Ficha Tecnológica: Montaje de Sistemas de Protección contra el Rayo para Edificios y Estructuras

Esta ficha tecnológica cubre el montaje de sistemas de protección contra el rayo para una amplia gama de edificios y estructuras. La protección contra el rayo es esencial para prevenir los efectos térmicos, mecánicos y electromagnéticos de las descargas eléctricas atmosféricas, que pueden provocar incendios, destrucciones, explosiones y lesiones. Las manifestaciones peligrosas del rayo incluyen el impacto directo, la inducción electromagnética y electrostática, así como la introducción de altos potenciales a través de comunicaciones metálicas subterráneas y aéreas.

La protección contra los impactos directos del rayo se realiza mediante pararrayos, cuyo principio de funcionamiento se basa en la interceptación de la descarga por las estructuras metálicas más altas y puestas a tierra, protegiendo así los objetos situados en su zona. En general, un pararrayos consta de un captador (que recibe el impacto directo), una estructura de soporte, un conductor de bajada (que asegura la conexión eléctrica con el electrodo de tierra) y un electrodo de tierra (que asegura el contacto con el terreno). Las estructuras de soporte metálicas o de hormigón armado pueden funcionar como conductores de bajada.

Se distinguen varios tipos de pararrayos según la construcción y ubicación del captador: de varilla aislados, de cable (o alambre) aislados o de antena, de varilla instalados directamente en el objeto o aislados de este, así como de malla, superpuestos sobre la cubierta del objeto a proteger. Para objetos de categoría de protección III, se permite el uso de cubiertas metálicas como captador. Las mallas captadoras deben tener un tamaño de celda no superior a 150 m², por ejemplo, 12x12 m.

La resistencia de impulso de cada electrodo de tierra del pararrayos no debe exceder los 20 Ω. En suelos con alta resistividad (superior a 500 Ω·m), se permite una resistencia de hasta 40 Ω. Una excepción son las construcciones para ganado vacuno y establos, donde la resistencia de impulso de cada electrodo de tierra no debe exceder los 10 Ω.

Al proteger objetos de categoría III, se recomienda utilizar al máximo las estructuras metálicas existentes, chimeneas, torres de agua y otras construcciones elevadas. Las tuberías verticales no metálicas (de edificios, calderas, torres de agua, torres de celosía) de más de 15 m de altura se protegen con la instalación de captadores. Para tuberías de hasta 50 m de altura, se instala un captador de 1 m de altura y un conductor de bajada. Para tuberías de 50-150 m de altura, se requieren al menos dos captadores simétricos (conectados en el extremo superior) de 1 m de altura cada uno y la instalación de dos conductores de bajada (una escalera metálica puede servir como un conductor de bajada). En tuberías de hormigón armado, se utiliza su armadura como conductores de bajada. Las tuberías metálicas, torres y torres de celosía no requieren la instalación de un captador y conductor de bajada separados, y se conectan directamente a un electrodo de tierra con una resistencia de impulso no superior a 50 Ω.

Las instalaciones metálicas exteriores o depósitos que contienen líquidos inflamables con un punto de inflamación superior a +61 °C, se protegen de las siguientes maneras: si el espesor del metal de la cubierta es inferior a 4 mm, mediante pararrayos independientes o instalados en la estructura; si el espesor del metal de la cubierta es de 4 mm o más, mediante la conexión directa de la cubierta a un electrodo de tierra con una resistencia no superior a 50 Ω. Pequeñas construcciones (con una superficie de hasta 150 m², altura de hasta 7 m) de categoría III, incluyendo almacenes, pueden tener una protección contra el rayo simplificada utilizando alambre de acero de 5-6 mm de diámetro, tensado a una distancia no inferior a 250 mm del caballete del tejado, y captadores verticales de 1,5-2 m de longitud de tubos de acero o angulares, conectados a 1-2 electrodos de tierra de varilla verticales de 2-3 m de longitud.

