Edificios inteligentes: seguridad frente al rayo y sobretensiones transitorias

Los edificios inteligentes son especialmente vulnerables a los efectos destructivos de las tormentas eléctricas, debido a la amplia variedad de sistemas automáticos interconectados (como iluminación, control de temperatura, sistemas multimedia, telecomunicaciones, seguridad, etc.). Por tanto, cualquier sobretensión que penetre en la estructura, no solo por las líneas de suministro eléctrico sino también por las líneas de datos, puede causar daños a multitud de equipos electrónicos delicados como ordenadores, sistemas de alarma, transductores, controladores lógicos programables, equipos audiovisuales, etc.

Los edificios inteligentes (Smart buildings) son cada vez más frecuentes como resultado de los avances tecnológicos que permiten maximizar la eficiencia del edificio y, además, mejoran la comodidad de los usuarios, la productividad de las empresas alojadas en ellos y, por tanto, su valor global. Sin embargo, debido a los componentes en red que dependen de un suministro constante de energía y datos para su funcionamiento y disponibilidad permanentes, son especialmente vulnerables a los impactos de rayo y a las sobretensiones en general. El fallo de los equipos en un edificio inteligente podría colapsar todos los sistemas interconectados y paralizar la actividad de los edificios y ambientes de trabajo, con los correspondientes costes asociados.

La National Fire Protection Association (NFPA) en su Norma para la Instalación de Sistemas de Protección contra Rayos de 20201, contiene un anexo dedicado a los edificios inteligentes. En él diferencia dos tipos de instalaciones: las salas de equipos o salas de control y los equipos distribuidos (control distribuido). En las primeras se encuentran generalmente ordenadores/servidores, controladores lógicos programables, controles de alarma, equipos de telecomunicaciones y similares. Esta Norma de la NFPA remarca que es esencial aplicar el concepto de zona de protección contra el rayo para estas salas de control, en concreto, asegurar la interconexión equipotencial que mantenga las tomas de tierra a la misma tensión, de forma que se evite la circulación de corrientes perjudiciales por los equipos sensibles.

Los equipos distribuidos consisten habitualmente en controladores operados remotamente, relés, interruptores con motor o iluminación, sensores, cámaras, ordenadores y entradas de controladores, entre otros. La NFPA enfoca la protección del control distribuido por medio de protectores contra sobretensiones instalados en la entrada/salida de corriente de los edificios inteligentes, así como en la transición entre zonas equipotenciales de protección contra el rayo. En ese sentido, señala que los equipos más afectados por las sobretensiones transitorias son cámaras, motores que accionan puertas de acceso y bombas, ya que suelen encontrarse alejados de la estructura, pero que disponen de entrada de energía y de señal propias.

Sin embargo, además de la interconexión equipotencial y los protectores contra sobretensiones, los edificios deben contar con una adecuada protección externa contra el rayo. Para la protección de una estructura tan crítica como un edificio inteligente, Aplicaciones Tecnológicas cuenta con el SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR, un sistema avanzado de protección contra el rayo que comprende un pararrayos con dispositivo de cebado (PDC), el DAT CONTROLER® REMOTE, y supervisión remota mediante Internet of Things (IoT). Los sensores inteligentes de SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR monitorizan parámetros claves de la instalación de protección contra el rayo como el estado de operación del PDC, la continuidad del conductor de la bajante y la resistencia de la toma de tierra. Además, este novedoso SPCR (sistema de protección contra el rayo) también proporciona información (número y características) de los impactos interceptados por el pararrayos con dispositivo de cebado.

A continuación, trataremos más en detalle las medidas recogidas en el anexo de edificios inteligentes de la Norma de la NFPA, es decir, la interconexión equipotencial y los protectores contra sobretensiones.

Zonas equipotenciales de protección contra el rayo en Smart buildings

El concepto general de protección para estructuras inteligentes es una protección concéntrica que establezca sucesivas zonas de protección contra el rayo (ZPR). Estas zonas quedarán determinadas por la equipotencialización y la protección contra sobretensiones, técnicas de protección contra el rayo recomendadas especialmente para edificios inteligentes en la Norma de la NFPA.

Las ZPR, según la norma UNE-EN 62305-1, son zonas en las que se definen unas determinadas condiciones electromagnéticas2. Cada una de estas zonas debería funcionar como una unidad equipotencial única. Esto se logra mediante la interconexión de todas las superficies metálicas con los conductores de tomas de tierra. De esta manera, se evita el flujo de corriente desde una ubicación externa a la ZPR, ya sea por fallos externos en los sistemas de corriente alterna o continua como por la introducción de la corriente del rayo en el edificio. Además, la conexión equipotencial de los elementos metálicos consigue reducir las perturbaciones de los campos electromagnéticos y sus peligros asociados. En Aplicaciones Tecnológicas S.A. disponemos del material adecuado para garantizar la conexión equipotencial de las ZPR de los edificios inteligentes.

Asimismo, está recomendado que la entrada de señales y energía en la estructura o ZPR correspondiente se realice a través de un único punto, preferiblemente cerca de la toma de tierra. Así, se favorece la instalación de protectores contra sobretensiones, se acorta la longitud del conductor de la toma de tierra (que reduce a su vez la impedancia y diferencias de tensión) y se facilita la implementación de la toma de tierra equipotencial que disminuye la probabilidad de trayectorias a tierra no deseadas. En cualquier caso, para evitar las sobretensiones, cada una de las zonas se debe proteger mediante dispositivos adecuados en todas las líneas que entren o salgan de ella.

