesta a tierra a nivelde suelo, sino solamente respecto de la instalacióncaptadora.

De este modo, en caso de una descarga de rayo, sepueden introducir corrientes parciales de rayo en eledificio a través de las pantallas de los cables coaxia-les. Estas corrientes parciales de rayo constituyen unpeligro, no sólo para las personas sino también paralos dispositivos eléctricos y electrónicos existentes enel mismo.

Nuevo concepto

Se requería una instalación de protección contrarayos que evitara que pudieran acceder al interior deledificio corrientes parciales de rayo a través de loscomponentes de las antenas (Estructuras soporte,blindajes de cables e instalaciones). Al mismo tiempo,debía asegurarse la distancia de separación necesaria“s” entre los soportes de las antenas y la instalacióncaptadora situada sobre la cubierta del séptimo piso.

Esto es algo que no puede conseguirse con una insta-lación de protección contra rayos de ejecución con-vencional.

Mediante la instalación del conductor HVI se constru-yó un sistema de protección contra rayos con una ins-

Fig. 5.2.4.3.1: Vista general.

54

3Bandeja decables

1 2

Antenas de los operadores de telefonía (1-5)



talación captadora aislada. Paraello se necesitaron los siguientescomponentes:

⇒ Puntas captadoras sobretubos aislantes, de materialGRP, fijados directamente almástil de las antenas (Figura5.2.4.2.2a).

⇒ Derivación desde la puntacaptadora mediante un con-ductor HVI hasta conectarcon el anillo aislado (Figura5.2.4.3.2).

⇒ Sellado del punto entrada, afin de garantizar la resisten-

cia a descargas en el puntode entrada (Figuras5.2.4.2.2a y 5.2.4.2.2b).

⇒ Anillo aislado realizado convarilla instalada sobre sopor-tes aislantes de GRP. La alturade los soportes se calcula deacuerdo con la distancia deseparación necesaria.

⇒ Derivadores del anillo aislado

tendidos a través del peto yde la fachada metálica hacialos derivadores desnudos enel sexto piso con la corres-pondiente distancia de sepa-ración “s” necesaria respectoal peto (Figura 5.2.4.3.3).

⇒ Anillo perimetral suplemen-tario, conectando todos losderivadores entre sí a unaaltura de aprox. 15 metros,

para reducir la distancia deseparación necesaria “s” dela instalación captadora y lainstalación derivadora (Figu-ras 5.2.4.3.4 y 5.2.4.4.1).

Los distintos pasos de la ejecu-ción, explicados en detalle, estánrepresentados en la figura5.2.4.3.4

Es importante advertir que el

concepto de ejecución proyecta-do ha sido analizado y discutido

punta captadora

conductor HVI®

Anillo aislado

Derivador desnudoBandeja de cable

Ático

Anillo perimetral

Derivador desnudo

Anillo aislado

Bandeja de cable

ConductorHVI

Fig. 5.2.4.3.2: Instalación captadora ais-lada y anillo aislado.Fuente: H. Bartels GMBH,Oldenburg.

Fig. 5.2.4.3.3: Derivador de anillo aislado.

Fig. 5.2.4.3.4: Vista general de la nueva protección externa contra rayos.

Anillo aislado

Conductor HVIConexión alsistema equipotencial



detalladamente con el instalador, a fin de evitarfallos o errores en la realización.

Al planificar la protección externa contra rayos se hatenido en cuenta el hecho de que la cubierta del teja-do, en el sexto piso del edificio (Figura 5.2.4.3.1) y los

anexos al edificio situado más abajo (Figura 5.2.4.3.4)también están situados en la zona deprotección/ángulo de protección de la instalacióncaptadora.

5.2.4.4 Distancia de separación

Para el cálculo de la distancia de separación “s”, hayque tener en cuenta, no sólo la altura del edificio,

sino también la altura de cada una de las antenas consus correspondientes sistemas captadores aislados.

Las cuatro antenas situadas en las esquinas del edifi-cio sobrepasan la cubierta en 3,6 m. cada una. Laantena central sobresale de la cubierta 6,6 m.

Así pues, teniendo en cuenta la altura del edificio, seobtuvieron las siguientes alturas totales que debíanconsiderarse para el cálculo de la instalación:

⇒ 4 antenas situadas en las esquinas hasta el puntode base de la punta captadora +29,40 m

⇒ 1 antena en el medio de la cubierta hasta el pun-to de base de la punta captadora +32,40 m

⇒ Otras tres puntas captadoras aisladas, situadas enel lado oeste de la cubierta y dos mástiles capta-dores aislados situados en el balcón del sexto

piso, en el lado sur, que completan la protecciónde toda la cubierta del edificio.

Como cable de derivación aislado se utilizó el cableespecial DEHNconductor, con el que se consigue man-tener una distancia de separación equivalente de s =0,74 m (aire)/1,5 m (materiales sólidos de construc-ción).

El cálculo de las distancias de separación necesarias seefectuó para tres sectores parciales según figura5.2.4.4.1:

1. Sector parcial de altura +32,4 m y altura +29,4(antenas) hasta +27,3 m (anillo aislado) sobre lacubierta

2. Sector parcial de +27,3 m hasta +15,0 m (anilloaislado sobre cubierta hasta anillo perimetraladicional inferior)

3. Sector parcial de +15,0 m hasta ± 0 m (anillo peri-metral inferior hasta el nivel del suelo).

La instalación derivadora se compone de seis deriva-dores desde el anillo aislado a una altura de +27,3 m.

hasta el anillo perimetral adicional a +15,0 m. El ani-llo perimetral a nivel +15,0 m. está unido con el ani-llo de tierra a través de los seis derivadores del edifi-cio residencial y otros cuatro derivadores instaladosen anexos al edificio.

Con ello resulta una distribución de corriente dife-rente en cada uno de los sectores parciales, quedeberá tenerse en cuenta en la planificación de lainstalación de protección contra rayos.

La compensación de potencial necesaria y la toma de

tierra de los componentes de las antenas sobre lacubierta (incluyendo las bandejas de cables, lasfachadas metálicas y los petos en los dos niveles detejado) se efectuó a través de dos cables suplementa-rios de toma de tierra NYY 1 x 25 mm2, conectados alsistema equipotencial de cada una de las estacionesde telefonía.

Con la construcción de la instalación captadora aisla-da sobre cubierta y antenas, por un lado, y con losderivadores aislados en la zona de coexistencia conpartes metálicas del edificio, por otro, se evita la

entrada de corrientes parciales de rayo en el interiordel edificio.


Fig. 5.2.4.4.1: Cálculo de la distancia de separación necesaria.

Anillo perimetral D e r i v a

d o r

C o n

d u c t o r

d e

c o m p e n s a c

i ó n

d e p o t e n c

i a l

kc1

kc2

kc3

L 1

L 2

L 3

1º piso

2º piso

3º piso

4º piso

5º piso

7º piso

Planta baja

6º piso



Observaciones10)Secciónmínima mm2

Material Forma

Cobre material plano macizomaterial redondo macizo7)

cablematerial redondo macizo3), 4)

508)

508)

508)

2008)

Grosor mínimo 2 mm.Diámetro 8 mm.

Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.Diámetro 16 mm.

Cobrecincado1)

material plano macizomaterial redondo macizo7)

cable

508)

508)

508)

Grosor mínimo 2 mm.Diámetro 8 mm.Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.

Aluminio material plano macizomaterial redondo macizocable

70508)

508)

Grosor mínimo 3 mm.Diámetro 8 mm.Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.

Aleación dealuminio

material plano macizomaterial redondo macizocablematerial redondo macizo3)

508)

50

508)

2008)

Grosor mínimo 2,5 mm.Diámetro 8 mm.Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.Diámetro 16 mm.

Acerocincadoal fuego 2)

material plano macizomaterial redondo macizo9)

cablematerial redondo macizo3), 4), 9)

508)

50508)

2008)

Grosor mínimo 2,5 mm.Diámetro 8 mm.Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.Diámetro 16 mm.

AceroInoxidable5)

material plano macizo6)

material redondo macizo6)

cablematerial redondo macizo3), 4)

508)

50708)

2008)

Grosor mínimo 2 mm.Grosor mínimo 8 mm.Diámetro mínimo de cada cable 1,7 mm.Diámetro 16 mm.

1) Estañado al fuego o estañado galvánicamente. Espesor mínimo del recubrimiento 1 µm.

2) El revestimiento debe ser liso, continuo, libre de restos de fundentes y presentar un grosor mínimo de 50 µm.

3) Utilizable para puntas captadoras. Para aplicaciones en las que no sean críticos esfuerzos mecánicos comola carga del viento, puede utilizarse una punta captadora de 1 m de largo con fijación suplementaria y dediámetro de 10 mm.

4) Aplicable para barras de penetración en el terreno.

5) Cromo 16 %, nÍquel 8 %, carbono 0.03 %

6) En caso de acero inoxidable en hormigón y/o en contacto directo con materiales inflamables, la secciónmínima para el redondo macizo debe ser de 78 mm2 (10 mm. de diámetro) y para material plano macizo75 mm2 (3 mm. de grosor)

7) En determinadas aplicaciones en las que la resistencia mecánica no es de relevancia, la sección puedereducirse de 50 mm2 (8 mm. de diámetro) a 28 mm2 (6 mm. de diámetro). En estos casos, hay que teneren cuenta la disminución de la distancia de los elementos de fijación.

8) Cuando las exigencias térmicas y mecánicas son relevantes, estas medidas pueden incrementarse a 60mm2 en el caso del material plano macizo y a 78 mm2 para el redondo macizo.

9) Con una energía específica de 10,000 kJ/ Ω la sección mínima para evitar la fusión es de 16 mm2 (cobre),25 mm2 (aluminio), 50 mm2 (acero) y 50 mm2 (acero inoxidable). Más información en el anexo E.

10) Grosor, achura y diámetro están definidos para una tolerancia de± 10%.

Tabla 5.3.1: Material, forma y sección mínima de puntas captadoras, conductores captadores y derivadores.



5.3 Materiales y medidas mínimaspara dispositivos captadores yderivadores

En la tabla 5.3.1 se recogen las secciones mínimas, laforma y el material de elementos captadores.

Estas exigencias están condicionadas por la capacidadde los materiales para soportar la corriente de rayo(elevación de la temperatura) y por los esfuerzosmecánicos al usarlos.

Si se utiliza varilla de diámetro 8 mm. como puntacaptadora, se permite una altura máxima libre de 0,5m. La limitación de altura para una varilla de diáme-tro 10 mm. es de 1 m. de longitud libre.

Observación:Según la norma UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) punto 1de la tabla 8, la sección mínima para un cable de uniónentre dos barras equipotenciales es de 14 mm2 Cu.

En pruebas efectuadas con un cable de cobre aisladocon PVC y con una corriente de choque de 100 kA

(10/350 µs) se ha comprobado una elevación de latemperatura de 56 K. En este caso, puede utilizarse,

por ejemplo, un cable NYY 1 x 16 mm2 Cu como deri-vador o como conductor de unión sobre tierra o bajotierra.

5.4 Medidas de montaje parainstalaciones captadoras yderivadoras

Las medidas de montaje que se recogen a continua-ción están basadas en la experiencia práctica (Figura5.4.1) y vienen determinadas, principalmente, por lasfuerzas mecánicas que actúan sobre los componentesdel sistema de protección externa contra rayos.

Estas fuerzas mecánicas se originan, en menor medi-da, por las fuerzas electrodinámicas que se producendurante el flujo de la corriente de rayo y, en mayormedida, por fuerzas de presión y tracción (p. ej. porvariación de la longitud a causa de la temperatura),por esfuerzos derivados del viento o por carga de

nieve.Los datos sobre la distancia máxima de 1,2 metrosentre los soportes de conductores hacen referenciaprincipalmente al acero, que es un material relativa-mente rígido. En el caso del aluminio, la distanciaentre soportes es de 1 metro.

En la norma UNE EN 62305-3 (IEC62305 - 3) se reco-miendan las siguientes medidas de montaje para laprotección externa contra rayos (Figuras 5.4.1 y5.4.2).

La figura 5.4.3 muestra la aplicación sobre cubiertaplana.

0.3 m

1 . 0

m

0 . 3

m

1 . 5

m

0 . 5

m

0.05 m

α

e

e = 0.2 mdistanciaapropiada1.0 m

0 . 1

5 m

1 . 0

m

Lo más cerca posible al canto

Fig. 5.4.1: Ejemplos de detalles de una protección externa contra rayos en un edificio con tejadoa dos aguas.

Fig. 5.4.2: Punta captadora para chime-nea.

1 m

Fig. 5.4.3: Instalación en cubierta plana.



A ser posible, al instalar los derivado-res, deberá mantenerse la distanciade separación “s” respecto a venta-nas, puertas y otras aberturas.

En las figuras 5.4.3 - 5.4.5 se repre-

sentan otras medidas importantesde montaje.

El tendido de una toma de tierraalrededor de un edificio (p. j. anillode tierra), deberá realizarse a unaprofundidad de >0.5 m y con unadistancia respecto al mismo de apro-ximadamente 1 metro (Figura 5.4.4).

En las entradas a tierra o en lasconexiones a la toma de tierra de

cimientos (tomas de tierra anulares)deben tenerse en cuenta medidasde protección contra la corrosión,como, por ejemplo, la utilización decinta anticorrosiva o el uso de varilla con revestimien-to de PVC, 0,3 m por encima y por debajo de la entra-da en tierra (Figura 5.4.5)

Es posible realizar una conexión segura frente a lacorrosión y libre de impacto visual, utilizando unpunto fijo de toma de tierra realizado en NIRO parainstalar en el hormigón.

Igualmente, en el caso de lugares húmedos, el termi-nal de tierra debe protegerse contra corrosión en labarra equipotencial.

Las diferentes combinaciones de materiales que semuestran en la tabla 5.4.1 (entre elementos de lainstalación captadora, derivadores y con partes de laestructura) han sido experimentadas en la práctica yreflejan que son compatibles desde el punto de vistade la corrosión, incluso en el caso de que existaninfluencias medioambientales especialmente agresi-vas.

5.4.1 Variación de la longitud en cablesmetálicos

A menudo, en la práctica, tanto en instalaciones cap-tadoras como en las derivadoras, no se toma en con-sideración la variación de la longitud de los materia-les ocasionada por los cambios de la temperatura.

En las antiguas normas y disposiciones se recomenda-

ba, de forma general, instalar cada 20 metros aproxi-madamente una pieza de dilatación. Esta disposiciónse refería a que antiguamente solía utilizarse única yexclusivamente varilla de acero. No se tenían encuenta los valores más elevados de los coeficientes dedilatación longitudinal del acero inoxidable, el cobrey sobre todo del aluminio.

Hay que considerar que, en la cubierta y sus alrede-dores, a lo largo del año, pueden producirse variacio-nes de la temperatura de 100 K. En la tabla 5.4.1.1 seenumeran las variaciones longitudinales que se pro-

Acero (StZn)

Aluminio

Cobre

NIRO

Titanio

Estaño

Acero (StZn)

si

si

no

si

si

si

Aluminio

si

si

no

si

si

si

Cobre

no

no

si

si

no

si

NIRO

si

si

si

si

si

si

Titanio

si

si

no

si

si

si

Estaño

si

si

si

si

si

si

Edificio

≥ 0

. 5 m

≈ 1 m

0.3 m

Proteccióncontra lacorrosión

0.3 m

Fig. 5.4.4: Dimensiones para tomas detierra anulares.

Tabla 5.4.1: Combinación de materiales.

Fig. 5.4.5: Punto expuesto a riesgo decorrosión.



ducen en los distintos materiales. Es de destacar quela variación longitudinal debido a la temperaturaentre el acero y el aluminio difiere aproximadamen-te en un factor 2.

Los criterios para la utilización de piezas de dilataciónse exponen en la tabla 5.4.1.2. Al utilizar piezas dedilatación hay que tener en cuenta que se tiene quetratar de una compensación flexible de la longitud. Laflexión en forma de “S” de la varilla metálica no es

suficiente, ya que estas “piezas de dilatación” realiza-das manualmente no son suficientemente flexibles.

Al conectar instalaciones captadoras, por ejemplo apetos metálicos continuos en los bordes del tejado,debería recurrirse a una conexión flexible mediantepiezas o medidas adecuadas. Si no se realiza estaconexión flexible, existe el riesgo de que el revesti-miento metálico de los petos del tejado resulte daña-do a causa de la variación de longitud de los materia-les debido a los cambios de temperatura.

Para compensar dicha variación, es necesario instalar

las correspondientes piezas de dilatación. (Figura5.4.1.1).

5.4.2 Protección externa contra rayos paraun edificio industrial y para unavivienda

La figura 5.4.2.1a muestra el diseño de la protecciónexterna contra rayos para una vivienda con garajeincorporado, y la figura 5.4.2.1b, para un edificioindustrial.

Las figuras 5.4.2.1a y 5.4.2.1b y las tablas 5.4.2.1a y bmuestran ejemplos de los componentes utilizados.

No se han tomando en consideración las medidasnecesarias de protección interior contra rayos, comop. ej. la equipotencialidad de protección contra elrayo y la protección contra sobretensiones (Ver al res-pecto el capítulo 6.)

Particularmente centramos nuestra atención en losprogramas de soporte de DEHN, DEHNsnap y DEHN-grip.

La generación de soportes de plástico DEHNsnap

(Figura 5.4.2.2) es apropiada como un componentebásico (para pared y tejado). El conductor se fija al

www.dehn.de

X

X

X

X

X

X

15

20

10

15

10

Material Superficie de fijación para conductores

captadores o derivadores

Distancia de las

piezas de dilataciónen mblanda,

p. ej. tejado plano con recubrimientobituminoso o de plástico

dura,p. ej. ladrillos o mampostería

Acero

Acero

inoxidable/Cobre

Aluminio

Utilización de piezas de dilatación cuando no se realiza ninguna otra medida de compensación de longitud

Tabla 5.4.1.2: Piezas de dilatación para protección contra rayos. Recomendaciones de uso.

Tabla 5.4.1.1: Cálculo de la variación longitudinal ∆ de varillas metálicas usadas en proteccióncontra rayos, condicionada por la temperatura.

Fig. 5.4.1.1: Instalación captadora.Compensación de dilataciónmediante bridas de puenteo.

Material

Coeficiente dedilatación

longitudinal α1 1

106 K

∆L

Fórmula de cálculo ∆ L = α ⋅ L ⋅ ∆T

variación de la temperatura asumida en eltejado: ∆T = 100 K

Acero 11,5 ∆L = 11,5 ⋅ 106 ⋅ 100 cm ⋅ 100 = 0,115 cm ⋅ 1,1 mm/m

Acero inoxid. 16 ∆L = 16 ⋅ 106 ⋅ 100 cm ⋅ 100 = 0,16 cm ⋅ 1,6 mm/m

Cobre 17 ∆L = 17 ⋅ 106 ⋅ 100 cm ⋅ 100 = 0,17 cm ⋅ 1,7 mm/m

Aluminio 23,5 ∆L = 23,5 ⋅ 106 ⋅ 100 cm ⋅ 100 = 0,235 cm ⋅ 2,3 mm/m



EBB

3

14

13

15

210

9

7

8

6

1

4

511

Pos. Artículo - Descripción Art.Nr.

