Protección contra rayos para sistemas de radioaficionados

La mayoría de los radioaficionados probablemente no son conscientes de las consecuencias que puede tener la caída de un rayo sobre su sistema de antenas. ¿Son suficientes las medidas adoptadas?

Si nos fijamos en los edificios residenciales normales y tenemos en cuenta que los rayos caen preferentemente en estructuras metálicas que sobresalen por encima del tejado, como los sistemas de antenas, podemos decir que la puesta a tierra de las antenas en el techo es de facto una "luz de protección contra rayos" para el shack. Esta es una motivación adicional para poner a tierra una antena.

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FAQ

¿Por qué necesito protección contra rayos para mi antena?
La protección contra rayos es necesaria para proteger su antena de los efectos dañinos de los rayos. Esto puede ayudar a evitar daños en los equipos y pérdidas de datos o señales.
¿Cómo instalo protección contra rayos para mi antena?
La instalación de protección contra rayos para su antena debe ser realizada por profesionales. La protección contra rayos se conectará directamente a la entrada de la antena y se pondrá a tierra para garantizar la protección.
¿Qué tipo de protección contra rayos es la más adecuada para mi antena?
El tipo de protección contra rayos que es más adecuado para su antena depende de varios factores, como el tipo y tamaño de la antena, el área de recepción y las condiciones climáticas locales.
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La norma DIN VDE 0800-300 "Sistemas de transmisión/recepción de radio para potencias de salida de transmisor de hasta 1 kW - Parte 300: Requisitos de seguridad", que es relevante para los radioaficionados (en edificios sin sistema de protección contra rayos), se está revisando actualmente en colaboración con algunos de los autores de este artículo.

Las siguientes explicaciones se basan en el proyecto de norma actual, aún no publicado, cuya publicación está prevista para 2024.

Este artículo presenta las medidas técnicas y organizativas para la puesta a tierra de las antenas y la protección contra rayos de las estaciones fijas de radioaficionados. Las medidas adicionales de protección contra sobretensiones son útiles si se desea proteger los dispositivos eléctricos en el shack y, posiblemente, en el edificio.

Términos

  • Instalación radioeléctrica (estación de radioaficionado):

    Una instalación de radio es el conjunto de un sistema de antena instalado de forma permanente, equipos de radio, cables de antena y de alimentación, suministro de energía, tecnología del sistema e infraestructura asociada.

  • Puesta a tierra de la antena:

    Conexión eléctrica de un sistema de antena a un sistema de puesta a tierra de modo que las corrientes de rayo que se producen en caso de impacto de rayo en el sistema de antena se conduzcan a tierra.

  • Igualación de potencial:

    Establecimiento de conexiones eléctricas entre partes conductoras como mástiles de antena, blindajes de cables coaxiales, carcasas metálicas de equipos de radio con el fin de lograr la compensación de potencial. Si se hace para proteger a las personas, las medidas se denominan conexión equipotencial de protección.

  • Protección contra el rayo, sistema de protección contra el rayo:

    Medidas de protección contra los efectos de las descargas de rayo sobre las personas, las estructuras y los equipos técnicos. Las medidas de protección coordinadas se denominan sistema de protección contra el rayo.

  • Protección contra sobretensiones:

    Medidas de protección contra los efectos de las sobretensiones. Esto incluye el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones o el apantallamiento de dispositivos y cables.

De estas definiciones ya se desprenden afirmaciones importantes:

  • Antenna earthing:

    La puesta a tierra de la antena no es ni protección contra el rayo ni conexión equipotencial (de protección), sino la descarga de las corrientes de rayo de la antena a tierra; esto reduce los incendios y lesiones personales causados por las corrientes de rayo, pero siguen siendo probables los daños materiales, por ejemplo, en aparatos eléctricos.

  • Potential equalisation:

    La compensación de potencial reduce la tensión de contacto y, por lo tanto, es la medida más importante para la protección personal.

  • Surge protection:

    La protección contra sobretensiones protege los aparatos + la tecnología; técnicamente hablando, la compensación de potencial se crea para conductores activos con dispositivos de protección contra sobretensiones.

Nota

Este artículo contiene información técnica general sobre la toma de tierra de antenas y la protección contra rayos. Por lo tanto, siempre es imprescindible que la persona que utilice el equipo compruebe la forma de proceder. Los autores han recopilado esta información con sumo cuidado. No obstante, no pueden asumir ninguna garantía explícita o implícita sobre la exactitud, integridad o actualización del documento. Se utiliza a sabiendas de que los autores no pueden ser considerados responsables de daños o pérdidas de ningún tipo.

