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© 2012 Cirprotec Todos los derechos reservados Artículo técnico Cirprotec nº1

Artículo técnico Cirprotec nº 1

Protección contra el rayo y las sobretensiones en Repetidores de señal TDT y Gap Fillers.



0. Introducción

Por medio del Plan Técnico Nacional de Televisión Terrestre, reflejado en el Real Decreto 944/2005, se fija el 3 de abril de 2010 como fecha de cese de las emisiones de televisión analógica terrestre. Este día, conocido como el “apagón analógico”, la tecnología digital sustituirá por completo la tecnología analógica. Para que este cambio sea posible una nueva red de repetidores de señal ha de ser implantada en diversos puntos de la geografía. Estos repetidores de señal se colocarán en puntos previamente estudiados para que puedan abarcar el máximo de zona posible, aprovechando la red de emplazamientos ya existentes y creando nuevas. No obstante, debido a las propias irregularidades del terreno, se crearán zonas de “sombras” a las cuales no les llegará la señal. Por este motivo es necesario reforzar la señal de cada emisor con gap-fillers, los cuales asegurarán la calidad de la señal en todas las zonas. Tanto los emisores principales como los gap-fillers están ubicados en colinas o zonas muy despejadas, por lo que presentan una gran exposición a las sobretensiones de origen atmosférico. Adicionalmente, los elementos que componen los emisores o gap-fillers para limpiar y reenviar la señal, tienen componentes electrónicos muy sensibles a estas sobretensiones. Por estos 2 motivos, las instalaciones de distribución de la señal TDT son especialmente sensibles a la problemática de las sobretensiones.

Tanto los emisores principales como los gap-fillers presentan una gran exposición a las sobretensiones de origen atmosférico.

El coste de los elementos que constituyen estas instalaciones, y la importancia de la continuidad de servicio, hacen muy necesario la instalación de una correcta protección contra sobretensiones. Estos protectores derivarán a tierra cualquier sobretensión inducida o conducida que sea producida por el efecto del rayo, protegiendo así los receptores y asegurando la continuidad de servicio. Adicionalmente, si la ubicación del repetidor hace prever una caída directa del rayo, se deberá instalar un sistema externo de protección contra el rayo, mediante pararrayos con dispositivo de cebado. Este sistema, en caso de caída directa de rayo, atraerá la descarga y la derivará a tierra impidiendo un impacto en alguna antena y evitando costes en desperfectos en y discontinuidades de servicio.

Fig. 1 Esquema sistema de distribución de la TDE compuesto por repetidores y gap-fillers



1. ¿Qué son las sobretensiones?

Las sobretensiones transitorias son picos de tensión que alcanzan valores de decenas de kilovoltios y una duración de microsegundos. Aún su corta duración, causan la destrucción de los equipos conectados a la red provocando graves daños e interrupciones de servicio. El origen de estas sobretensiones se encuentra en los campos electromagnéticos que se crean en las tormentas. Cuando se genera un rayo, éste crea un campo electromagnético muy intenso, el cual induce las sobretensiones transitorias en todos los conductores metálicos. Las líneas exteriores y de más distancia son las que están más expuestas a este campo, recibiendo inducciones más elevadas.

Las sobretensiones transitorias son picos de tensión que alcanzan valores de decenas de kilovoltios y una duración de µs. Tanto en las instalaciones de repetidores como en la de gap-fillers las vías propensas a sufrir sobretensiones inducidas son principalmente los cables coaxiales de las antenas. Éstos tiene parte de su trazado por el exterior, lo que los hace aún más propensos a inducir sobretensiones. En un segundo lugar, los cables de alimentación pueden también ser la vía de propagación de las sobretensiones transitorias. Al tener una longitud de cable muy larga el grado de inducción es muy elevado. Adicionalmente las vías de distribución eléctrica pueden transmitir un segundo tipo de sobretensión. Se denominan sobretensiones permanentes, y son un aumento superior al 10% de la tensión eficaz de la red. Su origen es la rotura o el mal conexionado del neutro, cuando esto sucede la tensión que recibe la instalación es flotante y depende del desequilibrio de la carga en la red trifásica, pudiendo llegar a suministrar 400V eficaces en vez de los 230V. Un aumento de la tensión eficaz origina desde el envejecimiento prematuro de los receptores, a la destrucción inmediata con incendio.

Las sobretensiones permanentes son aumentos de tensión, en la red eléctrica, de centenas de voltios durante un periodo de tiempo indeterminado.