1 Varilla diámetro 8 mm. - DEHNALUsemi-duro o blando.

840 008840 018

2 Pletina de acero 30 x 3,5 mm. St/tZnVarilla de 10 mm. de diámetro StSt V4A

810 335860 010

3 Soporte de conductor de tejado St/tZnpara caballetes StSt

StStStStStStStSt

202 020204 109204 249204 269206 109206 239

4 Soporte de conductor para cubierta StStStSt

St/tZnSt/tZnSt/tZn

StStSt/tZn

204 149204 179

202 010202 050202 080206 209206 309

5 DEHNsnapDEHNgripSoporte de conductor con taco y arandelaSoporte de conductor para aislamiento térmico

204 006207 009275 160273 740

6 Borna para canalones de tejado St/tZnStSt

Borna atornillada para canalones de tejado de St/tZn

StSt

339 050339 059339 100

339 109

7 Borna MV St/tZnBorna MV StSt

390 050390 059

8 Borna para rejilla para la nieve St/tZn 343 000

9 Abrazadera para canalones ajustable 60 - 150 mmAbrazadera para canalones para cualquier secciónConector KS para conexión de conductoresConector KS StSt

423 020423 200301 000301 009


10 Borna MV 390 051

11 Brida de puenteo AluminioBanda de puenteo Aluminio

377 006377 015

12 Barra de penetración diámetro 16 mmCompleta

480 150480 175

13

14

Conector paralelo

CrucetaBornas SV St/tZnBornas SV StSt

305 000306 020319 201308 220308 229

15

Soporte de barra con taco y arandelaSoporte de barra para aislamiento térmico

275 260273 730

Placa numerada para identificación de puntos deseparación

480 006480 005

16 Puntas captadoras con orejeta soldadaPuntas captadoras con extremos redondeadosConexión a punta

100 075483 075380 020

Fig. 5.4.2.1a: Protección externa contra rayos de una vivienda unifamiliar.

Tabla 5.4.2.1a: Componentes para la protección externa contra rayos de una vivienda unifamiliar.

16

12



soporte simplemente basculando la caperuza del mis-mo. La técnica especial de enclavamiento no ejerceningún tipo de esfuerzo mecánico sobre el cierre.

DEHNgrip (Figura 5.4.2.2) es un soporte de aceroinoxidable sin tornillos que se añadió al programa de

productos para complementar al sistema DEHNsnapde soportes de plástico.

Este sistema de soporte sin tornillos es apropiadopara utilizarse como soporte de conductores de diá-metro 8 mm. tanto en el tejado como en la pared.Basta sencillamente con presionar sobre el soporte yel conductor queda fijado en el DEHNgrip (Figura5.4.2.2).

1

2

3

4

5

6

8

9

7

10

11


1

2

3

4

5

6

7

Varilla de acero inoxidable diámetro 10 mm. StSt

Juego de barra de penetración en tierra St/tZn

Cruceta StSt

Varilla DEHNALU® AlMgSi

Soporte de conductores DEHNsnap®

Banda de puenteado Al

Punta captadora AlMgSi

Con zócalo de hormigón con placa protectora

860 010

480 150

319 209

840 008

204 120

377 015

104 200

120 340


8

9

10

11

Soporte de conductor de tejado para cubiertas planas

Soporte distanciador DEHNiso ZDC-St/tZn

Anillo elevado

con zócalo de hormigón con placa protectora

y distanciador StSt

Punta captadora aislada

253 050

106 100

102 340

106 160

105 500

Fig. 5.4.2.1b: Protección externa contra rayos de un edificio industrial.

Tabla 5.4.2.1b: Componentes para la protección externa contra rayos de un edificio industrial.



5.4.3 Consejos para el montaje de soportesde conductor de tejado

Tejas del caballete:

Ajustar los soportes de conductor de tejado según las

dimensiones de las tejas del caballete mediante tor-nillo de ajuste (Figura 5.4.3.1).

El guiado del conductor puede, además, ajustarse encualquier momento mediante soportes de conducto-res, desde el centro superior hasta el lateral inferior.

(Posibilidad de aflojar el soporte de conductor bien

girando el soporte o bien soltando el tornillo de suje-ción).

⇒ Soporte de conductor de tejado SPANNsnap consoporte de conductor de plástico DEHNsnap o

con soporte de conductor St/St DEHngrip (Figura5.4.3.2).Tensión permanente mediante muelle tensor deS/tSt.Margen de tensión universal de 180 - 280 mm.con guiado de conductores ajustable lateralmen-te, para conductores de diámetro 8 mm.

1

2

Componente básico

Caperuza

Soporte de conductorDEHNgrip

Soporte de conductorDEHNsnap

Fig. 5.4.2.2: Soportes de conductor DEHNsnap y DEHNgrip.

Fig. 5.4.3.1: Soporte de conductor de teja-do con DEHNsnap para tejasde caballete.

Fig. 5.4.3.2: SPANNsnap con soporte deconductor de plásticoDEHNsnap.

Fig. 5.4.3.3: FIRSTsnap para montaje sobrepiezas de caballete ya exis-tentes.



⇒ Soporte de conductor FIRSTsnap con soporte deconductor de plástico DEHNsnap, para colocarsobre abrazaderas de caballete ya existentes, enel caso de caballetes de madera.

El soporte de conductor DEHNsnap (1) (Figura

5.4.3.3) se monta sobre la pieza de caballete existen-te, (2) en el caso de caballetes de madera y se atorni-lla a mano (sólo hacer girar el DEHNsnap).

Tejas ranuradas:

El soporte de conductor de tejado UNIsnap con pun-tal preformado se utiliza para las superficies de teja-do. Después de doblarlo a mano, el soporte de con-ductor se inserta en los listones de tejado. Además,puede clavarse para mayor seguridad (Figura 5.4.3.4).

Tejas planas (Figura 5.4.3.5)

Cubiertas de pizarra:

Cuando se utiliza sobre tejados de pizarra hay quedoblar el enganche interior (Figura 5.4.3.6) o bienmontar una pieza adicional de apriete (Art.Nr. 204089).

Tejas con ranuras:

⇒ Soporte de conductor de tejado FLEXIsnap para

tejas con reborde, para colocar directamentesobre las ranuras (Figura 5.4.3.7)

El tirante flexible de NIRO se introduce entre lastejas con ranura.

Presionando sobre la teja con ranuras situada enla parte superior, se conforma el tirante flexiblede StSt y se ajusta al reborde. De este modo, que-

da fijo por debajo de la teja.Está prevista una muesca para la fijación a la ven-tana en su caso.

Además el puntal del soporte puede clavarse.

⇒ Soporte conductor de tejado con pletina prefor-mada para suspender en la ranura inferior. (Figu-ra 5.4.3.8).

Tejas planas:

El soporte de conductor DEHNsnap (1) (Figura5.4.3.9) se introduce con su dispositivo de apriete (2)entre las tejas planas (3) o entre las placas y se ator-nilla a mano (girar solamente el DEHNsnap).

Construcciones solapadas

En este caso (3) (p. ej. planchas y pizarras naturales)el soporte de conductor DEHNsnap con brida deapriete (1) (Figura 5.4.3.10) (2), se introduce lateral-mente y, estando el soporte abierto, se fija con ayu-da de un destornillador. El DEHNsnap, puede girarse

de tal manera que permite un guiado vertical a plo-mo del conductor.

Doblar manualmente

En caso de utilizaciónsobre tejados de piza-rra, doblar el engancheinterior

Fig. 5.4.3.4: Soporte de conductor de tejado

UNIsnap con puntal preformado.Utilización sobre tejas ranuradas.


UNIsnap con puntal preformado.Utilización sobre tejas planas.


UNIsnap con puntal preformado.Utilización sobre tejados de pizarra.



Meter el soporte por

debajo de la teja

Levantar la teja

Presionarla teja

Introducir el soporte

por debajo

evan arla teja

Presionarla teja

D E H

N s n a p

1

2

1

4

3

DEHNsnap

1

2

3

1

3

Fig. 5.4.3.7: Soporte de conductor FLEXIsnap para adaptacióndirecta a la junta.

Fig. 5.4.3.8: Soporte de conductor de tejado para instalar en elreborde inferior en cubiertas de teja con ranuras.

Fig. 5.4.3.9: ZIEGELsnap, para sujeción entre tejas o planchas planas. Fig. 5.4.3.10: Soporte de conductor de tejado PLATTENsnap paraconstrucciones solapadas.



5.5 Instalaciones de toma de tierra

Las normas IEC 62305-3, EN 62305-3 y UNE EN 62.305-3 “Protección contra rayos – Daño físico a estructurasy riesgo humano”, HD 637 S1 “Instalaciones de ener-

gía superiores a 1 kV”, IEC 60050-826 “VocabularioElectrotécnico Internacional Parte 826: Instalacioneseléctricas” e IEC 60363-5-54 “ Instalaciones Eléctricasde Edificios – Parte 5-54”, contienen una explicacióndetallada de los conceptos utilizados en la técnica detoma de tierra. En Alemania, además, se aplica lanorma DIN 18014 para tomas de tierra de cimientos.A continuación, se expone la terminología utilizada ysu significado para facilitar la comprensión de los sis-temas que se describen más adelante.

Terminología

Tierra

Es la parte del terreno cuyo potencial eléctrico encada punto, se pone igual a cero. La palabra “tierra”es también el concepto utilizado, tanto para definir ala tierra como lugar concreto como el material del

que se compone, p. ej., las diversas clase de tierrahumus (mantillo), arcilla, arena, grava y rocas.

Tierra de referencia(tierra neutra) es la parte de la tierra, especialmentede la superficie, fuera de la zona de influencia de una

instalación de toma de tierra, en la que entre dospuntos cualquiera no se producen tensiones percep-tibles originadas por la corriente en la toma de tierra(Figura 5.5.1).

Toma de tierraEs uno o varios componentes conductores que seencuentran en contacto con el terreno y que consti-tuyen una conexión eléctrica (se incluyen también lastomas de tierra de cimientos).

Instalación de toma de tierra

Es un conjunto de electrodos de tierra localizados enun emplazamiento limitado y unidos eléctricamenteentre sí, así como elementos metálicos que puedanactuar como electrodos de dispersión (p. ej. armadosde cimientos de hormigón, revestimientos o armadu-ras metálicas de cables en contacto con tierra, etc.).

Fig. 5.5.1: Potencial de la superficie del terreno y tensiones en la toma de tierra de cimientos FE y tomas de tierra de control cuando están atra-vesados por la corriente.

1 m

U B 2

ϕFE

U S

FE

ϕ

U B 1

ϕFE + SE

U E

UE Tensión de puesta a tierraUB Tensión de contactoUB1 Tensión de contacto sin control de potencial (en la

toma de tierra de cimientos)UB2 Tensión contacto con control de potencial (Toma

de tierra de cimientos + toma de tierra de control)US Tensión de pasoϕ Potencial de la superficie de la tierraFE Toma de tierra de cimientosCE Toma de tierra de control (Toma de tierra anular)

Tierra de referencia

CE



Conductor de tierraEs un conductor que une una parte de la instalación quese ha de poner a tierra con una toma de tierra y queestá tendido sobre el terreno o aislado en el mismo.

Tierra de protección contra rayosEs la toma de tierra de una instalación de proteccióncontra rayos diseñada e instalada para derivar a tie-rra una corriente de rayo.Seguidamente se describen diversos tipos de tomasde tierra y su clasificación según situación, forma yperfil.

Clasificación según situación

Tomas de tierra superficiales

Es una toma de tierra que, por lo general, se introdu-ce a poca profundidad en el terreno, aproximada-mente hasta 1 m. Se puede realizar en material con-ductor redondo o pletinas, pudiendo disponerse enforma radial, en forma anular, malla o combinaciónde varias de estas formas.

Tomas de tierra de profundidadEs una toma de tierra que, por lo general, se introdu-ce verticalmente en tierra a mayor profundidad quela anterior ( picas de tierra ). Como material puede

utilizarse conductor redondo o de perfil.Toma de tierra de cimientosSe compone de uno o varios conductores que estánembebidos en el hormigón de la cimentación y quese encuentran en contacto con el terreno en unagran superficie.

Toma de tierra de controlEs una toma de tierra que por su forma y disposición,está más destinada al control del potencial que almantenimiento de una determinada resistencia de

propagación.

Toma de tierra circularToma de tierra que, por debajo o sobre la superficiede la tierra, configura un anillo cerrado alrededor deledificio a proteger.

Toma de tierra naturalEs aquel elemento o componente metálico que seencuentra en contacto directo con tierra o con elagua, o que está dentro del hormigón, y cuyo objeti-

vo o finalidad original no es el de actuar como partedel sistema de puesta a tierra pero que actúa como

tal (armados de cimientos de hormigón, tuberíasmetálicas, etc.).

Clasificación según forma y perfil.Se puede diferenciar entre:

Tomas de tierra realizadas con conductor plano (ple-tinas); tomas de tierra realizadas con conductor deperfil en cruz y tomas de tierra realizadas con con-ductor redondo (varillas).

Clases de resistencia

Resistencia específica de tierraρE es la resistencia eléctrica específica de la tierra. Seindica en Ωm y representa la resistencia de un cubode tierra de 1 m de lado, entre dos planos opuestosde dicho cubo.

Resistencia de propagaciónRA de una toma de tierra es la resistencia de la tierraentre la toma de tierra y la tierra de referencia. RA esprácticamente una resistencia efectiva (óhmica).

Resistencia de choque de toma de tierraRst es la resistencia efectiva existente entre un puntode la instalación de toma de tierra y la tierra de refe-rencia al producirse el paso de la corriente de rayo.

Tensiones en instalaciones de toma de tierra atra-vesadas por la corriente, control de potencial

Tensión de puesta de tierraUE es la tensión existente entre una instalación detoma de tierra y la tierra de referencia (Figura 5.5.1).

Potencial de la superficie de tierraϕ es la tensión existente entre un punto de la superfi-cie de tierra y la tierra de referencia (Figura 5.5.1).

Tensión de contacto

UB es la parte del potencial de la puesta a tierra quepuede transmitirse a las personas (Figura 5.5.1), con-siderándose como vía para la corriente por el cuerpohumano la que va desde la mano hasta el pie (distan-cia horizontal de la pieza de contacto aproximada-mente 1 m) o bien de una mano a otra.

Tensión de pasoUS es la parte del potencial de la puesta a tierra quepuede afectar a las personas al dar un paso de 1metro de longitud siendo la vía de corriente la que va

de un pie al otro pie a través del cuerpo (Figura5.5.1).




Control de potencial

Es la posibilidad de influir sobre el potencial de tie-rra, en especial sobre el potencial de la superficie dela tierra, a través de tomas de tierra de control (Figu-ra 5.5.1).

Compensación de potencial

Es la conexión de instalaciones metálicas y de siste-mas eléctricos con la instalación de protección contrarayos a través de conductores, descargadores decorriente de rayo o de vías de chispas de separación.

Resistencia de propagación / Resistencia espe-cífica de toma de tierra

Resistencia de propagación RA

La derivación de la corriente de rayo a tierra a travésdel sistema de puesta a tierra no se produce en unsolo punto, sino que se pone bajo tensión una deter-minada zona alrededor de la toma de tierra. La for-ma de la toma de tierra y la forma del tendido tienenque elegirse de tal manera que las tensiones queactúan sobre la superficie de la tierra (tensiones decontacto y tensiones de paso) no adquieran valorespeligrosos. Como mejor puede explicarse en qué con-siste la resistencia de propagación R

Ade una toma de

tierra es con la ayuda de una bola de metal enterra-da en el suelo.

Si la bola de metal está enterrada a suficiente pro-fundidad, la corriente fluye de manera regular portoda la superficie de la tierra que la rodea de formaradial. Ver figura 5.5.2a. En comparación con ello, enla figura 5.5.2b se muestra el caso de una bola ente-rrada por debajo de la superficie de la tierra a pocaprofundidad. Los círculos concéntricos alrededor dela superficie de la bola representan superficies denivel de tensión constante. La resistencia de propaga-ción R

Ase compone de la conexión en serie de la

resistencias parciales de cada una de las capas de tie-rra que rodean la bola. La resistencia de una de estascapas de bola se calcula según la ecuación siguiente:

siendo ρE la resistencia específica de la tierra conside-rado como un suelo homogéneo, espesor de unacapa de bola supuesta.

yq superficie media de esta capa de bola.

Supongamos una bola de metal de 20 cm de diáme-tro enterrada a 3 m de profundidad, con una resis-tencia específica de suelo de 200 Ωm.

Al calcular el incremento de la resistencia para lasdiferentes capas de la esfera en función de la distan-cia al centro de la bola, se obtiene una curva como laque se muestra en la figura 5.5.3.

La resistencia de propagación ρA para la toma de tie-rra en forma de bola se calcula como sigue:

siendo:

ρE Resistencia específica de la tierra en Ωm

Rr

r

t A

E

K

K

= ⋅⋅

⋅+

ρ

π 100

2

1

22

Rl

q E = ⋅ρ


1 2 3 4 5

160

140

120

100

80

60

40

20

RA = 161 Ω

R e s i s t e n c

i a d e p r o p a g a c

i ó n R

A ( Ω )

aprox. 90%

Distancia x (m)

Fig. 5.5.2: Distribución de corriente de una toma de tierra en formade bola.

Fig. 5.5.3: Resistencia de propagación RA de una toma de tierra enforma de bola con diámetro 20 cm, a 3 m de profundidad,

siendo ρE = 200 Ωm dependiente de la distancia conrespecto al centro de la bola.

b) Electrodo en forma debola instalado próximoa la línea de superficiedel terreno.

Líneas del nivel

a) Electrodo en formade bola instaladoprofundamente entierra.



t Profundidad de enterramiento en cm.

rK Radio de la toma de tierra en forma de bola encm.

En base a esta fórmula se obtiene una resistencia depropagación RA = 161 Ω, para la toma de tierra enforma de bola.

De la curva expuesta en la figura 5.5.3 se deduce quela mayor parte de la resistencia de propagación totaltiene lugar en la zonas más próximas a la toma detierra. Así, por ejemplo, a 5 metros de distancia delcentro de la bola, se ha alcanzado ya el 90% del totalde la resistencia de propagación RA.

Resistencia específica de tierra ρE

La resistencia específica ρE, determinante para lamagnitud de la resistencia de propagación RA de unatoma de tierra, depende de la composición del suelo,de su humedad y de la temperatura. Puede oscilarentre límites muy amplios.

Valores para diferentes tipos desuelo

En la figura 5.5.4 se exponen lasamplitudes en las que puedeoscilar la resistencia específica

del terreno pE para diferentestipos de suelos.

Fluctuaciones dependientes dela época del año

Numerosas mediciones handemostrado que la resistenciaespecífica de tierra varia demanera notable en función dela profundidad de enterramien-

to de la toma de tierra. Debido al coeficiente negati-vo de temperatura del suelo (α = 0,02 … 0,004) lasresistencias específicas de tierra alcanzan un valormáximo en invierno y un valor mínimo en verano. Serecomienda, por lo tanto, calcular los valores demedición de las tomas de tierra de acuerdo con losvalores máximos que se pueden esperar, ya que losvalores admisibles no deben ser superados ni siquie-ra bajo las condiciones más desfavorables (tempera-turas mínimas). La evolución de la resistencia especí-fica de tierra ρE dependiendo de la época del año(temperatura del suelo) puede representarse con bas-tante aproximación mediante una curva sinusoide,que tiene su máximo valor aproximadamente amediados de febrero y el mínimo aproximadamentea mediados de agosto. Asimismo, ensayos realizadoshan demostrado que, en el caso de tomas de tierraque no están enterradas a más de 1,5 metros de pro-fundidad, las desviaciones máximas de la resistencia

0.1 1 10 100 1000 10000 ρE

Hormigón

Terreno pantanoso, turba

Terreno cultivable, arcilla

Terreno arenoso húmedo

Terreno arenoso seco

Tierra pedregosa

Grava

Cal

Agua de río y agua de lago

Agua de mar

in Ωm

e e e

a M a’

Aparato de medida

3020

10

0

10

20

30

Profundidad de enterramiento < 1.5 m+ ρE en %

Profundidad de enterramiento > 1.5 m

− ρE en %

Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov.