La protección contra el rayo no requiere asesoramiento jurídico. Aquí se necesitan expertos.

Pararrayos para antenas: Seguridad a través de la puesta a tierra

Nota importante:Este texto sólo se aplica a edificios sin sistema de protección contra rayos. Si opera un sistema de radio en un edificio con sistema de protección contra rayos, consulte la Parte 3.

Las antenas de radioaficionados se instalan a menudo por encima de los tejados de los edificios y, por lo tanto, son puntos propicios para la caída de rayos. Por lo tanto, el sistema de antena debe construirse de tal manera que no se produzca ningún riesgo adicional de incendio debido a los rayos y que no se puedan desprender piezas que puedan poner en peligro a personas o bienes.

Figura 2: Puesta a tierra de la antena / DARC AK Puesta a tierra de la antena

Figura 4: Antena en zona protegida contra rayos: (a) varilla de terminación en aire, (b) en la pared del edificio, (c) en el exterior del edificio, (d) en el interior del edificio / DARC AK Puesta a tierra de la antena

Antena

  1. Uso de antenas portadoras de corriente de rayo - poco común en radioaficionados
  2. Instalación de antenas en zonas protegidas de la caída de rayos - posible para radio local, conexiones de repetidores o antenas para QO100 (imagen)
  3. Permitir la caída de rayos en antenas con daños materiales aceptables

El último enfoque será el más común en radioaficionados. Esto da lugar a descargas entre las antenas y las partes conectadas a tierra más cercanas, normalmente el cable de la antena y el mástil de la antena. Precaución: ¡Reduzca el riesgo de incendio retirando el material inflamable!

Conductor de puesta a tierra

El conductor de puesta a tierra establece una conexión conductora de electricidad entre las antenas y un sistema de puesta a tierra. Para ello se suele utilizar un conductor de cobre con una sección mínima de 16 mm². Si es posible, debe tenderse fuera del edificio por el camino más corto desde el mástil de la antena hasta el sistema de puesta a tierra.

Sistema de puesta a tierra

En el caso más sencillo, se utiliza el sistema de puesta a tierra del edificio. Para más información, véase la Parte 5.

Fig. 5: Ecualización de potencial con dispositivos de protección contra sobretensiones para cables de antena coaxiales / DF4KJ

La conexión equipotencial en la mira: Comprender las medidas de protección

La "compensación de potencial" es la medida más importante para proteger a las personas y la tecnología: todo lo metálico se conecta directa o indirectamente entre sí y, en caso necesario, a tierra (el potencial de tierra, la "tierra remota") mediante conductores o dispositivos de protección contra sobretensiones. Para la protección de las personas, se tiene en cuenta todo lo metálico que se pueda tocar con los brazos extendidos y que pueda llevar diferentes potenciales.

Conductor de conexión equipotencial= conductor de cobre con una sección mínima de 4 mm² (para instalaciones protegidas, p. ej. en un conducto de cables 2,5 mm²), para conductores entre barras de conexión equipotencial y la barra de puesta a tierra principal 6 mm².

Fig. 6: Igualación de potencial en varios puntos / puesta a tierra de la antena DARC AK

Debido a las elevadas corrientes de un rayo, la conexión equipotencial en la barra de puesta a tierra principal (en el sótano) no es suficiente. Por este motivo, debe realizarse una compensación de potencial local adicional (figura), por ejemplo

  1. en el montaje de la antena
  2. donde los cables de la antena entran en el edificio de la caseta
  3. en la caseta
  4. para mástiles de antena independientes y cables largos en la base del mástil
    1. Estos carriles de compensación de potencial adicionales se conectan al carril de puesta a tierra principal.

Igualación de potencial en la caseta

Fig. 7: Compensación de potencial en la caseta / toma de tierra de la antena DARC AK

Edificios de casetas: Sistema óptimo de protección contra el rayo

Figura 9: Componentes de un sistema de protección contra el rayo según VDE 0185-305-3 / VDE

Casos de uso

1 Sistema de protección contra rayos exigido por las autoridades, mástil de antena independiente
Mástil de antena
puesta a tierra de la antena + compensación de potencial
Shack building
  • Compensación de potencial con SPD*.
  • Sólo por un especialista en protección contra rayos
2 sistema de protección contra rayos exigido por las autoridades, p. ej. edificio alto
En el peor de los casos: sólo por un especialista en protección contra rayos
Mástil de antena
Proteger las antenas de la caída de rayos mediante pararrayos aéreos
Shack building
  • En caso necesario, utilice conductores de bajada aislados
  • Instalación temporal de sistemas de antenas
3sistema de protección contra rayos instalado voluntariamente, radioaficionado único usuario
¿Se acepta una reducción del efecto protector de la protección contra rayos? Mínimo: puesta a tierra de la antena + compensación de potencial según VDE 0855-300
4sistema de protección contra rayos instalado voluntariamente, vivienda multipartita
como 3., coordinar el procedimiento con otras partes Consejo: Involucrar a un especialista en protección contra rayos