Adicionalmente, los repetidores de TDT o los gap-fillers suelen estar ubicados en zonas de alta exposición. Su relieve irregular y su naturaleza metálica provocan una alta atracción a los impactos directos del rayo. Cuando esto sucede, la energía propia del rayo no sólo provoca sobretensiones inducidas, sino también conducidas, las cuales son mucho más intensas. La única forma de proteger contra un impacto directo es mediante un sistema externo de protección. El pararrayos Nimbus de Cirprotec, dispone de un dispositivo de cebado (PdC) gracias al cual se llegan a alcanzar radios de cobertura de más de 100 metros. El pararrayos atraerá al rayo y lo derivará a tierra, evitando así un impacto directo en cualquier otro punto de la instalación.

Fig. 2 Sobretensión Transitoria

Fig. 3 Sobretensión Permanente



2. Protección necesaria En base a lo comentado en el punto anterior, se diferencian dos tipos de protecciones para este tipo de instalaciones: Una protección externa, basada en un sistema de captación del rayo, y una protección interna para proteger de las diferentes sobretensiones inducidas en los cables. La protección interna tiene que objetivo evitar que las sobretensiones dañen a los receptores. Los protectores de sobretensiones se conectan a los cables que pueden recibir la sobretensión, y en caso de haber un pico de tensión demasiado elevado, lo derivará a tierra limitando la tensión que recibe el receptor a un valor admisible por el receptor. Tal como muestra la figura 4, las posibles vías de sobretensión en este tipo de instalaciones son los cables coaxiales y los cables de distribución eléctrica, para sobretensiones transitorias, y los cables de distribución eléctrica para sobretensiones permanentes. Para proteger de las sobretensiones inducidas en los cables coaxiales se ha de instalar un protector de la gama CT10 en cada uno de los conductores provenientes de las antenas, tanto receptoras como emisoras. La gama CT10 incluye protectores con todos los conectores que este tipo de instalaciones utilizan: N, BNC, F, TNC, NW, UHF,... Estos protectores se han de instalar lo más cerca posible de los equipos. Instalados en serie con la señal, limita la sobretensión a un valor pico inferior al admisible por el receptor, garantizando así la protección. Este protector es compatible con todas las señales de los coaxiales debido a que ofrece una pérdida de inserción inferior a 0,5dB, una impedancia de 50 o 75 Ohms y ancho de banda de 2,5GHz.

Los protectores contra sobretensiones de señal, limitan la sobretensión a un valor de pico inferior al admisible por el receptor, protegiéndolo así de cualquier daño.

Fig. 4 Posibles vías de sobretensión en un repetidor o gap filler n



La segunda posible vía de propagación es la línea de distribución eléctrica. Como ya se ha comentado en el punto anterior, esta vía también puede propagar un segundo tipo de sobretensiones, las permanentes. Por este motivo se instalará un único protector, el V-Check 4MR pero que protege tanto de las sobretensiones permanentes como de sobretensiones transitorias. En caso de recibir una tensión eficaz superior a la permisible la única solución posible es desconectar la instalación para impedir los daños en los receptores y los incendios. Por la importancia que tiene la continuidad de servicio en este tipo de instalaciones, y su posible situación remota, este protector será de reconexión automática. En el momento que la tensión de entrada vuelva a estar en unos valores seguros para la instalación, el equipo reconectará. El protector incluye el interruptor automático magnetotérmico. El sistema de reconexión automática es necesario en este tipo instalaciones debido a la necesidad de garantizar la continuidad de servicio En la siguiente figura 5 se puede apreciar la instalación de estos protectores en la instalación: Protectores coaxiales para los cables de las entradas de los gap-fillers, y protectores contra sobretensiones permanentes y transitorias para instalar en el cuadro eléctrico.

Si la instalación dispone de protección externa contra el rayo, la protección de la red eléctrica se deberá reforzar, ya que no sólo recibirá una sobretensión inducida, sino también una conducida. Para esta situación, se instalará el protector PSC4-12,5/400 para sobretensiones transitorias, y el protector de contra sobretensiones permanentes rearmable OVERCHECK. Ambos productos detallados en la figura 7. Si la instalación dispone de protección externa, la protección de la red eléctrica se deberá reforzar (debido a las sobretensiones inducidas y conducidas) Algunos emplazamientos utilizan tensiones de trabajo de 24Vdc o 48Vdc por motivos de normativas particulares y/o por seguridad. Estas tensiones provienen de una fuente alimentada a 230Vac o de un sistema fotovoltaico. Si el emplazamiento dispone de fuente de alimentación, además de la protección ya comentada, la cual se instalará "aguas arriba" de la fuente", es necesaria una protección adicional a la salida de la fuente, especialmente dimensionada para este tipo de tensiones. Si por el contrario, el emplazamiento se alimenta mediante una instalación fotovoltaica no hace falta proteger contra sobretensiones permanentes. La protección será exclusivamente contra sobretensiones transitorias siguiendo las mismas directrices anteriormente comentadas pero con productos específicos para estas tensiones.