Ene. Feb. Mar. Abril May. Dic.

Fig. 5.5.4: Resistencia específica de tierra ρE de diferentes tipos de suelo.

Fig. 5.5.5: Resistencia específica de tierra ρE dependiendo de la época

del año, sin que influyan sobre ella las precipitaciones (pro-fundidad de enterramiento de la toma de tierra < 1,5 m).

Fig. 5.5.6: Determinación de la resistencia específica de tierra --E con

un puente de medida de cuatro bornas según el métodoWENNER.



específica de tierra respecto a los valores medios lle-gaban a ser del ± 30%. (Figura 5.5.5.5).

En tomas de tierra enterradas a mayor profundidad(especialmente en las tomas de tierra de profundi-dad) la variación supone solamente un ± 10%.

La resistencia de propagación RA de una instalaciónde toma de tierra puede calcularse sobre la base de lacurva sinusoide de la resistencia específica de tierra,medida en un día concreto, para obtener los valoresmáximos que se pueden esperar( ver figura 5.5.5).

Medición

Para determinar la resistencia específica de tierra ρE,se utiliza un puente de medida de resistencia contratierra con 4 bornas, que trabaja según el método

cero.La figura 5.5.6 reproduce la disposición del dispositi-vo de medida para este método denominado WEN-NER. La medición se realiza desde un punto medio

fijo M, que se mantiene para todas las medicionesque se hagan con posterioridad. A lo largo de unalínea recta en tierra a-a´, se introducen cuatro sondasde medida en el terreno (picas de tierra de 30 … 50cm de longitud). Partiendo de la resistencia R obteni-

da se calcula la resistencia específica de la tierra ρEpara esa zona del terreno:

siendo:R Resistencia medida en Ω

E Distancia entre sondas en metros.ρE Resistencia específica media de la tierra en Ωm

hasta una profundidad correspondiente a la dis-tancia entre las sondas e.

Incrementando la distancia de las sondas “e” y rea- justando el punto de medida de toma de tierra, pue-de determinarse la curva correspondiente a la resis-

ρ π E e R= ⋅ ⋅2

Tabla 5.5.1: Fórmulas de cálculo de la resistencia de propagación RA para diferentes tomas de tierra.

Toma de tierra

Toma de tierra superficial(Toma de tierra radial)

–

–

–

Toma de tierra de profundidad(Pica de tierra)

Toma de tierra anular

Malla de toma de tierra

Toma de tierra en placas

Toma de tierra semiesférica/ Toma de tierra de cimientos

RA Resistencia de propagación (W)

ρE Resistencia específica de tierra (Wm)

I Longitud de la toma de tierra (m)

d Diámetro de una toma de tierra anular, de la superficie circular equivalente o de una toma de tierra semianular (m)

A Superficie (m2) de la superficie rodeada por una toma de tierra anular o por una malla de toma de tierra

a Longitud de los cantos (m) de una placa de toma de tierra cuadrada. En placas rectangulares deberá aplicarse = √ b ⋅ c,

siendo b y c los lados del rectángulo.

V Contenido (m3) de un cimiento único.

2 ⋅ ρ E

R A

=l

2 ⋅ ρ E

R A

=3 ⋅ d

2

d = 1,13 ⋅ √ A

2

d = 1,13 ⋅ √ A

2

d = 1,57⋅ √ V

ρ E

R A

=l

Fórmula empírica Magnitud auxiliar

ρ E

R A

=2 ⋅ d

ρ E

R A

=4,5 ⋅ a

ρ E

R A = π ⋅ d



tencia específica de tierra ρE en función de la profun-didad.

Cálculo de las resistencias de propagación

En la tabla 5.5.1 se han expuesto las fórmulas para elcálculo de las resistencias de propagación para lostipos de terreno más usuales. En la práctica, estas fór-mulas empíricas de cálculo son más que suficientes.Las fórmulas de cálculo exactas pueden encontrarseen los apartados siguientes.

Tomas de tierra superficiales extendidas

Las tomas de tierra superficiales, por lo general, seentierran horizontalmente en el suelo a 0,5... 1 metrode profundidad. Como la capa de terreno situada porencima de la toma de tierra se seca en verano y secongela en invierno, la resistencia de propagaciónRA, para este tipo de tomas de tierra superficiales, secalcula como si estuviera situada en la superficie delterreno:

siendo:RA Resistencia de propagación de una toma de tie-

rra superficial extendida en Ω

ρE Resistencia específica de tierra en Ωml Longitud de la toma de tierra superficial en mr Cuarta parte de la anchura del fleje de acero en

metros o diámetro del conductor redondo en m

La figura 5.5.7 muestra cómo puede calcularse laresistencia de propagación RA en función de la longi-tud de la toma de tierra.

En la figura 5.5.8 se ha representado la tensión de

puesta a tierra UE en sentido longitudinal y transver-sal para una toma de tierra de fleje de 8 metros de

Rl

l

r A

E =⋅

⋅ρ

π ln

50 100

100

50

ρE = 100 Ωm

ρE = 200 Ωm

ρE = 500 Ωm

Resistencia de propagación RA (Ω)

Longitud I de la toma de tierra superficial extendida (m)

UE

100

80

60

40

20

a

UE

100

80

60

40

20

a

V

a

t

V

V

t

V

a

100 cm

t = 0 cm

50 cm

t = 0 cm

50 cm

100 cm

SENTIDO LONGITUDINAL

SENTIDO TRANSVERAL

T e n s i ó n

d e p u e s t a a t i e r r a

l U

E ( % )

T e n s i ó n

d e p u e s t a a t i e r r a U

E U

E ( % )

Distancia a (m) de la toma de tierra

Distancia a (m) de la toma de tierra

100

80

60

4020

0.5 1 1.5 2 m

%

M á x i m

a t e n s i ó n

d e p a s o

e n

% d e

l a t e n s i ó n t o t a

l

Profundidad de enterramiento

Fig. 5.5.7: Resistencia de propagación RA en función de la longitud Ide la toma de tierra superficial con diferentes resistenciasespecíficas de tierra ρE.

Fig. 5.5.9: Máxima tensión de paso US en función de la profundidadde enterramiento para una toma de tierra de flejeextendida.

Fig. 5.5.8: Tensión de toma de tierra UE entre el conductor de tierra yla superficie del terreno en función de la distancia existen-

te hasta la toma de tierra, en una toma de tierra de flejede 8 m de longitud a diferentes profundidades.



longitud. En esta figura puede verse claramente lainfluencia de la profundidad de enterramiento sobrela tensión de puesta a tierra.

En la figura 5.5.9 se ha reproducido la tensión depasos US en función de la profundidad de enterra-

miento.En la práctica suele ser suficiente el cálculo realizadosegún la fórmula empírica de la tabla 5.5.1

Tomas de tierra de profundidad

La resistencia de propagación RA de una toma de tie-rra de profundidad se calcula según la fórmulasiguiente:

RA Resistencia de propagación en Ω

ρE Resistencia específica de tierra en Ωml Longitud de la toma de tierra con picas de pro-

fundidad en mr Radio de las picas de toma de tierra de profundi-

dad en m.

La resistencia de propagación RA puede calcularsecon la fórmula empírica indicada en la tabla 5.5.1:

En la figura 5.5.10 se representa la resistencia de pro-pagación RA en función de la longitud de picas l y dela resistencia específica ρE.

Combinación de tomas de tierraAl introducir varias tomas de tierra de profundidadunas junto a otras, la distancia entre las tomas de tie-rra debe ser, como mínimo, equivalente a la profun-didad de enterramiento. Las distintas tomas de tierrade profundidad tienen que interconectarse entre sí.

Las resistencias de propagación calculadas según lasfórmulas y los resultados de las medidas representa-dos en los diagramas, son válidos para corriente con-tinua y corriente alterna de baja frecuencia y presu-poniendo una extensión relativamente reducida

(algunos cientos de metros) de la toma de tierra. Encaso de longitudes superiores, por ejemplo tomas de

tierra superficiales, hay que añadir, a la corrientealterna, una parte inductiva.

Por otra parte, las resistencias de propagación calcu-ladas no tienen validez para corrientes de rayo. Enestos casos, la parte inductiva adquiere un papel sig-

nificativo, especialmente en instalaciones de toma detierra de gran extensión, ya que puede dar lugar avalores mayores de la resistencia de la toma de tierrade choque.

Prolongando tomas de tierra superficiales o tomas detierra de profundidad por encima de 30 metros, sealcanza una reducción inapreciable de la resistenciade propagación de choque. Por ello resulta más efi-caz la combinación de varias tomas de tierra demenor longitud. En este caso, es preciso tener encuenta que, debido a la interacción de las tomas de

tierra, la resistencia de propagación real total essuperior que la resistencia de propagación calculadaa base de la suma de la conexión en paralelo de cadauna de las distintas resistencias.

Tomas de tierra radiales

Las tomas de tierra radiales dispuesta en forma decruz, son una solución interesante cuando, en terre-nos que son relativamente malos conductores, se hande conseguir resistencias de propagación relativa-

mente bajas y con un coste razonable.

Rl

A

E =ρ

Rl

l

r A

E =⋅

⋅ρ

π 2ln

Rl

A

E =⋅2 ρ


2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

100

80

60

40

20

Resistencia de propagación RA

Profundidad de penetración I de la tomade tierra de profundidad (m)

ρE = 100 Ωm

ρE = 500 Ωm

ρE = 200 Ωm

Fig. 5.5.10: Resistencia de propagación RA de tomas de tierra deprofundidad en función de su longitud I con diferentesresistencias específicas de tierra ρE.



La resistencia de propagación RA de una toma de tie-

rra superficial dispuesta en forma de cruz, cuyosramales están situados en un ángulo de 90º uno res-pecto al otro, se calcula con la fórmula siguiente:

siendo:RA Resistencia de propagación de la toma de tierra

superficial en forma de cruz, expresado en Ω

ρE Resistencia específica de tierra en Ωml Longitud de los ramales en md Mitad de la anchura del fleje de acero (en

metros) o diámetro del conductor redondo (enmetros)

Para una aproximación basta, en casos de longitudesde las ramas de la cruz muy grandes ( l > 10 m), laresistencia de propagación RA puede calcularse con lalongitud total de las ramas según las ecuaciones de latabla 5.5.1

La figura 5.5.11 muestra la curva de la resistencia depropagación RA de tomas de tierra superficiales en

forma de cruz en función de la profundidad de ente-rramiento.

La figura 5.5.12 muestra las curvas de la tensión de

puesta a tierra.En las tomas de tierra radiales en forma de cruz el ángu-lo entre los diversos ramales debe ser superior a 60º.

De acuerdo con la figura 5.5.12 para el cálculo de laresistencia de propagación de una malla de toma detierra se aplica la fórmula siguiente:

siendo d el diámetro del círculo equivalente a lasuperficie incluida en la malla de toma de tierra quese calcula como sigue:

En dimensiones rectangulares o poligonales de lamalla de toma de tierra:

Siendo:A Superficie de la malla de toma de tierra.

d A

=⋅4

π

Rd

A

E =⋅

ρ

2

Rl

l

r A

E =⋅

⋅ +ρ

π 41 75

ln .

l

Resistencia de propagación RA (Ω)

Profundidad de enterramiento (m)

l = Longitud de los ramales

ρE = 200 Ωm

l = 10 m

l = 25 m

%

14

12

10

8

6

4

2

0.5 1 1.5

%

100

80

60

40

20

10 20 30 m

4 5 °

II

I

Tensión

Distancia al punto medio de la cruz

Sentido de lamedida I

S e n t i d

o d e

l a

m e d i d

a I I

Longitud de las ramas 25 m

Fig. 5.5.11: Resistencia de propagación RA de tomas de tierra super-ficiales en forma de cruz (90º) en función de la profundi-dad de enterramiento

Fig. 5.5.12: Tensión de puesta a tierra UE entre el conductor de tierra y lasuperficie del terreno de la toma de tierra superficial en for-ma radial (90º) en función de la distancia existente al puntode intersección (profundidad de enterramiento 0,5 m).



Para dimensiones cuadradas (longitud de cantos b):

La figura 5.5.13 muestra el desarrollo de la resisten-cia de propagación de choque de tomas de tierrasuperficiales, con una y varias ramas, con tensionesde choque rectangulares. Como puede verse en estediagrama resulta más conveniente, para una deter-minada longitud, tender una toma de tierra de variasramas en forma radial que una tierra de un soloramal.

Tomas de tierra de cimientos

La resistencia de propagación de un conductor metá-lico en cimientos de hormigón puede calcularse apro-ximadamente utilizando la fórmula para tomas detierra semiesféricas:

siendo aquí “d” el diámetro de la semiesfera decimientos de superficie equivalente.

V = volumen del cimiento.

Al efectuar el cálculo de la resistencia de propaga-ción, hay que tener en cuenta que la toma de tierrade cimientos solamente puede ser efectiva si el cuer-po del hormigón se encuentra en contacto directocon una amplia superficie de terreno. Los recubri-mientos hidrófugos, aislantes, incrementan conside-rablemente la resistencia de propagación o inclusoaíslan eléctricamente la toma de tierra de cimientos(Ver 5.5.2).

Tomas de tierra de profundidad conectadas en para-lelo

Para mantener dentro de los límites aceptables lasinterferencias e interacciones mutuas en caso detomas de tierra de profundidad conectadas en para-lelo, la distancia entre las mismas no deberá ser infe-rior a la profundidad de introducción de dichastomas de tierra.

Si las distintas tomas de tierra se encuentran situadasen círculo y son aproximadamente de la misma longi-

d V = ⋅1 57. 3

Rd

A

E =⋅

ρ

π

d b= ⋅1 1.

0 1 2 3 4 5 6

Ω

160

140

120

100

80

60

40

20

0

R e s i s t e n c i a d e t o m a d e t i e r r a d e c h o q u e R s t

Tiempo en µs

n = 12

3

4

RA = 10 Ω

l

n = 4Z = 150 ΩRA = 10 Ωn = 1 ... 4n · l = 300 m

Z Impedancia del conductor de tierraRA Resistencia de propagaciónn Número de tomas de tierra conectadas en paralelol Longitud media de las tomas de tierra

a

l

p

n = 20

10

5

3

2

p Factor de reducciónn Número de tomas de tierra conectadas en paraleloa Distancia media entre las tomas de tierral Longitud media de las tomas de tierra

0.5 1 2 5 10

20

10

5

3

2

1

Fig. 5.5.13: Resistencia de toma de tierra de choque Rst, de unatoma de tierra de superficie con uno y varios ramalesde la misma longitud.

Fig. 5.5.14: Factor de reducción p para el cálculo de la resistenciatotal de propagación RA de tomas de tierra de profundi-dad conectadas en paralelo.



tud, la resistencia de propagación puede calcularsecomo sigue:

RA es la resistencia media de propagación de cadauna de las tomas de tierra. El factor de reducción p

puede calcularse según la figura 5.5.14 en funcióndel número de dichas tomas de tierra, de su longitudy de la distancia existente entre las mismas.

Combinación de tomas de tierra superficiales ytomas de tierra de profundidad

Cuando se trata de tomas de tierra de profundidadcon una resistencia de propagación suficiente ( por

ejemplo en capas profundas impregnadas de agua,en suelos de arena…), la toma de tierra de profundi-dad debe encontrarse lo más cercana posible al obje-to que se desea proteger. Si fuera imprescindible unalínea conductora larga, resulta muy conveniente ten-der en paralelo a la misma una toma de tierra en for-ma radial compuesta de varios ramales, con el fin dereducir la resistencia durante la elevación de lacorriente.

A modo de aproximación, la resistencia de propaga-ción de una toma de tierra superficial con picas de

tierra puede calcularse como si la toma de tierrasuperficial estuviera prolongada por la longitudenterrada de la toma de tierra de profundidad.

Tomas de tierra anulares

En anillos de toma de tierra de grandes diámetros (d>30 m), la resistencia de propagación se calcula con lafórmula para tomas de tierra superficiales (en cuyo

caso para la longitud de la toma de tierra se toma elperímetro del círculo π ⋅d):

siendo:

r = radio del conductor redondo o la cuarta parte dela anchura del fleje de acero de la toma de tierra,en metros.

El cálculo de la resistencia de propagación en anillosde toma de tierra que no tienen forma de círculo, se

realiza utilizando el diámetro de un círculo equiva-lente de la misma superficie:

siendo:

A = Superficie rodeada por la toma de tierra anular.

Ejecución

De acuerdo con la normativas, por cada instalación

que se desea proteger, se requiere una instalaciónpropia de toma de tierra que, por sí misma, tiene queser capaz de funcionar plenamente, incluso sinemplear otros elementos metálicos como tuberías deagua o conductores de la instalación eléctrica pues-tos a tierra. En el caso de la protección contra rayos,el valor de la resistencia de propagación RA solamen-te tiene una importancia secundaria. Lo más impor-tante es que la compensación de potencial esté reali-zada y consecuentemente la corriente de rayo puedafluir sin peligro por tierra.

El edificio o estructura a proteger se eleva, a travésde la corriente de rayo “i” hasta la tensión de puestaa tierra tierra UE,

respecto a la tierra de referencia.

El potencial de la superficie del terreno disminuyeconforme aumenta la distancia con la toma de tierra

(Figura 5.5.1).La caída de tensión inductiva que se produce en latoma de tierra durante el incremento de la corrientede rayo, solamente tiene que ser tomada en conside-ración en el caso de instalaciones de toma de tierrade grandes dimensiones (p. ej. las tomas de tierrasuperficiales de gran longitud son necesarias en sue-los que son malos conductores ).En general, la resis-tencia de propagación está determinada solamentepor la parte óhmica.

En conductores aislados introducidos en el edificio, el

potencial de puesta a tierra UE adquiere su valortotal con respecto a los conductores.

U i R Ldi

dt E A= ⋅ + ⋅ ⋅

1

2

d A

=⋅ 4

π

Rd

A

E =⋅

⋅

2

3

ρ

Rd

d

r A

E =⋅

⋅⋅ρ

π

π

2

ln

Rl l

A

E

flat strip eath rod

≈+

ρ

RR

p A

A= '




Para evitar el riesgo de perforaciones y saltos de chis-pas, estos conductores aislados se conectan con la ins-talación de toma de tierra, en el marco de la compen-sación de potencial para protección contra rayos, através de vías de chispas de separación o mediante

equipos de protección contra sobretensiones en elcaso de conductores con tensión (ver catálogo princi-pal DEHN de protección contra sobretensiones UE).

Para mantener lo más bajas posibles las tensiones depaso y contacto, es necesario reducir la resistencia depropagación. La instalación de toma de tierra puedediseñarse como toma de tierra de cimientos, comotoma de tierra anular o, en edificios de grandessuperficies, también como mallas de toma de tierra, yen casos especiales, como tomas de tierra aisladas.

En Alemania, las tomas de tierra de cimientos debendimensionarse según DIN 18014.

La toma de tierra de cimientos debe realizarse comoanillo cerrado instalado en la base de los muros exte-riores de la edificación o en la cimentación de la losa.En el caso de edificaciones de mayores dimensiones,la toma de tierra de cimientos deberá disponer deconexiones transversales, de manera que el tamañomáximo de las retículas no supere los 20 m x 20 m.

La toma de tierra de cimientos tiene que instalarse detal manera que esté rodeada de hormigón por todas

partes. En caso de pletinas o flejes de acero en hormi-gón no armado, el electrodo de toma de tierra tieneque disponerse de canto.

