Protección frente a rayos y sobretensiones
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Los equipos de radiocomunicación, conectados a sus antenas, están especialmente expuestos a las perturbaciones transitorias debidas a descargas atmosféricas, el riesgo siendo máximo al recibir un impacto directo en la torre donde las antenas están ubicadas. Los equipos, tales como las estaciones de radio base de telefonía celular, deberán tomar en cuenta este riesgo «rayos» para garantizar a los sistemas una continuidad de servicio optimizada.

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Las corrientes conducidas provocadas por el impacto directo de rayos en instalaciones de telecomunicaciones, especialmente sobre antenas, estaciones base o torres de comunicaciones, pueden causar fallos catastróficos en los equipos de radiofrecuencia. A su vez, las corrientes inducidas por la caída de rayos en las proximidades también pueden resultar muy perjudiciales, al igual que sobretensiones transitorias debidas a conmutaciones de la compañía eléctrica, maquinaria de gran potencia o descargas electrostáticas.

Los equipos de telecomunicaciones son muy susceptibles a transitorios de tensión en sus cables coaxiales, ya que son elementos de constitución electrónica de gran sensibilidad compuestos en gran parte por componentes semiconductores. Por otro lado, las antenas son elementos muy expuestos a la recepción de sobretensiones de origen atmosférico, debido a que son elementos que se ubican en las partes más elevadas de edificios o sobre torres de comunicaciones.

Es evidente pues la importancia que tiene proteger los equipos de comunicaciones frente a este tipo de sobretensiones. Algunos fabricantes incluyen esta protección en sus equipos, pero en otros casos debemos instalar este tipo de protecciones personalmente.

Las sobretensiones pueden ser conducidas, por impacto directo de un rayo sobre la antena, o inducidas por la caída de rayos en las proximidades que se propagan sobre el terreno, llegando a crear campos de miles de amperios. Las mayores sobretensiones se producen por la descarga directa de rayos sobre el sistema de protección del edificio o instalación, así como los conductores de potencia secundarios. En tales casos, aunque la corriente transitoria que fluye a través de los protectores instalados es similar en magnitud a las sobretensiones inducidas, las corrientes por descarga directa de rayos transfieren considerablemente más carga y energía específica que las inducidas. Por ello los dispositivos protectores de sobretensiones se ven sometidos a un mayor estrés eléctrico y mecánico que puede provocar su fallo.

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Las corrientes conducidas provocadas por rayos directos suelen representarse con una forma de onda conocida como 10/350 μs y que se detalla en las normas IEC 61643-1 e IEEE C62.41.2. Existe un consenso internacional en que esta forma de onda modela aceptablemente bien la corriente de pico conducida y la transferencia de carga y energía durante el impacto directo de un rayo. Por este motivo, los dispositivos protectores se testean con esta forma de onda. Por otro lado, las corrientes inducidas se representan con una forma de onda del tipo 8/20 μs, tal y como se indica en las anteriores normas. Por último, los picos de tensión producidos por conmutaciones de equipos electrónicos o maquinaria interferente también deben ser tenidos en cuenta, pues si bien son menores en intensidad, su mayor frecuencia puede provocar daños a largo plazo sobre la circuitería de estado sólido.
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Un protector de sobretensiones funciona como una válvula que bajo niveles de tensión normales se encuentra cerrada. Cuando detecta un nivel de voltaje peligroso, entonces se activa y reduce dicha tensión permitiendo el flujo de corriente a tierra, gracias a la menor resistencia. Los protectores de sobretensión pueden ser de tres tipos. Los de tipo 1tienen capacidad para derivar a tierra corrientes altas en curva 10/350 μs, siendo necesarios para proteger descargas directas de rayos. Evidentemente, éstos se instalan por encima de los protectores de tipo 2 y 3, que tienen capacidad para derivar a tierra corrientes altas y medias, respectivamente, en curva 8/20 μs.

Existen diferentes tecnologías para la fabricación de protectores de sobretensiones, entre las que se encuentran: tiristores de estado sólido, tubos de gas, diodos de avalancha y varistores de óxido metálico. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de un protector de sobretensiones típico utilizado en equipos de radiofrecuencia. Para el buen funcionamiento de estos protectores es imprescindible una correcta instalación de la toma de tierra, ya que deben derivar intensidades de corriente que pueden llegar a ser elevadas.

Instalación:

La eficacia de la protección coaxial depende mucho de la coherencia de la instalación, especialmente en lo que concierne su conexión a la red de tierra de la instalación.

Las reglas principales que se deben seguir para la instalación de las protecciones coaxiales son:

Red de toma de tierra equipotencial: todos los conductores de protección de la instalación deben estar interconectados y conectados a una toma de tierra (o red común de tierra) única.

Conexión optimizada de la protección a la red de tierra: para minimizar las tensiones residuales al drenar las corrientes de descarga, la conexión de la protección a la red de tierra debe ser la más corta posible (inferior a 50 cm) y de sección la más elevada

posible (> 4 mm²).

Cuidado: asegurar el buen contacto, quitando pintura y cada superficie aislante.

Ubicación idónea de las protecciones: resulta mejor instalarlas en la entrada de la instalación (para limitar la penetración de corriente de descarga en la instalación), y también cerca de los equipos de mayor sensibilidad (para mejorar el nivel de protección).

 

Montaje:

Montaje usando la conexión fija existente.

- Conexión a la red equipotencial por cable (sección de 4mm² mínima y longitud de 50 cm máxima).

 

Características:

• R.O.E (o VSWR) < 1,3

• Imax : 20 kA (8/20μs)

• Rango de frecuencia: 800 - 3000 MHz

• Conectores: N

• Perdidas de inserción < 0,15 dB

• R.O.E (o VSWR) < 1,2

• Imax : 10 kA (8/20μs)