Para tiendas de campaña en campo abierto, se utilizan pararrayos de varilla o de cable aislados, con una resistencia de impulso de cada electrodo de tierra no superior a 40 Ω y una distancia desde el electrodo de tierra a la tienda de campaña no inferior a 10 m. Los electrodos de tierra deben ser de tipo profundo. En zonas boscosas, los captadores pueden instalarse en árboles altos, alejados de las tiendas de campaña a una distancia no inferior a 10 m. Si los árboles están a una distancia inferior a 10 m de las tiendas de campaña, se instalan bajadas metálicas en ellos hasta una altura de 2,5 m, conectadas a un electrodo de tierra con una resistencia de impulso no superior a 50 Ω. A una distancia inferior a 4 m, se coloca una malla metálica de alambre de 5-6 mm de diámetro con una celda no superior a 1,5x1,5 m bajo la tienda de campaña a una profundidad de 10-15 cm. Para tiendas de campaña a una distancia de 4-10 m de los árboles, es suficiente un anillo de tierra de alambre de 5-6 mm de diámetro, colocado alrededor de la tienda de campaña a una profundidad de 10-15 cm.

La protección contra la introducción de altos potenciales, inducidos en las estructuras y comunicaciones metálicas exteriores a nivel del suelo, prevé su conexión a un electrodo de tierra con una resistencia de impulso no superior a 20 Ω en la entrada al objeto protegido, así como en el soporte más cercano al objeto. Se permite la conexión al electrodo de tierra de la protección contra el rayo o a la puesta a tierra de la instalación eléctrica.

El montaje de los dispositivos de protección contra el rayo en edificios y estructuras de nueva construcción lo realizan organizaciones especializadas que poseen la cualificación y las licencias necesarias. Durante el diseño y montaje, los electrodos de tierra (excepto los profundos) deben ubicarse en lugares poco frecuentados (céspedes, arbustos), lejos de las principales vías de circulación y peatonales para aumentar la seguridad. Los conductores de bajada deben situarse alejados de las entradas de los edificios para evitar contactos accidentales.

Los trabajos para la instalación de protección contra impactos directos de rayo se realizan en la siguiente secuencia:

Para el montaje de pararrayos de varilla aislados:

1. Fijación del captador a la estructura de soporte (poste).

2. Trazado del conductor de bajada y su conexión al captador mediante soldadura, conforme a los requisitos de ISO 17660.

3. Instalación de la estructura de soporte (poste) en una excavación previamente preparada.

4. Conexión del conductor de bajada al electrodo de tierra.

Para el montaje de pararrayos de cable (o alambre):

1. Instalación de las estructuras de soporte (postes) con los conductores de bajada fijados a ellas.

2. Tensado del cable captador entre los postes.

3. Conexión de los conductores de bajada al electrodo de tierra.

La protección contra la introducción de altos potenciales se realiza durante el proceso de construcción del edificio o estructura y el montaje de las tuberías y estructuras metálicas tecnológicas. Al construir edificios y estructuras altas durante la temporada de tormentas, a partir de una altura de 20 m, se prevén dispositivos temporales de protección contra el rayo para la seguridad de las personas y la preservación de las estructuras. Se utilizan captadores de cualquier diseño, conectados al electrodo de tierra mediante conductores de bajada que descienden libremente a lo largo de las paredes. A medida que aumenta la altura de la estructura, los captadores con los conductores de bajada se trasladan más arriba. Se permiten conexiones atornilladas entre elementos individuales del dispositivo temporal de protección contra el rayo con una resistencia de contacto no superior a 0,05 Ω.

1conductor de bajada

2listón o tabla para tensar el pararrayos

3captadores

4electrodo de tierra

1. **Montaje de pararrayos de varilla:** 1. Fijación del captador a la estructura de soporte. 2. Trazado y soldadura del conductor de bajada al captador. 3. Instalación de la estructura de soporte en la excavación. 4. Conexión del conductor de bajada al electrodo de tierra.
2. **Montaje de pararrayos de cable:** 1. Instalación de los postes con los conductores de bajada fijados. 2. Tensado del cable captador entre los postes. 3. Conexión de los conductores de bajada al electrodo de tierra.
3. **Montaje de protección contra la introducción de altos potenciales:** Se lleva a cabo durante el proceso de construcción del edificio y montaje de las comunicaciones metálicas.
4. **Instalación de protección temporal contra el rayo (para edificios altos):** A partir de una altura de 20 m, se instalan captadores temporales con conductores de bajada, que se trasladan hacia arriba a medida que avanza la construcción.