Hay que efectuar una conexión entre la toma de tie-rra de cimientos y la barra de compensación depotencial en la zona de acometida del edificio. Segúnla norma UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) una toma detierra de cimientos debe disponer de banderolas oesperas de conexión para la unión de los derivadoreso bajantes de la protección externa contra rayos a lainstalación de toma de tierra.

Debido al riesgo de corrosión, en el punto de salidade una banderola de conexión deberá preverse, ade-más, una protección suplementaria contra la corro-sión (con revestimiento de PVC o mediante utiliza-ción de acero inoxidable).

Las armaduras del hormigón de cimientos puedenutilizarse igualmente como toma de tierra, siempreque cuente con las necesarias banderolas de cone-xión y el armado del hormigón se conecte entre sí porencima de las juntas de dilatación.

Las tomas de tierra superficiales tienen que instalar-se, como mínimo, a una profundidad de 0,5 metros.

La resistencia de puesta a tierra de choque de las ins-talaciones de toma de tierra depende del valor máxi-mo de la corriente de rayo y de la resistencia especí-fica de tierra. Ver a este respecto también la figura5.5.13. La longitud de las tomas de tierra eficaces en

caso de corriente de rayo se calcula, de forma aproxi-mada, como sigue:

Tomas de tierra superficiales:

Tomas de tierra de profundidad:

Siendo:

Ieff Longitud efectiva de la toma de tierra en metros î Valor punta de la corriente de rayo en kAρE Resistencia específica de tierra en Ω m.

La resistencia de puesta a tierra de choque RST pue-de calcularse de acuerdo con las fórmulas de la tabla5.5.1, aplicando para la longitud l la longitud efecti-va de la toma de tierra Ieff.

Desde el punto de vista económico, las tomas de tie-

rra superficiales son siempre más ventajosas que lastomas de tierra de profundidad, cuando las capassuperiores del terreno presentan una resistenciaespecífica más pequeña que las capas del subsuelo.

l î eff E = ⋅0 2. ρ

l î eff E = ⋅0 28. ρ


0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100

90

80

70

60

50

40

30

201510

50

Longitud de la toma de tierra l (m)

Toma de tierra de superficie

Toma de tierra de profundidad

ρE = 400 Ωm

ρE = 100 Ωm R e s i s t e n c i a d e p r o p a g a c i ó n R A

( Ω )

Fig. 5.5.15: Resistencia de propagación RA de tomas de tierra de

superficie y de tomas de tierra de profundidad en fun-ción de la longitud de la toma de tierra l.



Cuando el terreno es relativamente homogéneo (esdecir cuando la resistencia específica de tierra esaproximadamente igual en la superficie del terrenoque en la profundidad del subsuelo), los costes deinstalación son similares para ambas.

Según la figura 5.5.15, en el caso de una toma de tie-rra de profundidad, se precisa aproximadamente sólola mitad de la longitud que en una toma de tierrasuperficial.

Si el terreno en la zona del subsuelo presenta unamejor conductividad que en la superficie, p.e j. porpresencia de corrientes subterráneas de agua, por loregular, resulta económicamente más ventajosa unatoma de tierra de profundidad que una toma de tie-rra superficial. La cuestión de si un tipo de toma detierra u otro resulta más ventajoso, sólo podrá deter-

minarse, en cada caso concreto, por medio de medi-ciones de la resistencia específica de tierra en funciónde la profundidad.

Las tomas de tierra de profundidad no precisan detrabajos de excavación, provocan pocos daños en elsuelo y sus costes de instalación son, en comparacióncon una toma de tierra superficial, normalmentebajos. Con estas tomas de tierra se pueden conseguirresistencias de propagación buenas y son muy apro-piadas para ampliar y mejorar instalaciones de tomade tierra ya existentes.

5.5.1 Instalaciones de toma de tierra segúnUNE EN 62305-3 (IEC 62305-3 )

La instalación de toma de tierra es, al fin y al cabo, laprolongación de los dispositivos captadores y deriva-dores para dispersar la corriente de rayo en el terre-no. Otros cometidos de la instalación de toma de tie-

rra son, por un lado, realizar la compensación depotencial entre los derivadores y, por otro, realizarun control del potencial en las proximidades de lasparedes del edificio. El sistema de puesta a tierradebe estar conectado a la barra equipotencial.

A partir de la norma UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3 )se asume la necesaria equipotencialidad del sistemade protección contra rayos. No se requiere ningúnvalor particular para la resistencia de la puesta a tie-rra, si bien, se recomienda un valor bajo (inferior a10 Ω, medida con baja frecuencia).

La normativa considera dos disposiciones de puesta atierra, Tipo A y Tipo B.

Para los dos tipos de tomas de tierra, tipo A y tipo B,la longitud mínima l1 de cada electrodo de tierra, es

determinante para definir la clase de protección(Figura 5.5.1.1).

El valor de la resistencia específica de tierra en cadacaso, solamente puede determinarse mediante medi-ciones realizadas “in situ” por el método “WENNER”.(Medición de cuatro conductores).

Toma de tierra tipo A

La disposición de tomas de tierra tipo A describe elec-trodos de tierra en forma de líneas individuales dis-puestas horizontalmente (tomas de tierra superficia-les) o verticalmente (tomas de tierra de profundidad)que, en cada caso, deben conectarse con un deriva-dor. El número mínimo de electrodos no debe se infe-rior a 2.

Para las clases de protección III y IV se exige una lon-gitud mínima de la toma de tierra de 5 metros. Paralas clases de protección I y II la longitud de la toma detierra se fijará en función de la resistencia específicadel terreno.

La longitud mínima de la toma de tierra l1 puede ver-

se en la figura 5.5.1.1. La longitud mínima de cadatoma de tierra es:

I1 x 0.5 para tomas de tierra verticales o inclinadas.I1 para tomas de tierra horizontales.

Estos valores son válidos para cada toma de tierraindividual. En caso de combinaciones de diferentestomas de tierra (verticales y horizontales) debe tener-se en cuenta la longitud total equivalente.

La longitud mínima de la toma de tierra puede notomarse en consideración cuando se alcanza una

resistencia de propagación en tierra inferior a 10 Ω(UNE EN 62 305-3).


8070

60

50

40

30

20

10

00 500 1000 1500 2000 2500 3000

l1 (m)

ρE (Ωm)

Clase de protección III-IV

C l a s e

d e p r o

t e c c i ó

n I

C l a s e d e

p r o t e c c

i ó n I I

Fig. 5.5.1.1: Longitudes mínimas de electrodos de tierra.



Las tomas de tierra de profundidad suelen introducir-se verticalmente en el terreno a gran profundidad. Seintroducen en terrenos firmes que, regularmente,sólo empiezan a encontrarse por debajo de lascimentaciones. La práctica ha mostrado como muyventajosas las tomas de tierra de 9 metros. Las tomasde tierra de profundidad tienen la ventaja de queestán en contacto con capas del suelo más profundas,

cuya resistencia específica, en general, es inferior a laque hay en zonas más cercanas a la superficie.

En zonas de posibles heladas es recomendable noconsiderar el primer metro de una toma de tierra ver-tical. La toma de tierra del tipo A no cumple las exi-gencias de la compensación de potencial entre losderivadores y el control de potencial. Por ello, han deinterconectarse entre sí para conseguir una distribu-ción regular de la corriente. Es importante tener encuenta este aspecto a la hora de realizar el cálculo dela distancia de separación “s”. La conexión de estetipo de puesta a tierras puede efectuarse en la super-ficie o bajo tierra.

Toma de tierra tipo B

Las tomas de tierra tipo B son tomas de puesta a tie-rra anulares alrededor del objeto a proteger o bientomas de tierra de cimientos. Las exigencias que seplantean a este tipo de tomas de tierra están descri-tas en la norma DIN EN 18014.

Si no es posible disponer un anillo cerrado alrededor

del edificio, dicho anillo deberá completarse median-te la disposición de conductores en el interior de la

edificación o estructura. Para ello pueden utilizarsetuberías o cualquier otro tipo de estructuras metáli-cas que estén permanentemente conectados. Comomínimo, el 80% de la longitud de la toma de tierratiene que estar en contacto con el terreno. Las longi-tudes mínimas de las tomas de tierra, de acuerdo conlas disposiciones del tipo B, dependen de los nivelesde protección. En los niveles de protección I y II, la

longitud mínima de las tomas de tierra se fija, ade-más, en función de la resistencia específica del terre-no. (Ver al respecto la figura 5.5.4).

En las tomas de tierra del tipo B, el radio medio “r”de la zona rodeada por la toma de tierra no puedeser inferior a la longitud mínima l1 indicada. Paradeterminar el radio medio “r”, la superficie a consi-derar se traslada a una superficie circular equivalen-te y se determina el radio de acuerdo con las figuras5.5.1.2 y 5.5.1.3.

Seguidamente presentamos un cálculo a título deejemplo:

Si el valor exigido l1 es mayor que el valor de de “r”correspondiente a la estructura, es necesario comple-mentar con tomas de tierra radiales o verticales (otomas de tierra inclinadas) cuyas correspondienteslongitudes lr (radial/horizontal) y lv (vertical) se dedu-cen de las ecuaciones siguientes:

l l rr = −1

Fig. 5.5.1.2: Toma de tierra tipo B: determinación del radio medio.Ejemplo de cálculo.

Fig. 5.5.1.3: Toma de tierra tipo B: determinación del radio medio.Ejemplo de cálculo.

r

Superficie aconsiderar A1

Superficie circular A2,de radio medio r

A = A1 = A2

r =

r l1

Aπ

En los anillos de toma de tierra oen las tomas de tierra de cimien-tos, el radio medio r de la zonarodeada por la toma de tierra nodebe ser inferior a l 1.

12 m

1

2 m

5 m

5 m

7 m

7 m

r

Superficie aconsiderar A1

Ejemplo: edificio de viviendas,LPS Clase III, l1 = 5 m

A1 = 109 m2

r =

r = 5.89 m

109 m2

3.14

Superficie circular A2de radio medio r

A = A1 = A2

r =

r l1

Aπ

¡No sonnecesariastomas detierraadicionales!



El número de tomas de tierra adicionales no debe serinferior al número de derivadores, pero como míni-mo deben ser 2. Estas tomas de tierra adicionalesdeben estar distribuidas regularmente por todo elperímetro y han de conectarse con la toma de tierracircular (anillo de toma de tierra).

Si fuera necesario conectar tomas de tierra adiciona-les a la toma de tierra de cimientos, hay que prestarmucha atención al material que se utilice. En estesupuesto es preferible el uso de acero inoxidable,número de material 1.4571 (Figura 5.5.2.1).

Algunos sistemas o instalaciones pueden, a su vez,

requerir medias complementarias. Así:⇒ Sistemas eléctricos - Condiciones de desconexión

del suministro con respecto al tipo de red corres-pondiente (Sistemas TN, TT, IT), según normativaIEC 60364-4-41: 2005, mod y HD 60364-4-41:2007

⇒ Compensación de potencial según normativa IEC60364-5-54: 2002 y HD 60364-5-54: 2007.

⇒ Sistemas electrónicos - Técnica informática.

⇒ Puesta a tierra de antenas.

⇒ Compatibilidad electromagnética.

⇒ Centros de transformación en o junto a la instala-ción de obra.

5.5.2 Instalaciones de tomas de tierra,tomas de tierra de cimientos y tomasde tierra de cimientos en caso demedidas constructivas especiales

Toma de tierra de cimientos - Toma de tierra tipo B

En la norma alemana DIN 18014 “Tomas de tierra decimientos”, se detallan las exigencias o requisitoscorrespondientes para las tomas de tierra de este tipo.

Muchas normas, tanto nacionales como internaciona-les, especifican que la toma de tierra de cimientos esuna de las tomas de tierra preferidas, pues, con unacorrecta instalación, se consigue que el electrodo dedispersión esté rodeado de hormigón por todos ladosy sea, por tanto, además, resistente a la corrosión.Igualmente, las propiedades higroscópicas del hormi-

gón, favorecen que, por lo general, se alcancen valoresde resistencia de propagación muy bajos.

La toma de tierra de cimientos debe instalarse, comoanillo cerrado, en la fosa de cimentación o en la solerade cimientos encima del denominado hormigón delimpieza (Figura 5.5.2.1) cumpliendo, de este modo, lafunción de la compensación de potencial. Hay queprestar atención a la distribución de las mallas ≤ 20 mx 20 m, así como a las banderolas de conexión haciafuera necesarias para la conexión de los derivadores dela protección externa contra rayos, y hacia dentro para

la compensación de potencial (Figura 5.5.2.2).La instalación de una toma de tierra de cimientos esuna medida electrotécnica por lo que tiene que serrealizada y supervisada por un técnico.

ll r

v =−1

2

Banderola de conexiónmin. 1,5 m longitud, claramente identificada− Pletina de acero 30 mm x 3.5 mm− Varilla de acero inoxidable NIRO 10 mm de diámetro− Varilla de acero de 10 mm de diámetro con funda de PVC− Punto fijo de toma de tierra

Toma de tierra de cimientos− Pletina de acero 30 x 3,5 mm− Varilla de acero de 10 mm

de diámetro

Fig. 5.5.2.1: Malla en tomas de tierra de cimientos. Fig. 5.5.2.2: Toma de tierra de cimientos.

Cable de conexión suplementario paraconformación de la malla ± 20 x 20 m.

Banderola de conexión

Recomendación:Varias banderolas de conexión,p. ej. en instalaciones técnicas



Tendido en hormigón no armadoEn cimentaciones no armadas, como p. ej. cimientos deedificios de viviendas (Figura 5.5.2.3) es preciso utilizarsoportes distanciadores. Solamente si se instalansoportesde este tipo a una distancia de 2 metros pue-de garantizarse que, la toma de tierra de cimientos“este elevada” y, por tanto, quede totalmente rodea-da de hormigón.

Tendido en hormigón armado

En caso de utilización de planchas de acero, jaulas dearmado o hierros de armado en los cimientos, no sólopuede sino que deben unirse estos componentes natu-rales metálicos a la toma de tierra de cimientos. De estamanera, la toma de tierra de cimientos es aún más ven-tajosa. Es este caso, no es necesario utilizar soportesdistanciadores.

Con los modernos métodos para la colocación del hor-migón, con aplicación inmediata de compactado-res/prensadores, está totalmente garantizado que elhormigón “fluya” también por debajo de la toma de

tierra de cimientos y que la rodee por todos los lados.La figura 5.5.2.4 muestra un ejemplo de aplicaciónpara el tendido horizontal de una pletina como tomade tierra de cimientos. Los puntos de cruce de la tomade tierra de cimientos tienen que estar conectados yser capaces de soportar la corriente. El acero cincadocomo material para las tomas de tierra de cimientos essuficiente.

Las banderolas de conexión hacia el exterior en la zonadel terreno tienen que protegerse adicionalmentecontra la corrosión en los puntos de salida. Para esto es

apropiado, por ejemplo, el uso de varillas de acero conrevestimiento de plástico (a causa del peligro de rotu-

ra del recubrimiento de plástico a bajas temperaturases necesario un cuidado especial durante el montaje),acero inoxidable de alta aleación, material Nr. 1.4571o puntos fijos de puesta a tierra.

Si la instalación está hecha correctamente, la toma detierra estará rodeada de hormigón por todos los ladosy será resistente a la corrosión.

Al instalar la toma de tierra de cimientos han de reali-zarse mallas con retículas no superiores a 20 m x 20 m.Esta amplitud de mallas no guarda ninguna relacióncon la clase de protección de la protección externa

contra rayos.En la actual técnica de edificación los diferentes tiposde cimientos se realizan en las más diferentes formasde ejecución y con las más diversas variantes de imper-meabilización. La reglamentación sobre proteccióntérmica ha adquirido una notable influencia sobre laejecución de zapatas y losas de cimentación.

Respecto a las tomas de tierra de cimientos que seconstruyen en nuevas edificaciones sobre la base de lanorma DIN 18014, la impermeabilización o aislamien-to tiene repercusiones sobre la colocación y disposi-

ción de dichas tomas de tierra.

Perímetros Aislados / Bases Aisladas

Con la expresión “Perímetro” se denomina la zona demuros y terreno de un edificio que está en contactocon la tierra. El aislamiento perimetral es el aislamien-to térmico exterior alrededor de la estructura. El aisla-miento perimetral situado en el exterior sobre la capade impermeabilización puede rodear al cuerpo deledificio sin puentes térmicos y constituye una protec-

ción adicional de impermeabilización frente a dañosmecánicos.

Fig. 5.5.2.3: Toma de tierra de cimientos Fig. 5.5.2.4: Aplicación de tomas de tierra de cimientos.



Capa de limpieza

Plancha del suelo

Hormigón

Suelo del sótano

Drenaje

Bloqueo de humedad

Aislamiento

Zona del suelo

Perímetro/Aislamiento del zócalo



Bibliografía: En base a la norma DIN EN 18014-2:2006-05; Serie de escritos VDE 35,Schmolke, H.; Vogt D.: “La toma de tier rade cimientos”; HEA-Elektro+: 2004

Capa de limpieza

Placa del suelo

Hormigón

Suelo del sótano

Drenaje

Bloqueo de humedad

Aislamiento

Zona del suelo

Perímetro /Aislamiento del suelo



Línea de separación

Bibliografía: En base a la norma DIN EN 18014-2: 2006-05; Serie de escritos VD 35, Schmolke, H.; Vogt,

D. “La toma de tierra de cimientos”; HEA Elktro+

: 2004

Borna MVArt. Nr. 390 050

Soporte distanciadorArt. Nr. 290 001

Pieza de crucetaArt Nr. 318 201

Punto fijo de toma de tierra para

PAS Part No. 478 800

Borna MVArt Nr. 390 050

Soporte de distanciadorArt. Nr. 290 001

Pieza de cruceta

Art. Nr. 318 201

Punto fijo de toma de tierra para PASArt. Nr. 478 800

Fig. 5.5.2.5: Disposición de la toma de tierra de cimientos (Pared del sótano aislada).

Fig. 5.5.2.6: Disposición de toma de tierra de cimientos (Pared del sótano y plancha de suelo aisladas).



La resistencia específica de las planchas aislantes peri-metrales representa un factor decisivo al considerar lasconsecuencias del aislamiento perimetral sobre laresistencia de propagación de tomas de tierra decimientos en ejecución convencional en los cimientos(zapatas de cimentación, losas de cimientos). Así porejemplo, se indica una resistencia específica 5,4 • 1012

Ωm para una espuma dura de poliuretano con unadensidad bruta de 30 kg/m2. Frente a esto, la resisten-cia específica del hormigón se encuentra entre 150

Ω /m y 500 Ω /m. Sólo en base a estas consideracionespuede deducirse que, con un aislamiento perimetralcontinuo, una toma de tierra convencional instaladaen los cimientos no tiene prácticamente ningún efec-to. El aislamiento perimetral también actúa como ais-lante eléctrico.

Las siguientes figuras muestran las diferentes posibili-dades de instalación de tomas de tierra de cimientosen edificios con aislamiento perimetral y aislamientode base (Figuras 5.5.2.5 hasta 5.5.2.7)

La disposición de la toma de tierra en las zapatas de

cimentación, con aislamiento en los lados situados

exteriormente y en la solera de suelo, no debe conside-rarse crítico (Figuras 5.5.2.5 y 5.5.2.6).