Para más información general sobre la protección contra rayos, consulte, por ejemplo, VDE e.V. :

*SPD = dispositivo de protección contra sobretensiones

Protección contra sobretensiones: proteger la tecnología de radio

Figura 10: Dispositivos de protección contra sobretensiones para cables coaxiales de antena en la base del mástil / DF4KJ

Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD = Surge Protective Device) deben seleccionarse e instalarse adecuadamente para cada aplicación:

  1. Se producen corrientes de rayo directas o indirectas? → Corriente 10/350 µs u 8/20 µs relevante.
  2. Cuál es la corriente del rayo estimada en este punto?
  3. Cuál es la corriente nominal máxima o la potencia nominal?
  4. Cuál es la tensión máxima de funcionamiento?
  5. Qué conexiones (clavija/enchufe) debe tener el dispositivo de protección contra sobretensiones?
  6. ¿Cuál es la sobretensión máxima admisible (rigidez dieléctrica)?

SPDs tipo 1 / D1 = descargadores de corriente de rayo:

descargan corrientes de rayo a tierra / conductor de protección; la tensión de respuesta es relativamente alta; observe la corriente de sobretensión máxima (10/350 µs u 8/20 µs) según la hoja de datos.

SPDs tipo 2 / D2 = descargadores de sobretensiones descargan sobretensiones a tierra / conductor de protección; descargan corrientes de rayo bajas (8/20 µs) a tierra / conductor de protección; destrucción en caso de corrientes de rayos superiores

SPD tipo 3 / D3 = descargadores de sobretensiones: con tensiones de respuesta más bajas, normalmente en combinación con SPD tipo 2 / D2

Consejo

Si se desea proteger un aparato, debe preverse una protección contra sobretensiones para todos los cables conectados al aparato.

Wichtig

Sistema de puesta a tierra: ¿uno o varios?

En el caso de un mástil de antena independiente, se suele insertar una barra plana en los cimientos como toma de tierra de los cimientos. Esta toma de tierra se conecta a la toma de tierra principal mediante un conductor equipotencial.

Para mástiles de antena en edificios, el conductor de puesta a tierra se instala preferentemente en el exterior del edificio (en caso contrario, en el interior del edificio). 3 opciones para la conexión a un sistema de puesta a tierra:

  1. Electrodo de tierra del edificio, por ejemplo, a través de un terminal de conexión existente en la pared exterior.
  2. Barra de puesta a tierra principal, a la que se conecta la toma de tierra del edificio.
  3. Sistema de puesta a tierra separado; éste se conecta a la barra de puesta a tierra principal del edificio de la caseta con un conductor equipotencial.

Figura 11: Sistemas de puesta a tierra de antenas / DARC AK Puesta a tierra de antenas

Normas VDE:
Por qué garantizan la seguridad

Figura 12: Portada de la norma DIN VDE 0855-300:2008 Sistemas transmisores/receptores de radio para potencias de salida de transmisor de hasta 1 kW - Parte 300: Requisitos de seguridad / DKE

No existe ninguna ley o reglamento que establezca que la puesta a tierra de la antena sea una obligación necesaria. Sin embargo, se aplica el principio de que las normas VDE reflejan el estandares reconocidos. En caso de daños, quien se desvíe de esto tendrá que demostrar que se han tomado todas las precauciones necesarias y razonables para evitar daños a terceros. Esto se refiere a aquellas medidas que una persona prudente y razonable consideraría necesarias y suficientes para proteger a otros de daños (véase Wikipedia - Deber de garantizar la seguridad pública). Esto se cumple si se aplican las medidas de protección habituales, como la puesta a tierra de las antenas y la compensación de potencial. Básicamente, un edificio así está mejor protegido contra los efectos de los rayos que uno sin instalación de radio.

En reconocimiento de la naturaleza experimental de la radioafición, la norma VDE 0855-300:2023-xx establece en la sección 7 que las medidas de protección formuladas en la norma no tienen que cumplirse necesariamente en su totalidad; sin embargo, las medidas de conexión equipotencial de protección deben aplicarse de forma prioritaria. Esto se refiere a los tipos de antena para los que no es posible la puesta a tierra de la antena. O una antena que acaba de ser construida por el usuario se prueba en una instalación temporal. No obstante, deben tenerse en cuenta los objetivos de protección (reducir el riesgo de daños personales e incendios tras la caída de un rayo) y deben adoptarse medidas alternativas. Como mínimo, esto debe considerarse y documentarse por escrito.