Una vez finalizado el montaje, los dispositivos de protección contra el rayo se someten a pruebas para verificar la calidad de los trabajos realizados y medir la resistencia de los sistemas de puesta a tierra de todos los pararrayos. Los elementos del sistema de puesta a tierra deben cumplir con la documentación del proyecto y las normas. Se comprueban la sección y la conductividad de los elementos, así como la integridad y resistencia de los conductores de tierra, sus conexiones y uniones. La fiabilidad de las uniones soldadas, realizadas de acuerdo con ISO 17660, se verifica adicionalmente mediante un golpe de martillo de 1 kg de masa. Es necesario asegurarse de la ausencia de roturas y defectos visibles.

Para instalaciones eléctricas de hasta 1000 V con neutro rígidamente puesto a tierra, se comprueba el circuito fase-neutro. Esto puede hacerse mediante la medición directa de la corriente de cortocircuito monofásico a masa del receptor eléctrico más alejado y potente, o mediante la medición de la impedancia total del bucle fase-neutro con el posterior cálculo de la corriente de cortocircuito. La corriente de cortocircuito monofásico debe exceder al menos tres veces la corriente nominal del fusible más cercano o 1,5 veces la corriente de disparo del interruptor automático correspondiente. Se mide la resistencia del sistema de puesta a tierra; su valor debe corresponder a los requisitos del proyecto y a las normas aplicables (por ejemplo, IEC 62305).

Durante la aceptación para la operación, se verifica la calidad de las fijaciones de los conductores de bajada en las paredes (de forma selectiva, pero no menos del 50% de los puntos de fijación), la fijación de los pararrayos independientes y los instalados en las cubiertas. También se miden las resistencias de los sistemas de puesta a tierra de los pararrayos y otros sistemas de puesta a tierra. Los dispositivos de protección contra los efectos secundarios del rayo se comprueban en su totalidad para objetos de categoría I y de forma selectiva (50% de los dispositivos) para objetos de categoría II. Al entregar los dispositivos de protección contra el rayo para su operación, la organización de montaje proporciona un paquete completo de documentación as-built, incluyendo actas de trabajos ocultos, protocolos de mediciones de resistencias de los sistemas de puesta a tierra y planos as-built con la disposición mutua de las estructuras protegidas, pararrayos, electrodos de tierra, y para estructuras de categoría I, también todas las comunicaciones que pasen a menos de 10 m de las estructuras protegidas y electrodos de tierra, indicando su propósito y profundidad de instalación. La aceptación y puesta en servicio se formalizan mediante las actas correspondientes.

1. **Pruebas de los sistemas de puesta a tierra:** 1. Inspección visual de los elementos de tierra, verificación de la conformidad de las secciones y conductividad con los datos del proyecto. 2. Verificación del circuito entre los electrodos de tierra y los elementos a tierra, la integridad y resistencia de los conductores, la fiabilidad de las uniones soldadas (golpe de martillo de 1 kg). 3. Verificación de los dispositivos de protección contra sobretensiones (para instalaciones de hasta 1000 V). 4. Verificación del circuito fase-neutro (para instalaciones de hasta 1000 V con neutro rígidamente puesto a tierra): medición de la corriente de cortocircuito monofásico o de la impedancia del bucle fase-neutro. 5. Medición de la resistencia del sistema de puesta a tierra (principal y auxiliar/de refuerzo).
2. **Pruebas de los dispositivos de protección contra el rayo:** 1. Verificación de la calidad de las fijaciones de los conductores de bajada (al menos el 50% de forma selectiva) y de los pararrayos. 2. Medición de las resistencias de los sistemas de puesta a tierra de los pararrayos. 3. Verificación de los dispositivos de protección contra los efectos secundarios (todos para categoría I, 50% para categoría II).
3. **Entrega para operación:** Suministro de la documentación completa, incluyendo actas, protocolos de medición y planos as-built.