En caso de un aislamiento completo de la losa decimientos, la toma de tierra debe instalarse por deba-

jo de la capa del terreno. Aquí debería usarse para elloV4A (Nr. de material 1.4571). (Figura 5.5.2.7)


Hormigón

Suelo del sótano

Bloqueo de humedad

Aislamiento

Zona del suelo

Aislamiento delperímetro/zócalo

Anillo de toma de tierra material Nr. 1.4571

Banderola de conexiónNr. material 1.4571

Plancha de cimientos

Armado Capa de limpieza

Bibliografía: En base a la norma E DIN EN 18014-05, Serie de escritos VDE 35, Schmolke H.; Vogt, D.: “La toma de tierra de cimientos”; HEA-Elektro+: 2004

Borna MVArt. Nr.. 390 050

Pieza en cruz (cruceta)Art. Nr. 318 209

Punto fijo de toma de tierra para

PAS (carril de compensación de

potencial). Art. Nr. 478 800

Fig. 5.5.2.7: Disposición de la toma de tierra de cimientos en una plancha de suelo cerrada (completamente aislada).

Fig. 5.5.2.8: Punto fijo de toma de tierra.



En la construcción con armados resulta muy conve-niente la instalación de puntos fijos de toma de tierra.En este caso hay que prestar especial atención a que lainstalación se lleve a cabo de manera correcta durantela fase de construcción (Figura 5.5.2.8).

Cubeta negra, cubeta blanca

En edificios que se construyen en zonas con niveles ele-

vados de aguas subterráneas o emplazamientos con“presión del agua”, por ejemplo, edificaciones enladeras, es necesario prever medidas especiales contrala humedad en los sótanos. Las paredes exterioresrodeadas de tierra y las losas de cimientos deben estarselladas contra la penetración de agua de modo que,en el interior de la obra, no puedan formarse humeda-des peligrosas. En la técnica de edificación, hoy en día,existen los dos procedimientos para efectuar la imper-meabilización.

Una cuestión especial al respecto en estos casos, es

conocer si el funcionamiento de una toma de tierra decimientos está garantizado según las medidas de pro-

tección de personas de la norma IEC 60364-4-41 y segúnlas medidas de toma de tierra de protección contra elrayo de la norma UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3).

Tomas de tierra de cimientos en edificios con “cubetablanca”

El nombre “cubeta blanca” está en contraposición a“cubeta negra”: La cubeta blanca no tiene ningún tra-tamiento adicional en el lado orientado al suelo, es porlo tanto “blanco”.Debido a los materiales utilizadosen la producción, el cuerpo del hormigón es absoluta-mente impermeable al agua. Frente a lo que sucedíaen años anteriores, en la cubeta blanca ya no se produ-ce la penetración de humedad en un espacio de algu-nos centímetros. Por esta razón, en los edificios concubeta blanca debe tenderse una toma de tierra fuerade la cubeta.

La figura 5.5.2.8 muestra la ejecución de una conexiónde tierra con un punto fijo de toma de tierra.

La disposición de la toma de tierra de cimientos en unacubeta blanca está representada en la figura 5.5.2.9.

Hormigón

Suelo del sótano

Drenaje

Aislamiento para la humedad

Aislamiento

Zona de tierra

Banderola deconexión

Conductor de compensación de potencial

Bibliografía: En base a la norma DIN EN 18014-2: 2006-05; Serie de escritos VD 35, Schmolke, H.; Vogt, D. “La toma de tierra de cimientos”; HEA Elktro: 2004+: 2004

Lámina

Placa de cimientos

MEBB

Capa de limpieza

Toma de tierra circular resistente a la corrosión, p. ej. NIRO V4A (Nr. de material 1.4571)Armado

Banda deimpermeabilización

Borna MVArt. Nr. 390 050

Borna de conexiónArt. Nr. 308 025


Punto fijo de toma de tierra paraPAS (Carril de compensación depotencial) Art. Nr. 478 200

Fig. 5.5.2.9: Disposición de una toma de tierra de cimientos en una cubeta cerrada, ejecución "cubeta blanca".



Tomas de tierra en edificios con “cubeta negra”

El nombre “cubeta negra” proviene de las bandasnegras de alquitrán de varias capas adosadas exterior-mente al edificio en la zona del suelo. El cuerpo del edi-ficio se recubre con masa de alquitrán/brea, sobre la

que luego se disponen, por lo regular, hasta 3 capas debandas de alquitrán.

Un conductor circular instalado en la losa de cimientospor encima de la impermeabilización puede servircomo control del potencial en el edificio. Sin embargo,debido al aislamiento de alta impedancia hacia el exte-rior, el electrodo de tierra es ineficaz.

Para cumplir las exigencias de toma de tierra, según lasdiversas normas, es necesaria la instalación de unatoma de tierra por el exterior y alrededor del edificio o

en la capa de limpieza por debajo de todas las imper-meabilizaciones.

En edificios con “cubeta negra” la amplitud de retícu-las debería ser, como máximo de 10 m x 10 m.

Las líneas de entrada de conexión al interior del edifi-cio, procedentes de la toma de tierra exterior, deberán

situarse, siempre que sea posible, por encima de laimpermeabilización del edificio (Figura 5.5.2.10) con elfin de garantizar, también a largo plazo, una cubetadel edificio que sea impermeable. Atravesar la “cube-ta negra” únicamente puede hacerse con una conduc-

ción especial de toma de tierra en el edificio.

Losas de cimientos de hormigón de fibra

El hormigón de fibra es una clase de hormigón que seconsigue añadiendo fibras de acero en hormigón líqui-do. Después del endurecimiento de éste, se forma unalosa de hormigón capaz de soportar cargas muy eleva-das. Las fibras de acero tienen una longitud aproxima-da de 6 cm y un diámetro de 1-2 mm. Están ligeramen-te onduladas y se mezclan uniformemente con el hor-migón líquido. La proporción de fibras de acero es

aproximadamente de 20-30 kg/m3 de hormigón.Gracias a esta mezcla, la losa de hormigón no sólo esresistente en gran parte a la presión, sino también ala tracción, y en comparación con una losa de hormi-gón armado convencional, presenta, además, unaelasticidad muy superior.

Fig. 5.5.2.10: Disposición de una toma de tierra de cimientos en una cubierta cerrada, ejecución “cubeta negra”.

Capa de limpieza

Hormigón

zona de tierra

Aislamiento parala humedad

Nivel máximo de aguaen tierra Alquitrán

Banderola de conexiónp. e. NIRO V4A(Nr. de material 1.4571)

MEBB

Toma de tierra circular resistente a la corrosión, p. ej. NIRO V4A (Nr. de material 1.4571)

Amplitud de retícula máxima de la toma de tierra 10 m x 10 m

Bibliografía: En base a la norma DIN EN 18014-2: 2006-05; Serie de escri tos VD 35, Schmolke, H.; Vogt, D. “La toma de tierra de cimientos”; HEA Elktro: 2004+: 2004

zona de tierraConductor de compensación de potencial


Borna de conexiónArt. Nr. 308 025

Punto fijo de toma de tierraArt.Nr. 478 320



El hormigón líquido es vertido in situ y puede conse-guirse una superficie muy lisa, sin fisuras, para grandesextensiones. Se utiliza, por ejemplo, para losas de hor-migón en cimentaciones de naves industriales de gran-des dimensiones.

El hormigón de fibra no tiene armado, de modo que enlo que se refiere a las medidas de toma de tierra hayque instalar adicionalmente una conductor circular ouna malla. El electrodo de tierra puede introducirse enel hormigón. Si es de material cincado, tiene que estarcerrado y rodeado de hormigón por todos los lados.Esto es algo que, in situ suele ser muy difícil de realizar.Por eso, se recomienda instalar, por debajo de la losade hormigón, acero inoxidable de alta aleación, resis-tente a la corrosión ( Nr. de material 1.4751). No debenolvidarse las correspondientes banderolas de cone-

xión.

Observación:

El montaje de conductores de toma de tierra y co-nexiones en hormigón tiene que ser realizado por per-sonal técnico especializado. Si esto no fuera posible, elresponsable de la obra puede llevar a cabo esta tareasólo si el trabajo es supervisado por un especialista.

5.5.3 Toma de tierra anular - Toma de tierratipo B

En todos los edificios públicos de nueva construcción lanorma DIN 18914 prescribe la instalación de una tomade tierra de cimientos. En edificios públicos ya existen-tes puede realizarse como toma de tierra anular (Figu-ra 5.5.3.1).

Estas tomas de tierra tienen que ejecutarse como unanillo cerrado alrededor del edificio y, si esto no fueraposible, habría que disponer una conexión para cerrarel anillo en el interior del edificio.

El 80 por ciento del electrodo de tierra debe estar en

contacto con el terreno. Si no se puede llegar a este80% es necesario comprobar la necesidad de tomas detierra adicionales tipo A. Han de tenerse en cuenta laslongitudes mínimas de las tomas de tierra en funcióndel nivel de protección (Ver capítulo 5.5.1).

Al instalar el anillo de toma de tierra, es preciso asegu-rarse de que se encuentre instalado a una profundidadde > 0,5 m y a 1 metro de separación del edificio. Si seinstala la toma de tierra como acabamos de exponer,se consigue reducir la tensión de paso y, de este modo,puede emplearse como control de potencial alrededor

del edificio.El anillo de toma de tierra deberá tenderse en suelo fir-me. La instalación debe realizarse en terrenos natura-les. Si se hace en zonas de relleno, escombros de obrao grava, la resistencia de propagación de tierra sedeteriora.

La corrosión es un aspecto que debe tenerse muy encuenta a la hora de escoger el material que va a utili-zarse en la instalación de puesta a tierra. El empleo deacero inoxidable es muy recomendable. Este tipo dematerial no sufre corrosión y, por tanto, no precisaráen un futuro medidas de saneamiento que puedenresultar muy costosas.

Además las banderolas de conexión tienen que prote-gerse de forma adecuada contra la corrosión.

EBB

Tipo S Tipo Z Tipo AZ

Fig. 5.5.3.1: Anillo perimetral de toma de tierra de un edificio de viviendas.Fig. 5.5.4.1: Tomas de tierra de profundidad

autoempalmables DEHN.



5.5.4 Tomas de tierra de profundidad -Tomas de tierra tipo A

Las tomas de tierra de profundidad autoempalmables,sistema DEHN, se construyen en acero especial y soncincadas al fuego en un baño completo, o bien están

realizadas en acero inoxidable de alta aleación dematerial Nr. 1.4571 (la toma de tierra de acero inoxida-ble de alta aleación se utiliza en sectores especialmen-te expuestos al riesgo de la corrosión). Una caracterís-tica especial identificativa de estas tomas de tierra deprofundidad es su punto de acoplamiento, que posibi-lita la unión de las picas de toma de tierra sin aumen-tar el diámetro de las mismas. Cada pica tiene, en suextremo inferior, un taladro y en el otro extremo de labarra presenta una espiga (Figura 5.5.4.1).

En la toma de tierra tipo “S”, durante el proceso de

introducción o hincado en tierra, el relleno de metalblando se introduce en el taladro de manera que selogra una unión mecánica y eléctrica extraordinaria-mente buena.

En la toma de tierra tipo “Z” la elevada calidad de aco-plamiento se consigue mediante una espiga moletea-da varias veces.

En la toma de tierra tipo “AZ” la elevada calidad deacoplamiento se consigue mediante un moleteadodoble de la espiga con distinto diámetro.

Las ventajas de las tomas de tierra de profundidadDEHN son:

⇒ Acoplamiento especial

⇒ Sin incremento del diámetro, de manera que, latoma de tierra de profundidad, en toda su longi-tud, está en contacto directo con el terreno.

⇒ Cierra automáticamente al introducirse las picas

⇒ Facilidad de introducción con martillo neumáticosde vibración (Figura 5.5.4.2) o martillo manual.

⇒ Se alcanzan valores de resistencia constantes,invariables, debido a que las tomas de tierra de

profundidad penetran en capas del terreno queno se ven afectadas por las variaciones de hume-dad y temperatura dependientes de la época delaño.

⇒ Elevada resistencia a la corrosión gracias a un cin-cado al fuego en baño completo de inmersión(espesor de la capa de cinc 70 micras).

⇒ Los puntos de acoplamiento también están cinca-dos al fuego.

⇒ Facilidad de almacenaje y transporte, gracias a lalongitud de cada una de las picas de 1,5 m ó 1 m.

5.5.5 Tomas de tierra en suelos rocosos

En terrenos rocosos o de piedra, las tomas de tierrasuperficiales son, con mucha frecuencia, la única posi-bilidad real para realizar la instalación de una toma depuesta a tierra. Al instalar la toma de tierra, la pletinao el redondo a utilizar se ha de disponer sobre las rocaso piedras del terreno, y posteriormente debe cubrirsecon grava, hormigón, tierra vegetal o similar.

Es muy conveniente utilizar material de acero inoxida-

ble, Nr. de Material 1.4571. Los puntos de enclava-miento deben realizarse con especial cuidado y serprotegidos contra la corrosión.

5.5.6 Interconexión de tomas de tierra

Una instalación de puesta a tierra puede tener múlti-ples finalidades.

La tarea de la toma de tierra de protección es conectarinstalaciones eléctricas y equipos de servicio de formasegura con el potencial de tierra y, en caso de un fallo

eléctrico, garantizar la seguridad de personas e insta-laciones.


Fig. 5.5.4.2: Introducción de una toma de tierra de profundidad conayuda de trípode y martillo neumático motocompresor.



La toma de tierra de protección contra rayos se encar-ga de recoger, con seguridad, la corriente de las bajan-tes y dispersarla en el terreno.

La toma de tierra de servicios tiene como cometidogarantizar que las instalaciones eléctricas y electróni-

cas funcionan de un modo seguro.La instalación de toma de tierra de protección debe sercomún para todos los elementos y equipos que debanestar conectados a ella. En otro caso podrían surgirdiferencias de potencial entre equipamientos/elemen-tos puestos a tierra en diferentes toma de tierra.

Anteriormente, en la práctica se utilizaba, para latoma de tierra de sistemas electrónicos, una “tierralimpia” separada de la protección contra rayos y de latoma de tierra protección. Sin embargo, esta disposi-ción es poco aconsejable e incluso puede resultar peli-grosa. Por la acción de rayos, en la instalación de tomade tierra, aparecen diferencias de potencial muy eleva-das, hasta de algunos cientos de kV, lo que puede lle-gar a ocasionar la destrucción de instalaciones eléctri-cas e incluso suponer un grave peligro para las perso-nas.

Por lo tanto, las normas UNE EN 62305-3 y -4 (IEC62305-3 y -4) recomiendan una compensación depotencial continua dentro de una instalación. La tomade tierra de equipos puede realizarse en el interior deun edificio, en forma radial, central o mallada. Una dis-

posición en forma de malla es lo más aconsejable. Entodo caso, esto depende tanto del entorno electro-magnético como de las características de los sistemaselectrónicos.

En una instalación de grandes dimensiones, con dife-

rentes edificios interconectados con conductores eléc-tricos y líneas de datos, la combinación de los distintossistemas de puesta a tierra puede reducir la resistencia(total) de tierra. (Figura 5.5.6.1). De este modo, sereducen notablemente las diferencias de potencialexistentes entre los diversos edificios. Al mismo tiem-po se disminuyen los esfuerzos por cargas de tensiónde los diferentes conductores de conexión eléctricos yde datos. En cualquier caso, las uniones de los distintossistemas de toma de tierra de los edificios, deben cons-tituir entre sí una red mallada. Esta red mallada de

toma de tierra deberá estar realizada de tal modo quese una con la instalación de toma de tierra allí dondetambién se conectan las derivaciones verticales. Lasdiferencias de potencial entre edificios, en caso de unadescarga de rayo, son tanto más pequeñas cuanto másestrechas sean las retículas de la red mallada de tomade tierra. Esto, por otra parte, depende de la superficietotal de la edificación. Se ha demostrado que retículasde malla de 20 m x 20 hasta 40 m x 40 m son efectivas yeconómicamente ventajosas. Si, por ejemplo, existenchimeneas de aireación muy elevadas (puntos preferi-

dos para las descargas de rayo), alrededor de las partes

Fig. 5.5.6.1: Instalación de toma de tierra en forma de malla de una instalación industrial.

Taller Almacén Administración

Centro detransformación Portería

Producción

Producción

Producción



de la edificación correspondientes, las uniones deberí-an ser más estrechas y, a ser posible, realizarse en for-ma radial con conexiones transversales circulares (Con-trol de potencial). Al elegir el material a utilizar comoelectrodos de la malla de puesta a tierra es preciso

tener en cuenta su resistencia a la corrosión y la com-patibilidad de los mismos.

5.5.7 Corrosión de las tomas de tierra

5.5.7.1 Sistemas de puesta tierra conespecial consideración a la corrosión

Los metales en contacto directo con el suelo o el agua(electrolitos) pueden sufrir corrosión por causa decorrientes parásitas, suelos corrosivos y la formaciónde celdas voltaicas. No es posible proteger a los elec-

trodos de puesta a tierra de la corrosión aislándolescompletamente, es decir, separando los metales delterreno, pues todas los revestimientos convencionalesque se emplearon hasta ahora han tenido una altaresistencia eléctrica y, por lo tanto, invalidan el efectode los electrodos de puesta a tierra.

Los electrodos de puesta a tierra fabricados con unmaterial uniforme pueden estar expuestos al riesgo decorrosión por suelos agresivos y a la formación de cel-das de concentración. El riesgo de corrosión dependede la naturaleza del material y del tipo y composición

del terreno.Cada vez aumentan más los daños por corrosión debi-do a la formación de celdas voltaicas. Esta formaciónde celdas entre diferentes metales con potenciales demetal/electrolitos ampliamente diferentes se conocedesde hace muchos años. Sin embargo, lo que aún esdesconocido es que las armaduras del hormigón decimentación también pueden convertirse en el cátodode una celda y, de esta manera, causar corrosión a otrasinstalaciones.

Con los cambios en las técnicas de construcción de edi-ficios -estructuras de hormigón armado más grandes yáreas de metal libre más pequeñas en tierra – la rela-ción de superficie ánodo/cátodo es cada vez más des-favorable y el riesgo de corrosión de los metales másbásicos se incrementa inevitablemente.

El aislamiento eléctrico de las instalaciones que actúancomo ánodos para evitar la formación de estas celdassólo es posible en casos excepcionales. Hoy en día, elobjetivo es integrar todos los electrodos de puesta atierra, incluidas las instalaciones metálicas conectadas

a tierra para poder lograr la equipotencialidad y, enconsecuencia, la máxima seguridad contra tensiones

con riesgo de choque por fallas o por impactos derayos.

En las instalaciones de alta tensión, los electrodos depuesta a tierra de protección se conectan a electrodosde puesta a tierra que operan a baja tensión, de con-

formidad con la norma HD 63751. Asimismo, la normaIEC 60364-4-41 2005 modificada y la HD 60364-41(2007) requieren de la integración de conductos ydemás instalaciones en las medidas de protección con-tra riesgo de choque eléctrico. Así, la única manera deprevenir o, por lo menos, reducir el riesgo de corrosiónde los electrodos de puesta a tierra y demás instalacio-nes en contacto con ellos, es eligiendo materiales ade-cuados para la fabricación de electrodos de puesta atierra.

La norma DIN VDE 0151 titulada “Materiales y dimen-

siones mínimas de electrodos de puesta a tierra respec-to de la corrosión” está disponible desde junio de 1986como documento oficial. Además de décadas de expe-riencia en el campo de la tecnología de puesta a tierra,esta norma incluye, también, los resultados de exten-sivos exámenes preliminares. Hay muchos resultadosinteresantes disponibles que resultan importantespara los electrodos de puesta a tierra, incluidos los delos sistemas de protección contra rayos.

A continuación, se explican los procesos fundamenta-les que llevan a la corrosión.