Conclusión:

La puesta a tierra de la antena de acuerdo con la norma VDE 0855-300 no es -salvo algunas excepciones- una obligación legal u oficial, pero es un estandar reconocido y, por lo tanto, debe aplicarse siempre. Las desviaciones deben estar bien justificadas y, si es posible, documentadas.

Normas importantes para la puesta a tierra de antenas y la protección contra rayos

DIN EN 60728-11 (VDE 0855-1):2019-02 Redes de distribución por cable para señales de televisión, señales de sonido y servicios interactivos - Parte 11: Requisitos de seguridad (IEC 60728-11:2016 + COR1:2016); versión alemana EN 60728-11:2017 + A11:2018

DIN VDE 0855-300 (VDE 0855-300):2008-08 Sistemas transceptores de radio para una potencia de salida del transmisor de hasta 1 kW - Parte 300: Requisitos de seguridad

DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3):2011-10 Protección contra el rayo - Parte 3: Protección de estructuras y personas (IEC 62305-3:2010, modificada); versión alemana EN 62305-3:201

Más información, documentación

Baumanns, H.: Der falsch verstandene Überspannungsschutz. Funkamateur 10/2009, Box73 Amateurfunkservice

Bissinger, N.: Schutzmaßnahmen verstehen und anwenden. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

Blauermel, R.: Blitzschutz für Antennenanlagen. Funkamateur 7/2019, Box73 Amateurfunkservice

Block, R.: Lightning Protection and Grounding Project at W2MMD. QST 7/2022

Ellison, T.: Grounding Systems in the Ham Shack – Paradigms, Facts and Fallacies. https://helpdesk.flexradio.com/hc/en-us/articles/204779159-Grounding-Systems-in-the-Ham-Shack-Paradigms-Facts-and-Fallacies (abgerufen am 20.02.2023)

Friese, W.: Blitze und Gewitter funktechnisch betrachtet (1)+(2). Funkamateur 4+5/2005, Box73 Amateurfunkservice

Hann, W.: Überspannungsschutz bei KW-Antennen. Funkamateur 11/2006, Box73 Amateurfunkservice

Heidler, F.; Stimper, K.: Blitz und Blitzschutz. VDE Schriftenreihe 128. VDE Verlag, 2009

Krischke, A.: Rothammels Antennenbuch, Kapitel 34.3 Blitz- und Erdungsgrundlagen. 13. Auflage, 2014. DARC-Verlag

Lechner, D.: Blitzschlag - sind Sie gerüstet?. Funkamateur 1/1972, Box73 Amateurfunkservice

Maneck, H.-J.: Blitzschutzsystem für die Amateurfunkstation. Funkamateur 3/1996, Box73 Amateurfunkservice

OBO Bettermann: Sicherer Blitz- und Überspannungsschutz (Video) https://www.youtube.com/watch?v=8basjDr0Ik0 (abgerufen 30.05.2023)

Österreichischer Verband für Elektrotechnik: Blitz- und Überspannungsschutz sowie Erdung von Antennen und Antennenanlagen. OVE-Fachinformation BL02. 2021-02-01

Patterson, R.: Lightning in Super Slow Motion (Video) https://www.youtube.com/watch?v=RLWIBrweSU8 (abgerufen 30.05.2023)

Raphael, T.: Blitzschutz und Antennenerdung. Funkamateur 1/2010, Box73 Amateurfunkservice

Roth, W.-D.: Blitzschutz - eine sinnvolle Basis für die Funkanlage. Funkamateur 6/2010, Box73 Amateurfunkservice

Schröder R.; Müller, K.-P.: Blitz-/Überspannungsschutz von Funkanlagen. cq DL 3/1992, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz: Für Antennen, Geräte und Anlagen. vth Verlag, 2011

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz für Amateurfunkanlagen. Funkamateur 7/2009, Box73 Amateurfunkservice

Sichla, F.: Blitzschutz & Co: Funken – aber sicher! cq DL 5/1999, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitzschutz im Shack. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

VDE e.V.: Schutz von Funkanlagen auf Gebäuden bei Blitzschlag - Leitfaden für die Anwendung von DIN VDE 0855-300 (Antennenerdung) und DIN EN 62305 (Blitzschutz). VDE Information Blitzschutz. www.vde.com/blitzschutz-funkanlagen (abgerufen am 20.01.2023)