Las estructuras de soporte (postes) de los pararrayos de varilla y de cable aislados pueden ser de acero de diversas calidades, hormigón armado (por ejemplo, clases de resistencia C20/25 o C25/30) o madera. Los postes metálicos deben protegerse contra la corrosión (mediante galvanización, estañado o pintura), y los de madera contra la putrefacción. El cálculo de los postes de los pararrayos de varilla se realiza para la resistencia mecánica como estructuras de pie libre, y el de los de cable, teniendo en cuenta la fuerza de tensión del cable y la carga del viento, sin considerar los esfuerzos dinámicos de las corrientes de rayo.

Los captadores se fabrican de acero de cualquier calidad y perfil con una sección mínima de 100 mm². La longitud de los captadores instalados en postes metálicos debe ser de al menos 1-1,5 m, y los que son una prolongación de los conductores de bajada, de al menos 300-400 mm. En postes de materiales aislantes (madera, hormigón armado), los captadores deben instalarse sobre soportes metálicos. Los captadores de los pararrayos de cable se fabrican con cable de acero galvanizado multifilar con una sección mínima de 35 mm². Como captadores también pueden utilizarse estructuras metálicas de las edificaciones protegidas (chimeneas, deflectores, cubiertas, mallas), siempre que cumplan los requisitos de sección y longitud.

Los conductores de bajada deben ser de acero con las dimensiones mínimas especificadas en la documentación del proyecto o en las normas internacionales pertinentes (por ejemplo, IEC 62305). Se permite el uso de estructuras metálicas del edificio como conductores de bajada: tuberías, escaleras de incendios, armadura longitudinal de columnas y postes de hormigón armado. Los conductores de bajada se instalan a lo largo de la estructura de soporte o del edificio protegido por la ruta más corta hasta el electrodo de tierra. La unión de segmentos individuales de conductores de bajada entre sí, así como la conexión de los conductores de bajada a los captadores y a los electrodos de tierra, deben realizarse mediante soldadura, conforme a ISO 17660. Las conexiones atornilladas se permiten excepcionalmente solo para objetos de categoría III, así como para verificar la magnitud de la resistencia de los electrodos de tierra. Las conexiones desmontables se realizan en el exterior del objeto a una altura de 1-1,5 m del suelo y deben tener al menos dos tornillos M10, separados entre sí por una distancia no inferior a 30 mm.

Los electrodos de tierra para dispositivos de protección contra el rayo se construyen de manera similar a los sistemas de puesta a tierra de las instalaciones eléctricas, cumpliendo con las secciones mínimas de los elementos según la documentación del proyecto y las normas aplicables.

La operación de los sistemas de puesta a tierra de las instalaciones eléctricas y de los dispositivos de protección contra el rayo de edificios y estructuras debe llevarse a cabo de acuerdo con las normativas internacionales y nacionales vigentes sobre la operación técnica de las instalaciones eléctricas y la seguridad laboral. La tarea principal es mantener estos dispositivos en el estado de funcionamiento y fiabilidad necesarios durante toda su vida útil.

Para cada sistema de puesta a tierra y dispositivo de protección contra el rayo en operación, se debe emitir un expediente que contenga el esquema, los datos técnicos principales, los resultados de las verificaciones del estado técnico, así como información sobre las reparaciones y modificaciones realizadas. La supervisión regular del cumplimiento de las normas de operación recae en los servicios operativos responsables o las autoridades competentes. El personal involucrado en el montaje y mantenimiento de los sistemas de protección contra el rayo debe estar cualificado y capacitado en normas de seguridad laboral, especialmente al trabajar en altura y con instalaciones eléctricas. Todos los trabajos deben realizarse de acuerdo con los planes de trabajo aprobados, teniendo en cuenta las condiciones climáticas y los riesgos.