De los conocimientos adquiridos por el grupo de Tra-bajo VDE “materiales de la puesta tierra” se derivan lasmedidas prácticas anticorrosivas y de conservación delbuen estado del material, especialmente en lo que res-pecta a los electrodos de puesta tierra para la protec-ción contra las descargas atmosféricas.

Términos empleados en protección contra la corrosióny en las medidas de protección contra corrosión

Corrosión

Reacción de un material metálico con el entorno quelleva al deterioro de las características de dicho mate-rial y/o de su entorno. Por lo general, la reacción es decarácter electroquímico.

Corrosión electroquímica

Corrosión durante la cual tienen lugares procesos elec-troquímicos. Se producen exclusivamente en presen-cia de un electrolito.

Electrolito

Medio corrosivo conductor de iones (como por ejem-

plo, suelo, agua, sales fundidas).




ElectrodoMaterial conductor de electrones en un electrolito. Elsistema de electrodo y electrolito forma una mediacelda.

ÁnodoElectrodo desde el cual una corriente continua ingre-sa al electrolito.

CátodoElectrodo desde el cual una corriente continua dejael electrolito.

Electrodo de referencia

Electrodo de medición para determinar el potencialde un metal en el electrolito.

Electrodo de cobre / sulfato de cobreElectrodo de referencia que apenas puede polarizar-se, fabricado de cobre en una solución saturada desulfato de cobre.

El electrodo de sulfato de cobre es la forma máscomún del electrodo de referencia para la medicióndel potencial de objetos metálicos subterráneos (Fig.5.5.7.1.1).

Celda de corrosiónCelda voltaica con diferentes densidades locales decorrientes parciales para disolver el metal. Puedenformarse ánodos y cátodos de la celda de corrosión:⇒ En el material

Por diferentes metales (corrosión por contacto) opor diferentes componentes estructurales (corro-sión selectiva o intercristalina).

⇒ En el electrolitoPor diferentes concentraciones de determinadosmateriales con características estimulantes o

inhibitorias para disolver el metal.

PotencialesPotencial de referenciaPotencial de un electrodo de referencia respecto delelectrodo de hidrógeno estándar.Potencial eléctrico de un metal

Potencial eléctrico de un metal o de un sólido con-ductor de electrones en un electrolito.

5.5.7.2 Formación de celdas voltaicas,corrosión

Los procesos de corrosión pueden explicarse claramen-te con la ayuda de una celda voltaica. Si, por ejemplo,se sumerge una varilla de metal en un electrolito, losiones con carga positiva pasan al electrolito y, a lainversa, los iones positivos se absorben del electrolito

desde la banda de metal. En este contexto, se habla de“presión de la solución” del metal y de “presión osmó-tica” de la solución. Dependiendo de la magnitud deambas presiones, o bien, los iones del metal de la vari-lla pasan a la solución (por lo que la varilla se convier-te en negativa respecto de la solución) o los iones delelectrolito se agrupan en grandes números en la vari-lla (la varilla se torna positiva respecto del electrolito).Así, se crea una tensión entre dos varillas de metal enel electrolito.

En la práctica, los potenciales de los metales en tierra

se miden con la ayuda de un electrodo de sulfato decobre. Ello consiste en una varilla de cobre que se

i

i

Electrolito

Electrodo IICu

Electrodo IFe

i

i

Electrolito I

Permeable a iones

Electrodo IIElectrodo I

Electrolito II

12

34

5

6

1 Varilla de cobre del electrolito contaladro para la conexión de medidas

2 Tapón de goma

3 Cilindro cerámico con fondo poroso4 Barnizado5 Solución saturada Cu/CuSO46 Cristales de Cu/CuSO4

Fig. 5.5.7.1.1: Ejemplo de aplicación de un electrodo de medida nopolarizada (electrodo de cobre-sulfato de cobre) paraadquirir un potencial dentro del electrolito (vista sec-ción transversal).

Fig. 5.5.7.2.1: Celda galvánica: hierro/cobre.

Fig. 5.5.7.2.2: Celda de concentración.



sumerge en una solución saturada de sulfato decobre (el potencial de referencia de este electrodo dereferencia permanece constante).

Considérese el caso de dos varillas fabricadas condiferentes metales que se sumergen en el mismo

electrolito. Se crea ahora una tensión de determina-do valor en cada varilla del electrolito. Puede emple-arse un voltímetro para medir la tensión entre vari-llas (electrodos); esta es la diferencia entre los poten-ciales de los electrodos individuales respecto del elec-trolito.

¿De qué manera surge ahora que la corriente fluyeen el electrolito y, por lo tanto, que el material setransporta, es decir, se produce la corrosión?

Si, según se muestra en este documento, los electro-dos de cobre y hierro se conectan mediante un ampe-rímetro fuera del electrolito, por ejemplo, se verificalo siguiente en el circuito exterior, la corriente i fluyede + a –, es decir, del electrodo de cobre “más noble”de acuerdo con la Tabla 5.5.7.2.1, al electrodo de hie-rro. (Figura 5.5.7.2.1).

Por otro lado, en el electrolito, la corriente i debefluir del electrodo de hierro “más negativo” al elec-trodo de cobre para cerrar el circuito. Esto significaque los iones positivos pasan del polo más negativoal electrolito y, por lo tanto, se convierte en el ánodo

de la celda voltaica, es decir, se disuelve. La disolucióndel metal tiene lugar en estos puntos, donde lacorriente ingresa al electrolito.

También puede surgir una corriente de corrosión apartir de una celda de concentración (Figura5.5.7.2.2). En este caso, dos electrodos del mismo tipode metal se sumergen en diferentes electrolitos. Elelectrodo en el electrolito II que tiene la mayor con-centración de iones de metal se torna eléctricamentemás positivo que el otro. La conexión de ambos elec-trodos permite que la corriente i fluya y el electrodo,

que es más negativo desde el punto de vista electro-químico, se disuelve.

Puede formarse una celda de concentración de estetipo, por ejemplo, por dos electrodos de hierro, unode los cuales se fija en el hormigón; mientras el otroqueda en tierra (Figura 5.5.7.2.3).

Tabla 5.5.7.2.1: Valores de potenciales y tasas de corrosión de materiales de metal común.

Definición

Potencial de corrosiónlibre en el suelo1)1 UM-Cu/CuSO4 V De -0,5 a -0,83)De 0 a -0,1 De -0,5 a -0,6 De -0,4 a -0,62) De -0,9 a -1,15)

Potencial de proteccióncatódica en el terreno1)2 UM-Cu/CuSO4 V -0,2 - 0,65 -0,65 2) -0,85 4) -1,2 5)

Equivalenteelectroquímico

Velocidad de corrosiónlineal a J = 1 mA/dm2

3

4

∆m K = ––––

lt

∆s W

lin= ––

t mm/año 0,12 0,3 0,27 0,12 0,15

Kg/(A·año) 10.4 33.9 19.4 9.1 10.7

Símbolo(s) Unidad demedición Cobre HierroPlomo Latón Zinc

1) Medida con el electrodo de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/Cu SO4)2) Valores verificados en ensayos realizados recientemente. El potencial del cobre revestido en latón depende del espesor del recubrimiento de

latón. Los recubrimientos de latón comunes hasta el presente representan una pocos µm y, por lo tanto, se encuentran entre los valores del latóny el cobre en el suelo.

3) Estos valores también se aplican a tipos de hierro de menor aleación. El potencial del acero en el hormigón depende considerablemente deinfluencias externas. Medido con un electrodo saturado de cobre/sulfato de cobre, generalmente representa de -0,1 a 0,4 V. En el caso de

conexiones conductoras de metal con amplias instalaciones subterráneas de metal con potencial más negativo, es polarizado catódicamente y,por lo tanto, alcanza valores de hasta aproximadamente -0,5V.

4) En suelos anaeróbicos, el potencial de protección debería ser de -0,95V.5) Acero galvanizado por inmersión en caliente, con recubrimiento de zinc, de acuerdo con la tabla antes mencionada, que posee una capa de zinc

pura externa y cerrada. El potencial del acero galvanizado por inmersión en caliente en el suelo, por lo tanto, corresponde aproximadamente ael valor indicado de zinc en el suelo. En caso de pérdida de la capa de zinc, el potencial se hace más positivo. Con esta corrosión completa, pue-de alcanzar el valor del acero.El potencial del acero galvanizado por inmersión en caliente en el hormigón posee aproximadamente los mismos valores iniciales. Con el tiem-po, el potencial se hace más positivo. Sin embargo, todavía no se hallaron valores más positivos de aproximadamente -0,75V. El cobre enérgi-camente galvanizado por inmersión en caliente con una capa de zinc de, por lo menos, 70 µm también posee una capa externa cerrada de zincpuro. El potencial del cobre galvanizado por inmersión en caliente del suelo, por lo tanto, corresponde a aproximadamente el valor indicado dezinc en el suelo. En el caso de una capa de zinc más delgada o de corrosión de la capa de zinc, el potencial se hace más positivo. Aún no se handefinido los valores límite.



Al conectar estos electrodos, el hierro en el hormigónse convierte en el cátodo de la celda de concentra-ción y el de tierra se convierte en el ánodo; por lo

tanto, este último se destruye por pérdida de iones.Para la corrosión electroquímica, cuanto más grandesson los iones y menor es su carga, mayor es el trans-porte de metal asociado al flujo de corriente i (esdecir, i es proporcional a la masa atómica del metal).

En la práctica, los cálculos se realizan con corrientesque fluyen durante un período de tiempo determina-do, por ejemplo, un año. La Tabla 5.5.7.2.1 indicavalores que expresan el efecto de la corriente decorrosión (densidad de corriente) en términos de la

cantidad de metal disuelto. Así, las mediciones de lacorriente de corrosión posibilitan el cálculo por ade-lantado de cuántos gramos de un metal erosionarándurante un período de tiempo considerado.

Sin embargo, más práctica es la predicción de si, ydurante qué período de tiempo, la corrosión causaráorificios o picaduras en los electrodos de puesta a tie-rra, tanques de acero, cañerías, etc.

Por lo tanto, resulta importante si el ataque de lapresunta corriente tendrá lugar de manera difusa ouniforme.

Para el ataque corrosivo, no es sólo la magnitud de lacorriente de corrosión la que resulta decisiva, sinotambién y en especial, su densidad, es decir, lacorriente por unidad del área de descarga.

A menudo no se puede determinar directamenteesta densidad de corriente. En esos casos, se manejacon mediciones de potencial desde los cuales puedetomarse el grado de “polarización” disponible. Elcomportamiento de los electrodos respecto de lapolarización sólo se expone básicamente en este

documento.Considérese el caso de una pletina de acero galvani-

zada situada en tierra y conectada a la armadura deacero (negro) del hormigón de cimiento (Figura5.5.7.2.4). De acuerdo con nuestras mediciones, se

producen las siguientes diferencias de potencial res-pecto del electrodo de sulfato de cobre:

Acero (desnudo) en hormigón: –200 mV.Acero galvanizado en arena: –800 mV.

Así, existe una diferencia de potencial de 600 mVentre estos dos metales. Si ahora se los conecta sobretierra, fluye una corriente i en el circuito exterior des-de el hormigón armado hasta el acero en la arena yen el suelo desde el acero en la arena hasta el aceroen el refuerzo.

La magnitud de la corrientei ahora es una función dela diferencia de tensión, la conductividad del suelo y

la polarización de los dos metales.

Por lo general, se observa que la corriente i en tierraes generada por cambios en el material.

Sin embargo, un cambio en el material también sig-nifica que la tensión de los metales individuales cam-bia respecto del suelo. Esta variación de potencialcausada por la corriente de corrosión i se denominapolarización. La resistencia de la polarización esdirectamente proporcional a la densidad de la

corriente. Ahora, los fenómenos de polarización tie-nen lugar en los electrodos negativos y positivos. Sinembargo, las densidades de corriente en ambos elec-trodos son muy diferentes.

A modo de ilustración, consideraremos el siguienteejemplo:

Se conecta un tubería de gas de acero, con un buenaislamiento de tierra, a electrodos de cobre de pues-ta a tierra.

Si la tubería aislada sólo posee unos pequeños pun-tos donde falta material, existe una mayor densidad

i

i

Tierra

Electrodo IISt

Electrodo ISt/tZn

HormigónTierra

i

Electrodo IIFe

Electrodo IFe

i

Hormigón

Fig. 5.5.7.2.3: Celda de concentración: Hierro en tierra / Hierro enhormigón.

Fig. 5.5.7.2.4: Celda de concentración:Acero galvanizado entierra/acero (negro) en hormigón.



de corriente en estos puntos como resultado de lacorrosión rápida del acero.

En oposición, la densidad de corriente es baja en elárea más grande de los electrodos de puesta a tierrade cobre donde ingresa la corriente.

Así, la polarización es mayor en el conductor de ace-ro aislado más negativo que en los electrodos depuesta a tierra de cobre positivos. El potencial delconductor de acero cambia a valores más positivos.Así, también disminuye la diferencia de potencialentre los electrodos. Por lo tanto, la magnitud de lacorriente de corrosión es también una función de lascaracterísticas de polarización de los electrodos.

La resistencia de polarización puede estimarsemidiendo los potenciales de los electrodos de un cir-cuito dividido. El circuito se divide para evitar la caí-da de tensión en el electrolito. Por lo general, paradichas mediciones se utilizan instrumentos de regis-tro, ya que frecuentemente existe una rápida despo-larización inmediatamente después de interrumpidala corriente de corrosión.

Si ahora se mide la fuerte polarización en el ánodo(el electrodo más negativo), es decir, si hay un cambioobvio a potenciales más positivos, habrá un alto ries-go de corrosión del ánodo.

Volvamos a nuestra celda de corrosión – acero (des-

nudo) en hormigón/acero, galvanizado en la arena(Figura 5.5.7.2.4). Con respecto a un electrodo de sul-fato de cobre distante, es posible medir un potencialde celdas interconectadas de entre -200 y -800 mV. Elvalor exacto depende de la relación del área anódicaa catódica y de la polaridad de los electrodos.

Si, por ejemplo, el área del cimiento de hormigónarmado es muy grande en comparación con la super-ficie del conductor de acero galvanizado, se produci-rá en el último una densidad de corriente anódicaalta, que se polariza a prácticamente el potencial de

la armadura de acero y se destruye en un período detiempo relativamente corto. Así, una polarizaciónpositiva alta indica siempre un mayor riesgo de corro-sión.

En la práctica, obviamente, es importante conocer ellímite sobre el cual un cambio de potencial positivosignifica un riesgo elevado de corrosión. Lamenta-blemente para este caso, no es posible indicar unvalor preciso que puede aplicarse, debido a que lainfluencia de las características del terreno es dema-siado elevada. Sin embargo, sí es posible determinar

los márgenes de desviación del potencial para suelosnaturales.

Resumen:

Una polarización por debajo de +20 mV, por lo gene-ral, no es peligrosa. Los cambios de potencial queexceden de +100 mV son definitivamente peligrosos.Entre 20 y 100 mV siempre habrá casos en los que la

polarización causará fenómenos de corrosión consi-derables.

A modo de resumen se puede concluir lo siguiente:

La condición previa para la formación de celdas decorrosión (celdas voltaicas) es siempre la presencia deánodos y cátodos de metal conectados y electrolíticosque cierran el circuito conductivo.

Los ánodos y cátodos se forman a partir de:

⇒ Materiales

•Diferentes metales o diferentes condiciones desuperficies de un metal (corrosión por contac-to).

•Diferentes componentes estructurales (corro-sión selectiva o intercristalina).

⇒ Electrolitos:

•Diferente concentración (como por ejemplo,salinidad, ventilación).

En las celdas de corrosión, los campos anódicos siem-pre poseen un potencial de metal/electrolito más

negativo que los campos catódicos.Los potenciales de metal/electrolito se miden utili-zando un electrodo de cobre/sulfato de cobre satura-do dispuesto en los alrededores inmediatos del metalen el terreno o sobre éste. Si existe una conexión con-ductora metálica entre el ánodo y el cátodo, la dife-rencia de potencial produce una corriente continuaen el electrolito que pasa desde el ánodo y se intro-duce en el electrolito disolviendo el metal antes dereingresar al cátodo.

Con frecuencia se aplica la “regla de superficies”

para estimar la densidad de corriente anódica pro-medio IA:

JA densidad media de la corriente anódica.UA,UC Potenciales de ánodo o cátodo en V.ϕC Resistencia de polarización específica del cáto-

do en m2.AA,AC Superficies de ánodo o cátodo en m2.

J U U A

A A

C A

C

C

A

=−

⋅ϕ

in A/m2



La resistencia de polarización es la relación de la ten-sión de polarización y la corriente total de un electro-do mixto (un electrodo donde tiene lugar más de unareacción de electrodo).

En la práctica, es posible determinar las tensiones de

excitación de celda UA - UC y el tamaño de las superfi-cies AC y AA como una aproximación para estimar latasa de corrosión. Sin embargo, no se dispone conexactitud suficiente, de los valores de ϕA (resistencia depolarización específica de ánodo) y ϕC, sino que depen-den de los materiales de los electrodos, los electrolitosy las densidades de corriente anódica y catódica.

Los resultados de los exámenes disponibles hasta aho-ra permiten concluir que ϕA es mucho más pequeñoque ϕC.

Para ϕC

se aplica lo siguiente:

Acero en tierra Aprox. 1 Ωm2

Cobre en tierra Aprox. 5 Ωm2

Acero en hormigón Aprox. 30 Ωm2

De la regla de superficies puede deducirse claramenteque aparecen fuertes manifestaciones de corrosióntanto en conductores de acero recubiertos y depósitosde acero con pequeños puntos de fallo donde faltamaterial en el recubrimiento protector conectados acon tomas de puesta a tierra de cobre, como en con-ductores de toma de tierra de acero cincado conecta-

dos a instalaciones de toma de tierra muy extensas decobre o en cimientos de hormigón armado muy gran-des.

Mediante la elección de materiales apropiados, pue-den evitarse o reducirse considerablemente los riesgospor corrosión para tomas de tierra. Para conseguir unadurabilidad suficiente hay que respetar las dimensio-nes mínimas de los materiales (Tabla 5.5.8.1).

5.5.7.3 Elección de los materiales para los

electrodos de puesta a tierra

En la tabla 5.5.8.1 se enumeran los materiales y dimen-siones mínimas que habitualmente se emplean en laactualidad en los electrodos de puesta a tierra.

Acero galvanizado por inmersión en caliente

El acero galvanizado por inmersión en caliente tam-bién es adecuado para empotrar en el hormigón. Lastomas de tierra de cimiento, los electrodos de puesta atierra y las conexiones equipotenciales de acero galva-

nizado en el hormigón, pueden conectarse con lasarmaduras metálicas.

Acero con revestimiento de cobre

En el caso del acero con recubrimiento de cobre, parael material del revestimiento se aplican las mismasobservaciones que para el cobre desnudo. Sin embar-go, el eventual daño que se infiera al recubrimiento de

cobre, supone un elevado riesgo de corrosión delnúcleo de acero; de ahí que siempre deba existir unacapa de cobre cerrada completa y de grosor suficiente.

Cobre desnudo

El cobre desnudo es muy resistente debido a su posi-ción en la calificación de aislamiento electrolítico. Asi-mismo, en combinación con electrodos de puesta a tie-rra u otras instalaciones en tierra realizadas con mate-riales “menos nobles”, como por ejemplo, el acero,posee una protección catódica adicional. Ahora bien,

a costa de los metales más “básicos”.