Protección contra sobretensiones transitorias

Las sobretensiones son aumentos de voltaje de muy corta duración que se introducen en los equipos por medio de las líneas de suministro eléctrico, telefónicas, de televisión o de datos. El daño que pueden producir las sobretensiones en cada ZPR es distinto, por lo que la protección debe realizarse en función del riesgo presente y de la capacidad de soportar sobretensiones del equipo que se va a instalar en esa zona. La protección contra sobretensiones permite mantener la continuidad del servicio y reducir a un nivel aceptable las probabilidades de incidentes de seguridad sobre personas y bienes.

Los protectores contra sobretensiones se instalan en la entrada/salida de corriente en las transiciones de una zona a otra y en los equipos sensibles del interior de las ZPR equipotenciales. Se debe tener en cuenta las particularidades de los equipos conectados a cada línea de cara a optimizar la selección de protectores. Generalmente un único dispositivo comercial de protección contra sobretensiones no reúne todas las características demandadas de intensidad de descarga y de tensión residual. Cuanto mayor es la capacidad del dispositivo de soportar la corriente, mayor es también la tensión residual. Por eso, se requieren varios protectores que estén bien coordinados, es decir, que actúen escalonadamente con varias etapas de protección secuenciales de manera que sean capaces de soportar las corrientes asociadas al rayo y de dejar una tensión residual no perjudicial para los equipos instalados.

La primera protección o protección gruesa contra sobretensiones transitorias protege de los efectos de la descarga directa del rayo. Estos elementos consisten en vías de chispas, descargadores de gas o varistores que se caracterizan por permanecer completamente abiertos en caso de corriente normal. Si se sobrepasa la tensión de ruptura entran en cortocircuito derivando toda la corriente a tierra. Al desaparecer el nivel alto de tensión, los componentes vuelven al estado de reposo abriendo de nuevo el circuito. La serie ATSHIELD de protectores contra sobretensiones transitorias de Aplicaciones Tecnológicas S.A. combina elementos robustos con componentes limitadores, logrando una gran capacidad de absorción de la corriente directa del rayo junto con una baja tensión residual.

La segunda protección es más fina que la anterior y suele estar formada por varistores, que son resistencias variables. En general, son más rápidos que las vías de chispas, pero presentan el inconveniente de que a tensiones normales se produce una cierta impedancia que causa pequeñas fugas de corriente. Las series ATSUB y ATCOVER de Aplicaciones Tecnológicas S.A. resultan totalmente adecuadas para esta segunda protección. En concreto, la serie ATSUB soporta corrientes de decenas de kiloamperios reduciendo la sobretensión a niveles no perjudiciales para los equipos. La serie ATCOVER, además de robusta y completa, protege todas las fases de manera rápida y eficaz, en modo común y diferencial, dejando una baja tensión residual. Se debe tener en cuenta que, si no hay 10 metros de cable de separación entre los protectores ATSHIELD y los ATSUB/ATCOVER, se debe instalar una bobina de coordinación como ATLINK.

La tercera barrera de protección está formada normalmente por diodos supresores de transitorios que son elementos muy rápidos que dejan tensiones residuales muy bajas. Sin embargo, hay que considerar que son incapaces de soportar corrientes mayores de unos amperios. En Aplicaciones Tecnológicas S.A. contamos con los protectores ATSOCKET y ATPLUG, así como los específicos para proteger líneas de telecomunicaciones y datos ATFONO, ATLAN y ATFREQ.

Las líneas de teléfono y de datos, presentes en una cantidad considerable en los edificios inteligentes, pueden actuar como conductos que introduzcan las sobretensiones en la estructura y en los equipos. Debe tenerse en cuenta que, por definición, estos edificios cuentan con dispositivos variados que controlan equipos electrónicos desde distancias remotas usando líneas de datos. Además, estas líneas de comunicación de datos se conectan directamente a los circuitos integrados de equipos sensibles, de forma que cualquier sobretensión puede causar graves daños en las pistas y componentes, provocando la degradación o destrucción del equipo, incluidos los datos almacenados. Asimismo, las líneas telefónicas están conectadas a equipos sensibles e importantes dentro y fuera de los ordenadores. Por eso, las series ATFONO (para líneas telefónicas analógicas, ADSL, RDSI) y ATLAN (para líneas informáticas y red interna de ordenadores) son especialmente relevantes en la protección contra sobretensiones transitorias en este tipo de edificios.

Los edificios inteligentes, con sus peculiaridades derivadas de la amplia variedad de equipos electrónicos muy sensibles y conectados en red cuyo fallo implica la paralización de la actividad de los ambientes de trabajo, requieren de protección contra el rayo y sus efectos destructivos. Si desea más información acerca de las soluciones de Aplicaciones Tecnológicas para la protección de Smart buildings, puede contactarnos en este enlace.

Referencias

  1. National Fire Protection Association (NFPA). NFPA 780 Safety Standard for the Installation of Lightning Protection Systems. (2020).
  2. AENOR. UNE-EN 62305-1 Protección contra el rayo Parte 1: Principios generales. (2011).