Fig. 5 Instalación de protectores necesarios



La protección externa es indispensable para garantizar la protección contra impactos directos de rayos y evitar así daños a personas o en materiales. El sistema de protección consta de un elemento captador, encargado de atraer al rayo, un bajante con sus accesorios, encargados de derivar la energía del rayo a tierra, y un sistema de tierras. Como elemento captador se utilizará un pararrayos con dispositivo de cebado. Este tipo de pararrayos consiguen una mayor protección ofreciendo mayores radios de cobertura. Tradicionalmente se han instalado en torres de telecomunicación los sistemas denominados puntas Franklin, la zona de cobertura de este sistema es un cono, no con radios de cobertura, y de esta forma, no pueden garantizar ni la protección de las antenas, ni de edificios o personas que se encuentren en las inmediaciones de la torre. Para conseguir una correcta derivación de la energía se ha de instalar una bajante al pararrayos mediante un elemento de adaptación, el cual garantiza la continuidad entre el conductor bajante y el propio pararrayos. Esta bajante necesita estar fijada a la estructura con soportes para poder aguantar el esfuerzo mecánico al cual está sometido en el momento de la descarga. Por último, esta bajante estará conectada a su propia instalación de tierras, ésta ha de ser diferente e independiente a la puesta a tierra de la propia torre, pero ambas han de estar conectadas para así garantizar equipotencialidad, y conseguir una correcta protección. Los pararrayos con dispositivo de cebado ofrecen una protección superior (mayor radio de cobertura) Si la estructura de la torre es suficientemente grande, más de 3mm espesor, se podrá utilizar esta propia estructura como bajante. Es importante destacar que cada una de las tierras por separado ha de tener un valor máximo de 10 ohmios.

Fig 6. Instalación de protección externa



1. CT10-N (cód. 77801650), instalados lo más cercano posible al gap-filler y en cada uno de los cables coaxiales que provienen de la torre. (Disponible con otros conectores)

2. V-Check 4MR (cód. Según intensidad nominal),

instalado como cabecera del cuadro eléctrico, ofrece: interruptor automático magnetotérmico + protección Sobretensiones transitorias + protección sobretensiones Permanentes rearmable. (Disponible con otras intensidades nominales)

1. Nimbus CPT-1 (cód. 77901100), pararrayos con dispositivo de Cebado, disponible todos los accesorios necesarios para cualquier aplicación. Póngase en contacto para realización de estudio gratuito para su instalación.

2. CT10-N (cód. 77801650), instalados lo más cercano

posible al gap-filler y en cada uno de los cables coaxiales que provienen de la torre. (Disponible con otros conectores)

3. PSC4-12,5/400 (cód. 77738405), instalado en el

cuadro general, aguas abajo del cabecera. Protectores de sobretensiones transitorias tipo1+2.

4. Overcheck (cód. 77762667), instalado en el cuadro

general, actúa sobre el automático rearmable de cabecera. Protectores de sobretensiones permanentes. También disponible con protección diferencial y automático general rearmable. (Cuadro que incorpora IGA de 63A y protección diferencial, disponibles otras intensidades)

3. Conclusión final. Según lo comentado durante el artículo, para evitar daños e interrupciones de servicio necesitamos proteger todas las posibles vías de sobretensiones. Según la exposición del emplazamiento del emisor o gap-filler, un sistema de protección externa será necesario. Por norma general, debido a la ubicación de los emplazamientos, los emisores principales por su mayor exposición a los fenómenos atmosféricos, requerirán de protección externa, al contrario que los gap fillers, que por general, la protección interna será suficiente. Tal como se ha comentado, la protección interna variará si existe esta protección externa. En la siguiente figura se representan los dos escenarios: Protección necesaria cuando hay pararrayos y cuando no lo hay. Solución protección interna (Ejemplo: Gap filler) Solución protección interna y externa (Ejemplo: Emisor principal)

Fig 7a. Protección interna de la gama Cirprotec para emplazamientos de la TDT

Fig 7b. Protección externa e interna de la gama Cirprotec para emplazamientos de la TDT



Colección Artículos técnicos Cirprotec 1.- Protección contra el rayo y sobretensiones en repetidores de señal TDT y Gap fillers. 2.- Protección contra sobretensiones en instalaciones comunes de telecomunicaciones de edificios. 3.- Protección contra sobretensiones en instalaciones de alumbrado exterior. 4.- Protección contra el rayo y sobretensiones en colegios y escuelas. 5.- Protección contra el rayo y sobretensiones en estaciones depuradoras aguas residuales. 6.- Protección contra el rayo y sobretensiones en red SAIH (sistema automático información hidrológica). 7.- Protección contra el rayo y sobretensiones en OFICINAS BANCARIAS 8.- Sobretensiones Permanentes. Norma UNE-EN 50550. Protectores contra Sobretensiones Permanentes a

frecuencia de red – POP.

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