Aceros inoxidables

Determinados aceros inoxidables de alta aleación deacuerdo con la norma EN 10088 son inertes y resisten-tes a la corrosión en el terreno. El potencial de corro-sión libre de estos materiales en terrenos normalmen-te aireados se encuentra, en la mayoría de lo casos,próximo al valor del cobre. Los materiales de tomas detierra superficiales de acero inoxidable en el espaciode pocas semanas se comportan de forma neutral fren-

te a otros materiales (nobles y menos nobles).En base a múltiples mediciones se ha deducido que,únicamente un acero inoxidable de alta aleación con,por ejemplo el material número 1.4571, es suficiente-mente resistente a la corrosión en tierra.

Otros materiales

Se pueden utilizar otros materiales, si en determina-dos entornos son especialmente resistentes a la corro-sión o si son equivalentes, como mínimo, a los materia-les especificados en la tabla 5.5.8.1.

5.5.7.4 Combinación de tomas de tierra dediferentes materiales

La densidad de corriente de la celda resultante de lacombinación de dos metales diferentes instalados entierra para ser eléctricamente conductores lleva a lacorrosión del metal que actúa como ánodo (Figura5.5.7.4.1). Ello depende esencialmente de la relaciónentre el tamaño de la superficie catódica AC respectoal tamaño de la superficie anódica AA.

El proyecto de investigación “Comportamiento frentea la corrosión de materiales de tomas de tierra” ha




dado los siguientes resultados para la elección delmaterial de la toma de tierra, especialmente en lo quese refiere a la interconexión de diferentes materiales:

Se espera un mayor grado de corrosión si la relación delas superficies es la siguiente:

En general puede partirse del supuesto de que, elmaterial con el potencial más positivo pasa a ser cáto-do. El ánodo de un elemento de corrosión, efectiva-mente existente, puede reconocerse por el hecho deque, tras separarse la unión metálica conductora, pre-senta el potencial más negativo.

En conexión con instalaciones de acero tendidas en tie-

rra (en terrenos que forman varias capas), los siguien-tes materiales de tomas de tierra, se comportan siem-pre catódicamente:

– cobre desnudo.– cobre cincado.– acero inoxidable de alta aleación.

Armados de acero del hormigón de cimentación

El armado de acero del hormigón de cimientos puedepresentar un potencial muy positivo (similar al cobre).

Por ello, las tomas de tierra y los conductores de tomasde tierra que se unen directamente con los armadosdel hormigón de grandes cimentaciones, deberían serde acero inoxidable o cobre.

Esto es válido, sobre todo, para conductores deconexiones cortas situadas junto a los cimientos.

Instalación de vías de chispas de separación

Como ya hemos citado, es posible interrumpir la co-

nexión eléctrica entre instalaciones tendidas en tierracon potenciales muy diferentes, mediante el montajede vías de chispas de separación. Normalmente, ya noes posible que fluyan corrientes de corrosión. Al pro-ducirse una sobretensión, se activa la vía de chispas de

separación y conecta las instalaciones entre sí duranteel tiempo que dure dicha sobretensión. Sin embargo,en las tomas de tierra de protección y de servicio nodebe instalarse estas vías de chispas de separación, yaque estas tomas de tierra tienen que estar conectadassiempre con las instalaciones de servicio.

5.5.7.5 Otras medidas de protección contra lacorrosión

Conductores de conexión de acero cincado de tomas

de tierra de cimientos hacia conductores de bajada oderivadores.

Los conductores de conexión de acero cincado de tomasde tierras de cimientos hacia los derivadores o bajantesdeben llevarse siempre en hormigón o en mamposteríahasta por encima de la superficie del suelo.

Si los cables de unión se llevan por el terreno hay queutilizar acero cincado con revestimiento de hormigóno con recubrimiento de plástico, o bien habrá que uti-lizar banderolas de conexión con cable NYY, de aceroinoxidable o puntos fijos de toma de tierra.

Los cables de toma de tierra pueden llevarse por den-tro de la mampostería sin protección contra la corro-sión.

Entradas en tierra de acero cincado

Las entradas en tierra de acero cincado tienen que pro-tegerse contra la corrosión desde la superficie de la tie-rra hacia arriba y hacia abajo como mínimo 0,3 m.

Por lo general, las capas de asfalto no son suficientes.Sí ofrecen protección revestimientos que no absorban

humedad, como por ejemplo, bandas de caucho o fun-das termorretráctiles.

Conexiones y uniones subterráneas

Las superficies de corte y los puntos de conexión enel terreno tienen que estar diseñados de tal modoque sean equivalentes en su resistencia a la corrosión,con la capa de protección contra la corrosión delmaterial de las tomas de tierra. Por eso los puntos deunión en la zona del suelo tienen que estar provistosde una capa protectora adecuada, por ejemplo recu-

brimiento con una banda de protección contra lacorrosión.

A

A

C

A

> 100


Tabla 5.5.7.4.1 Combinaciones de material de sistemas de puesta a

tierra para diferentes relaciones de superficie(AC > 100 x AA).

Material conpequeñasuperficie

Acero galvanizado + +zinc removal

+ +

– –

––

+ + + +

+ + + +

+ ++ combinable – no combinable

+ +

Acero

Acero en hormigón

Acero con rev. de Cu

Cobre/acero inox.

Acero gal-vanizado

Acero Acero enhormigón

CobreAceroinox.

Material con gran superficie



Tabla 5.5.8.1: Material, configuración y dimensiones mínimas de los electrodos de puesta a tierra, de acuerdo la Tabla 7 de la norma UNE EN62305-3 (IEC 62305-3)

Material

Cobre

Acero

AceroInoxidable 7)

Diámetro mínimo de un alambre1,7 mm

Placa tipo rejilla

Barra redonda maciza

galvanizada 1), 2)

Tubería galvanizada 1), 2)

Cableado 3)

Barra maciza redonda 3)

Placa maciza 3)

Barra maciza redonda

Tubería

Placa maciza

Diámetro 8 mm

Espesor 2 mm

Espesor mínimo de pared 2 mm

Espesor mínimo 2 mm

25 mm x 2 mm de sección.

Longitud mínima de una placatipo rejilla: 4,8 m

Espesor mínimo de pared 2 mm

50 mm2

Diámetro

10 mm

90 mm2

Diámetro10 mm

Diámetro10 mm

100 mm2

75 mm2

70 mm2

16 9)

25

14

15

Revestimiento de cobre99,9% 250 µm

30 mm x 3 mm de sección.


Diámetro mínimo de unalambre 1,7 mm


Plancha galvanizada 1)

Placa tipo rejilla galvanizada 1)

Placa maciza galvanizada 1)

Barra redonda revestida encobre 4)

Barra redonda desnuda 5)

Placa maciza desnuda ogalvanizada 5),6)

Cableado galvanizado 5), 6)

Barra maciza redonda

Placa maciza



50 mm2

50 mm2

500 x 500

500 x 500

600 x 600

600 x 600

15 8)

20

ConfiguraciónDimensiones mínimas

ObservacionesPica de Tie-rra Ø (mm)

Conductorde tierra

Placa de Tierra(mm)

1) Los revestimientos deben ser lisos, continuos y libres de fundentes y manchas residuales, con unespesor mínimo de 50 µm para las barras redondas y 70 µm para las placas.

2) Los materiales deben ser mecanizados antes del galvanizado.3) Puede ser también revestido en estaño.4) Es conveniente que el cobre esté unido al acero de forma íntima.5) Admitido solamente si se embuten completamente en el hormigón.6) Admitido solamente para la parte de la cimentación en contacto con la tierra, si se conecta correc-

tamente por lo menos cada 5 m con las armaduras naturales de acero de la cimentación...7) Cromo ≥ 16%, níquel ≥ 5%, molibdeno ≥ 2%, carbono ≤ 0,08%.8) En algunos países, son admisibles valores de 12 mm.9) En algunos países, se utiliza el electrodo de tierra para conectar el conductor de bajada en el pun-

to de entrada a tierra.



Residuos agresivos

Al efectuar el relleno de zanjas y fosas en las que haytendidas tomas de tierra, los electrodos de dispersiónno deben entrar en contacto directo con escombros,residuos ni carbón.

5.5.8 Materiales y dimensiones mínimaspara tomas de tierra

En la tabla 5.5.8.1 se exponen las secciones mínimas,formas y materiales para tomas de tierra.

5.6. Aislamiento eléctrico de laprotección externa contra rayos –Distancia de separación

Existe un riesgo de descarga incontrolada (chispas)desde los elementos de la protección externa contrarayos a las instalaciones eléctricas y metálicas en elinterior del edificio cuando no existe suficiente distan-cia entre los dispositivos captadores o derivadores ydichas instalaciones.

Instalaciones metálicas, como por ejemplo, tuberías deagua, conducciones de aire acondicionado, cableseléctricos, etc… originan tensiones de choque porbucles de inducción en el interior del edificio como

consecuencia de la rápida evolución magnética delcampo del rayo. Hay que impedir que, como conse-cuencia de estas tensiones de choque, se produzca unadescarga incontrolada que pueda dar origen a unincendio.

Como consecuencia de una descarga, por ejemplosobre un cable eléctrico, pueden originarse dañosenormes en la instalación y en los consumidores a ellaconectados. La figura 5.6.1 representa el principio dela distancia de separación.

La fórmula para el cálculo de la distancia de separación

no es fácil de aplicar.La fórmula es:

donde

ki depende del nivel de protección elegido parala instalación de protección (Factor de induc-ción).

kc depende de la disposición geométrica (coefi-ciente de distribución de la corriente).

km depende del material en el punto de aproxima-ción (Factor de material).

l (m) Longitud a todo lo largo del dispositivo capta-dor, o de la derivación, desde el punto a partirdel cual se ha de determinar la distancia de

separación hasta el punto más próximo de lacompensación de potencial.

El coeficiente ki (Factor de inducción) se aplica deacuerdo con el riesgo derivado de la pendiente de lacorriente y en función del nivel de protección quecorresponda.

El factor kc toma en consideración la distribución de lacorriente entre los diferentes derivadores de la protec-ción externa contra rayos. En la norma se indican dife-rentes fórmulas para determinar kc. Para conseguir, enla práctica, que se puedan obtener las distancias deseparación sobre todo en edificios de mucha altura, serecomienda la instalación de anillos conductores, esdecir, una malla de los derivadores. Con esta malla seconsigue una simetría en el flujo de la corriente, lo queinfluye para la reducir la distancia de separación nece-saria.

El factor de material km tiene en cuenta las caracterís-ticas de aislamiento del entorno. A las característicasde aislamiento eléctrico del aire, en estos cálculos, se leasigna el factor 1.Todos los restantes materiales utili-zados en la construcción (por ejemplo, mampostería,

s k k

k l mi

c

m

= ⋅ ( )


l

s

s

Terreno

EBB

MDB


Instalación eléctrica

Instalación metálica

Derivador

s Distancia de separaciónMDB Cuadro general de distribución

Fig. 5.6.1: Distancia de separación.



madera etc.) tienen una características de aislamientoinferior que el aire, de la mitad.

No se citan otros factores de material. Los valores quedifieran de lo especificado tienen que demostrarse con

ensayos técnicos. Para el material GFK (plástico refor-zado con fibra de vidrio) utilizado en los productos delos dispositivos captadores aislados de DEHN + SÖHNE(Soporte de distanciador DEHNiso, DEHNiso Combi) seespecifica el factor 0,7. Este factor puede aplicarsepara los cálculos igual que otros factores de materia-les.

La longitud “l” es la longitud real a lo largo del dispo-sitivo captador o derivador, desde el punto que se hade determinar la distancia de separación hasta la com-pensación de potencial más próxima, o hasta el nivel

más próximo de compensación de potencial para laprotección contra rayos.

Los edificios con equipotencialidad de protección con-tra rayos tienen próxima a la superficie del suelo unasuperficie equipotencial de la toma de tierra decimientos o de la toma de tierra. Esta superficie es elnivel de referencia para la determinación de la distan-cia “l”.

En el caso de edificios muy elevados, es necesario crearun nivel equipotencial de protección contra rayos, por

ejemplo, a una altura de 20 m, realizando dicha com-pensación equipotencial para todos los cableados tan-

to en líneas eléctricas como de datos, así como en todaslas instalaciones metálicas. La equipotencialidad deberealizarse con dispositivos de protección del tipo 1.

Por lo demás, también en edificios elevados, como

base para la longitud “I”, debe utilizarse la superficieequipotencial de la toma de tierra de cimientos/tomade tierra como punto de referencia. Debido a estas ele-vadas alturas, en algunos edificios es difícil mantenerlas distancias de separación requeridas.

La diferencia de potencial entre las instalaciones deledificio y las derivaciones es igual a cero cerca de lasuperficie del suelo. Al aumentar la altura se incremen-ta la diferencia de potencial. Esto puede representarsecomo un cono invertido sobre la punta (Figura 5.6.2).

Por lo tanto, la distancia de separación que se ha demantener, es mayor en la cubierta del edificio y vareduciéndose al aproximarse a la instalación de tomade tierra. Por este motivo, puede resultar necesariocalcular varias veces la distancia con los derivadoresdando como resultado distancias distintas.

El cálculo del coeficiente de distribución de la corrien-te kc es a menudo complicado de realizar, a causa dediferentes estructuras. Si, por ejemplo, se instala unsólo terminal de captación junto a la edificación, todala corriente del rayo fluye por este terminal captador y

derivador. El factor kc es por lo tanto igual a 1. Lacorriente de rayo, en este caso, no puede repartirse y

s

s

Terreno

Derivador

Electrodo depuesta a tierra

α

Ángulo de protección

s

I

Fig. 5.6.2: Diferencia de potencial al aumentar la altura. Fig. 5.6.3: Terminal de captación con kc = 1.



por eso muchas veces resulta difícil mantener la distan-cia de separación. En la figura 5.6.3 se muestra comopuede lograrse si el terminal de captación se instalaalejado del edificio.

La misma situación se da también en el caso de puntascaptadoras para protección de estructuras en cubierta.La corriente de rayo sigue este camino definido al

100% (kc = 1) hasta la conexión más próxima de la pun-ta captadora a la instalación captadora o a los deriva-dores.

Si se disponen dos mástiles captadores, la corriente derayo puede repartirse por dos vías (Figura 5.6.5). La dis-

tribución o reparto no tiene lugar al 50% para cadavía, debido a las diferentes impedancias (longitudes) ydebido a que el rayo no siempre descarga en el centrodel dispositivo captador.

El caso más desfavorable es considerado en la fórmulacon el cálculo del factor “kc”. En este cálculo se consi-dera una instalación de toma de tierra del tipo B. Siexisten también tomas de tierra aisladas del tipo A,éstas deben conectarse entre si.

h Longitud del derivador.c Distancia de los mástiles captadores entre sí.

El ejemplo siguiente muestra el cálculo del coeficienteen un tejado a dos aguas con dos derivadores (Figura5.6.6). Existe una instalación de toma de tierra del tipoB (Toma de tierra circular o toma de tierra de cimien-tos).

k c =+

⋅ + =9 12

2 9 12 0 7 .

k

h c

h cc =

+

+2

s

Suelo

kc = 1

M

h

c

h

c

Fig. 5.6.4: Protección equipo de ventilación en cubierta.

Fig. 5.6.5: Cálculo de Kc en caso de dos mástiles captadores conecta-dos mediante un cable y toma de tierra del tipo B.

Fig. 5.6.6: Cálculo de Kc en caso de un tejado a dos aguas con 2derivadores.



La disposición de los derivadores según figura 5.6.6,no debería instalarse en una vivienda unifamiliar.Con la incorporación de otros dos derivadores, untotal de 4, el coeficiente de distribución de corrientemejora notablemente (Figura 5.6.7).

Para el cálculo se aplica la fórmula siguiente:

siendo:

h Longitud del derivador hasta el canalón del teja-do del edificio, como punto más desfavorablepara un impacto de rayo.

c Distancia de los derivadores entre sí.

n Número total de derivadores.

Resultado: kc ≈ 0,51

En edificaciones con tejados planos, el coeficiente dedistribución de la corriente se calcula como sigue.

Se considera una disposición de toma de tierra tipo B

(Figura 5.6.8).

k c =⋅

+ +1

2 40 1 0 2

12

43

. .

k n

c

hc = + +

1

20 1 0 2 3. .

siendo:

h Distancia o altura sobre conductores circulares.c Distancia de un derivador al siguiente.

n Número total de derivadores.

Las distancias entre las derivaciones se consideraniguales. Si la distancia es diferente, ha de tomarsecomo “c” la distancia mayor.

Si sobre el tejado plano se encuentran dispositivoseléctricos o lucernarios (Figura 5.6.9), deberán tenerse

en cuenta dos coeficientes de distribución de lacorriente para el cálculo de la distancia de separación.Para los captadores hasta la punta captadora siguien-te se tiene un kc = 1. El cálculo de los coeficientes de dis-tribución de la corriente kc para el recorrido posteriorde los dispositivos captadores y derivaciones se efectúacomo hemos expuesto arriba.

Para una mejor comprensión vamos a analizar la dis-tancia de separación spara un tejado plano con estruc-turas sobre él.

Ejemplo:

En un edificio con un nivel de protección III se han cons-truido lucernarios con accionamientos eléctricos.

Datos del edificio:

⇒ Largo 40 m.Ancho 30 m.Alto 14 m.

⇒ Sistema de puesta a tierra, toma de tierra decimientos tipo B.

⇒ Número de derivadores: 12.⇒ Distancia de las derivadores:

mínima: 10 m.máxima: 15 m.

⇒ Altura de los lucernarios con accionamiento eléc-trico: 1,5 m.

El cálculo del coeficiente de distribución de la corrien-te kc para el edificio es como sigue:

Resultado: kc ≈ 0,35

k c =⋅

+ +1

2 120 1 0 2

15

143. .

k n

c

hc = + +

1

20 1 0 2 3. .

l

c

h

Fig. 5.6.7: Tejado a dos aguas con 4 derivadores.



El factor kc para la barra captadora no tiene que cal-cularse, kc = 1.

En relación con la distribución de corriente se consi-dera que la punta captadora está posicionada sobreel borde del tejado y que no se encuentra dentro dela malla captadora. Si la punta captadora está dentrode la malla, deberá tenerse en cuenta adicionalmen-te la distribución de la corriente y la longitud mínima

de la malla.Cálculo de la distancia de separación para el bordesuperior del tejado del edificio:

Como factor de material km se supone material deconstrucción sólido km = 0,5.

Resultado: s ≈ 0,49m

Cálculo de la distancia de separación para la puntacaptadora:

Por la posición de la punta captadora sobre el tejadoplano, el factor de material es: km = 0,5

Resultado: s ≈ 0,15 m

Esta distancia de separación calculada sería correctasi la punta captadora estuviera emplazada sobre la

superficie del terreno (Nivel de equipotencialidadpara protección contra rayos).

Para obtener una distancia de separación completa ycorrecta, hay que sumar la distancia de separacióndel edificio.

Sges = Sedificio + Sbarra captadora

= 0,49 m +0,15 m

Sges = 0,64 m.Según este cálculo, en el punto más alto del lucerna-rio hay que mantener una distancia de separación de0,64 m en el aire. Esta valor se ha determinado con elfactor de material 0,5 para materiales sólidos y se haefectuado la conversión para al aire.

Debido a la instalación de la punta captadora en unzócalo de hormigón sobre un techo (materiales sóli-dos), en el pie de la barra captadora no se da la “pro-piedad total de aislamiento” del aire. (Figura 5.6.9).

En el pie del zócalo de hormigón, es suficiente unadistancia de separación del edificio de 0,39 m (mate-rial sólido).

Si en edificios de gran altura se crean niveles de equi-potencialidad de protección contra rayos a diferentesalturas, conectando para ello todas las instalacionesmetálicas y todos los conductores eléctricos y dedatos mediante descargadores de corriente de rayo(DPS tipo I), puede aplicarse el cálculo siguiente. Estoimplica el cálculo de distancias hacia conductores queestán tendidos en un nivel equipotencial, así como

hacia los que están instalados a lo largo de variosniveles.

s m= 0 041

0 5.

.( )1.5

s m= 0 040 35

0 5.

.

.( )14

c h

s

km = 0.5

km = 1

Fig. 5.6.8: Valores del coeficiente Kc en caso de una malla captadoray una toma de tierra tipo B.

Fig. 5.6.9: Factores del material en una punta captadora sobretejado plano.



Esto supone un sistema de puesta a tierra en formade toma de tierra de cimientos o anillo de tierra (tipoB) o una red mallada (Figura 5.6.10).

Como ya se ha indicado, pueden instalarse adicional-mente varios anillos perimetrales alrededor del edifi-cio para un mejor reparto de la corriente de rayo y de

este modo tener un efecto positivo sobre la distanciade separación. La figura 5.6.10 ilustra el principio deanillos perimetrales al edificio sin que se establezcaun nivel equipotencial de protección contra rayos a laaltura de los anillos mediante la utilización de descar-gadores de corrientes de rayo.

A cada uno de los segmentos se les asigna distintoscoeficientes de distribución de corriente kc. Si sedesea determinar la distancia de separación para unaestructura sobre el tejado, hay que basarse en la lon-gitud total desde la superficie equipotencial de la

toma de tierra hasta la parte superior de la estructu-ra de tejado (suma de las longitudes parciales). Si se

pretende calcular la distancia total de separación Stot,hay que efectuar los cálculos con la fórmula siguien-te:

Con esta forma de ejecución de anillos perimetralesadicionales alrededor del edificio, no se conduce nin-gún tipo de corrientes parciales de rayo al interior deledificio.

Si, debido a un número elevado de derivadores y alos numerosos anillos perimetrales adicionales, no se

pudiera mantener la distancia de separación paratoda la instalación, existe la posibilidad de definir elperímetro superior del edificio como superficie equi-potencial de protección contra rayos (+/-0). Estasuperficie equipotencial sobre el nivel del cubierta,suele realizarse, por lo regular, en edificios muy ele-vados, donde es físicamente imposible mantener ladistancia de separación.

En estos casos se incluyen en la compensación depotencial todas las instalaciones metálicas y todos losconductores eléctricos y de datos, mediante descar-

gadores de corriente de rayo Tipo 1. Esta compensa-ción de potencial se conecta también directamentecon la protección externa contra rayos. Medianteestas medidas, descritas anteriormente, se igualan acero las distancias de separación en el borde superiordel edifico. El inconveniente de esta forma de ejecu-ción es que, todos los conductores, instalacionesmetálicas (p. ej. armados), carriles de ascensores, ytambién los descargadores son portadores decorriente de rayo. Las repercusiones y consecuenciasde estas corrientes sobre sistemas eléctricos y de

datos tienen que ser tenidas muy en cuenta al plani-ficar la protección interna contra rayos.

5.7. Tensión de paso y de contactoEn las normas UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) se hacereferencia expresa a que, en casos especiales, fueradel edificio y en las proximidades de los derivadores,la tensión de contacto y la tensión de paso puedenser peligrosas para la vida de las personas, aún cuan-do el sistema de protección contra rayos haya sido

proyectado de acuerdo con el estado actual de lanormativa.

s k k

k l k l k ltot

i

m

l tot c c= ⋅ + ⋅ + ⋅( ) 3 3 4 4


h 1

h 2

h 3

h 4

h n

I a

I g

I f

I b

I c

I d

c c

sa

sb

sc

sd

sf

sg

(A)

Fig. 5.6.10: Valores del coeficiente Kc en caso de una malla captado-ra, anillos perimetrales que unen los derivadores y unatoma de tierra tipo B.



Casos especiales, a título de ejemplo, son zonas congran afluencia de personas, como teatros, cines, cen-tros comerciales, guarderías infantiles, en los que, enocasiones los derivadores e incluso las tomas de tierrase encuentran situados muy próximos a las personas.

En instalaciones de libre acceso o de pública concu-rrencia que estén especialmente expuestas al riesgode descargas de rayos, puede ser necesario tomarmedidas especiales para la limitación de las tensionesde paso y contacto.

En estos casos, se aplican controles de potencial, ais-lamiento de los emplazamientos y otras medidas quea continuación se van a describir. Estas medidas pue-den combinarse entre sí.

Definición de tensión de contactoLa tensión de contacto es la tensión que actúa sobreuna persona entre la superficie de posicionamientosobre el terreno al tocar un derivador.

La vía de corriente va desde la mano, a través delcuerpo, hasta los pies (Figura 5.7.1).

El riesgo de una tensión de contacto elevada no exis-te en el caso de edificaciones construidas en estructu-ras de acero o de hormigón armado, siempre que losarmados estén interconectados entre si de formasegura o los derivadores estén instalados

en el hormigón.Asimismo, en el caso de fachadas metáli-cas, la tensión de contacto puede despre-ciarse si las fachadas están integradas enla compensación de potencial y/o se utili-zan como componentes naturales de lasderivaciones.

Si en zonas de riesgo (exterior de la insta-laciones) hay hormigón armado bajo lasuperficie de tierra, el conexionado deeste armado de manera segura a la tomade tierra de cimientos, permitirá mejorarconsiderablemente el desarrollo delembudo de potencial y actuar como con-trol del potencial. Con esta medida esposible no tener que tomar en considera-ción la tensión de paso.

El riesgo de que una persona sufra dañosal tocar un derivador, puede reducirsemediante las medidas siguientes:

⇒ Recubrir el derivador con de material

aislante (mínimo 3 mm de polietileno

reticulado con una resistencia a la tensión dechoque vertical de 100 kV 1,2/50 µs).

⇒ Modificar la posición de los derivadores. Porejemplo, no deben estar en la zona de acceso ala instalación.

⇒ Poner carteles de aviso o carteles de prohibiciónasí como pensar en cierres o bloqueos de acceso.

⇒ Conseguir que la resistencia específica de la capade superficie de la tierra a una distancia de has-ta 3 metros alrededor del derivador no sea infe-rior a 5000 Ohmios m. Normalmente, esto selogra con una capa de asfalto de 5 cm de espesoro una capa de grava con un grosor de 15 cm.

⇒ Reducir el reticulado de la mallas de puesta a tie-rra mediante - Control de potencial.

ObservaciónUna canalón de recogida de aguas de lluvia, aúncuando esta tubería no esté definido como derivador,puede suponer un peligro para las personas en casode contacto. En estos casos debe sustituirse la tuberíametálica, por ejemplo, por una tubería de PVC (Altu-ra: 3 m).

Fig. 5.7.1: Ilustración de la tensión de paso y de contacto.

1 m

ϕFE

U S

FE

ϕ

U E

U t

UE Tensión de toma de tierra

Ut Tensión de contacto

US Tensión de paso

ϕ Potencial de la superficie de la tierra

FE Toma de tierra de cimientos

Tierra de referencia



Definición de la tensión de paso

La tensión de paso es la parte de la tensión de toma

de tierra que puede aparecer en un cuerpo humano,al dar un paso de 1 metro de longitud, en cuyo casola vía de corriente discurre a través del cuerpo huma-no desde un pie hasta el otro pie (Figura 5.7.1).

La tensión de paso depende de la forma del embudode potencial.

Como puede verse en la ilustración, la tensión depaso decrece al aumentar la distancia al edificio. Conello, el riesgo para personas se reduce al aumentar ladistancia a la instalación.

Para la reducción de la tensión de paso pueden adop-tarse las medidas siguientes:

⇒ Impedir el acceso de personas a las zonas de ries-go, por ejemplo mediante prohibición de paso obloqueo de accesos.

⇒ Reducir el reticulado de la mallas de puesta a tie-rra mediante - Control de potencial.

⇒ Conseguir que la resistencia específica de la capade superficie de la tierra a una distancia de has-ta 3 metros alrededor del derivador no sea infe-rior a 5000 Ωm. Normalmente, esto se logra conuna capa de asfalto de 5 cm de espesor o unacapa de grava con un grosor de 15 cm.

Cuando en una zona peligrosa en las cercanías del

edificio que se pretende proteger suelen reunirse confrecuencia muchas personas, debería preverse un

Recorrido simbólico R e

f e r e n c i a

a t i e r r a

0 . 5

m

1

m

1 . 5 m

1 m 3 m 3 m

2 m

3 m

Fig. 5.7.2: Control de potencial. Ilustración y recorrido simbólico del área del gradiente.



control de potencial para protección de estas perso-nas.

El control de potencial es suficiente cuando la caídade tensión en la superficie de la tierra de la zona a

proteger no supone más de 1 “Ohmio/m. Para ellodebería instalarse, adicionalmente a una toma de tie-rra de cimientos existente, una toma de tierra circu-lar a una distancia de 1 metro y a una profundidadde 0,5 metros.

Si en la edificación ya existe una instalación de tomade tierra perimetral, ésta ya puede considerarsecomo el “primer anillo” del control de potencial.

No obstante, se deberán instalar otros anillos detoma de tierra a una distancia de 3 metros de la pri-

mera toma de tierra y de las demás tomas de tierra.Será necesario un incremento de la profundidad de

0,5 m en cada nueva tierra, en sentido creciente des-de el edificio (Ver tabla 5.7.1).

Si se realiza un control de potencial para una instala-ción, deberá instalarse según se indica en las figuras

5.7.2 y 5.7.3).Los derivadores han de conectarse con todos los ani-llos del control de potencial.

La conexión de cada uno de los anillos tiene que rea-lizarse, como mínimo, dos veces (Figura 5.7.4).

Si los anillos de toma de tierra (tomas de tierra decontrol) no pueden ejecutarse en forma circular,deberán conectarse sus extremos con los otros extre-mos de las tomas de tierra circulares. Deben realizar-se, al menos, dos conexiones en el interior de cada

anillo (Figura 5.7.5).Al elegir los materiales para los anillos de toma detierra es necesario tener muy en cuenta la posiblecarga ocasionada por la corrosión (Capítulo 5.5.7).

Teniendo en cuenta los procesos galvánicos de loselementos entre las tomas de tierra de cimientos y delos anillos de toma de tierra, una opción muy reco-mendable es el empleo de material NIRO V4A (Nr. dematerial 1.4571).

Las anillos de toma de tierra pueden realizarse como

conductor redondo o varilla de 10 mm de diámetro opletinas de de 30 mm x 3,5 mm.

1m 3m 3m 3m

Mástil

Puntos de fijación

1m3m 3m 3m

C o n e x

i ó n a

e j . c i m e n t a c

i o n e s y a e x

i s t e n t e s

( h o r m

i g ó n

, a r m

a d o

d e

l h o r m

i g ó n

)

Mástil

Distancia aledificio

Profundidad

1 anillo

2 anillo

3 anillo

4 anillo

1 m

4 m

7 m

10 m

0.5 m

1.0 m

1.5 m

2.0 m

Tabla 5.7.1: Distancia de los anillos y profundidades de los con-troles de potencial.

Fig. 5.7.3: Posible control depotencial en lazona de acceso auna instalación deobra.

Fig. 5.7.4: Ejecución del control de potencial para torre deiluminación o para una torre de antenas de tele-fonía móvil.

Fig. 5.7.5: Control de conexión al anillo de tomade tierra/toma de tierra de cimientos.



5.7.1 Control de la tensión de contacto enderivadores de instalaciones deprotección contra rayos

La zona de riesgo en términos de tensiones de paso yde contacto para personas que se encuentren fuerade un edificio, viene definida por una distancia de 3metros al mismo y por una altura máxima de otrostres. Esta zona a proteger se corresponde en su altu-ra con la máxima altura alcanzable por una personacon el brazo extendido más una distancia de separa-ción adicional. (Figura 5.7.1.1).

En zonas de acceso con gran afluencia de personas,como teatros, cines, centros comerciales, guarderíasinfantiles,etc… en los que se encuentran situadosmuy próximos derivadores y tomas de tierra, serequieren medidas especiales de protección.

En instalaciones especialmente expuestas (al riesgode rayos), que sean de libre acceso ( por ejemplorefugios), puede ser necesario tomar medidas espe-ciales para la limitación de las tensiones de contacto.

Por otra parte, en el análisis de riesgos de una insta-lación, según UNE EN 62305-3 (IEC 62305-3) es nece-sario considerar el riesgo de personas como paráme-tro L1 (Lesiones o muerte de personas).

El peligro derivado de las tensiones de contacto pue-de reducirse adoptando las medidas siguientes:

⇒ Recubrir los derivadores con material aislante(mínimo 3 mm de polietileno reticulado con unaresistencia a la tensión de choque vertical de 100kV 1,2/50 µs).

⇒ Modificar la posición de los derivadores. Así, porejemplo, no deben instalarse en la zona de acce-so a la instalación.

⇒ Conseguir que la resistencia específica de la capade superficie de la tierra a una distancia de has-

ta 3 metros alrededor del derivador será comomínimo de 5000 Ohmios m.⇒ Reducir la probabilidad del agrupamiento de

personas mediante carteles de aviso o carteles deprohibición. También es posible pensar en cierreso bloqueos de acceso.

Las medidas de protección contra tensiones de con-tacto no siempre son suficientes para una protecciónefectiva de las personas en cada caso. Así, por ejem-plo, la exigencia de un revestimiento con un aisla-miento resistente eléctrico a altas tensiones, para un

derivador expuesto, no es suficiente si, al mismotiempo, no se adoptan medidas de protección contrasaltos de chispa en la superficie del aislamiento. Estotiene especial relevancia cuando las influenciasmedioambientales como la lluvia (humedad) tambiéndeben tenerse en cuenta.

Al igual que en un derivador desnudo, en un deriva-dor aislado se produce una elevada tensión en casode una descarga de rayo. Esta tensión, sin embargo,se mantiene separada de las personas por su aisla-miento.

Como el cuerpo humano puede considerarse un buenconductor en comparación con el material aislante, lacapa de aislamiento es sometida prácticamente atoda la tensión de contacto. Si el aislamiento nosoporta la tensión, una parte de la corriente de rayopuede fluir a tierra a través del cuerpo humano, igualque en el caso de un derivador desnudo. Para garan-tizar una protección segura de las personas frente atensiones de contacto, es absolutamente imprescindi-ble impedir, tanto la penetración a través del aisla-


s

2.50 mConductor de cobre

Aislamiento PEX(polietileno reticulado)

Revestimiento PE (polietileno)

Fig. 5.7.1.1: Zona a proteger para una persona. Fig. 5.7.1.2: Estructura del conductor CUI.



miento como un salto de chispa por el recorrido delmismo.

Una solución a este problema es el conductor CUI que

cumplen con las exigencias de resistencia de aisla-miento y saltos de chispa requeridas para la protec-ción contra tensiones de contacto.

Estructura del conductor CUI

El conductor CUI está formado por un conductorinterior de cobre con una sección de 50 mm2, y recu-bierto por una capa aislante de polietileno (PEX) reti-culado resistente a tensiones de choque con un gro-sor de aprox. 6 mm (Figura 5.7.1.2).

Para dotarle de una protección contra influenciasexternas, el conductor aislado está recubierto adicio-nalmente con una delgada capa de polietileno (PE).El derivador aislado se tiende por toda la zona deriesgo, es decir, 3 metros por encima de la superficie

de la tierra . El extremo superior del conductor seconecta con el derivador procedente del dispositivocaptador, mientras que el extremo inferior se conec-ta a la instalación de toma de tierra.

Además de la resistencia eléctrica de aislamiento, hayque considerar asimismo el riesgo de saltos de chispasentre el punto de conexión a los derivadores desnu-dos y la mano de la persona que lo toca. Este proble-ma de salto de chispa, ya conocido en la técnica dealta tensión, se agrava aún más en caso de lluvia.Mediante ensayos se ha demostrado que, un deriva-

dor aislado, sin medidas adicionales, en un tramo demás de 1 metro puede sufrir saltos de chispas en casode lluvia. Con la disposición de un blindaje apropia-do en el derivador aislado, se crea en el conductorCUI una zona suficientemente seca que impide el sal-to de chispas a lo largo de la superficie del aislamien-to. Con las pruebas de tensión vertical bajo la lluviasegún IEC 60060-1.se demostró la seguridad de servi-cio del conductor CUI, tanto en lo que se refiere a laseguridad frente aislamiento eléctrico, como al saltosde chispa con tensiones de impulso de hasta 100 kV

(1,2/50 Micros). Para estas pruebas de lluvia, se rocíasobre el conductor una cantidad definida de aguacon una conductividad determinada y con un ángulode rociado de aprox. 45º.

El conductor CUI está prefabricado con un elementode conexión para conectar al derivador (punto deseparación), y puede acortarse en la propia instala-ción para la conexión con la toma de puesta a tierra.Este producto puede adquirirse con una longitud de3,5 m y 5 m y con los soportes de anclaje necesariosen plástico o metálicos. (Figura 5.7.1.4).

Con el conductor especial CUI, las medidas para elcontrol de las tensiones de contacto en derivadoresresultan sencillas y con reducidos gastos de instala-ción, minimizando considerablemente el peligro parapersonas en zonas especialmente expuestas.

Acoplamiento inductivo con grandes pendientes decorriente

En relación con el riesgo para las personas, debetenerse también en cuenta el campo magnético del

dispositivo y las repercusiones sobre el entorno máspróximo del derivador.

Punto deconexión

Blindaje

Soporte deconductor

Fig. 5.7.1.4: Conductor CUI.

Fig. 5.7.1.3: Prueba de tensión vertical bajo lluvia.



En bucles de instalación muy exten-sos pueden aparecer en las proximi-dades de la derivación, tensiones devarios 100 kV, que pueden ocasionarelevadas pérdidas económicas. Tam-

bién el cuerpo humano, debido a suscaracterísticas conductivas, forma unbucle junto con el derivador y lazona del terreno conductora conuna inductancia mutua M, en la quese pueden inducir tensiones muy ele-vadas Ui. (Figuras 5.7.1.5a. y5.7.1.5b). En esta situación el sistemaderivador - persona actúa como untransformador.

Esta tensión acoplada se encuentra

en el aislamiento, ya que el cuerpohumano y la zona del suelo, en prin-cipio, pueden suponerse como con-ductores. Si la carga de tensión esdemasiado elevada, puede originaruna descarga o salto de chispas del aislamiento. Latensión inducida conduce entonces por este bucleuna corriente, cuya magnitud depende de las resis-tencias y de la propia inductividad del bucle, pudien-do resultar mortalmente peligrosa para la personaafectada. El aislamiento, por tanto, tiene que poder

soportar estas cargas de tensión. Los valores de lanorma de 100 kV en 1,2/50 micros, incluyen impulsosde tensión, muy elevados pero muy cortos, que úni-camente están aplicados durante la elevación de la

corriente (0,25 micros con rayo consecutivo negati-vo). Al aumentar la profundidad de empotramientode los derivadores aislados, el bucle se hace másgrande y con ello la inductancia mutua. De estemodo se incrementa, en la medida correspondiente,la tensión inducida y los esfuerzos a que es sometido

el aislamiento. Tras estas consideraciones el acopla-miento inductivo es algo que debe ser tenido muy encuenta.

h

a

∆i/∆t

a)

∆i/∆t

b)

M

Ui

U M i

t i

= ⋅∆∆

M ha

rconductor

= ⋅ ⋅⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ 0 2. ln

Fig. 5.7.1.5: a) Bucle derivador-personab) Inductancia mutua M y tensión inducida U i.

proteccion contra rayos

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