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Protección del Data center : una Guía esencial pero compleja para la protección contra relámpagos

No asuma que por estar rodeado de edificios altos automáticamente está protegido contra descargas atmosféricas.

La protección de los data center contra descargas atmosféricas no es una tarea fácil.

Regularmente hay documentos para guiarse, pero nada supera la experiencia de un profesional experimentado en el diseño y especificación de uns sistema de protección para garantizar la seguridad del edificio y todo lo que hay en él, incluido el personal.

Cuatro consideraciones principales salvaguardan las operaciones del centro de datos:
1. La protección del persona,

2.La protección de las líneas de alimentación y el mantenimiento del suministro de energía,

3. La protección del procesamiento y el almacenamiento de datos,

La protección de los edificios.

Protección de las líneas de alimentación y mantenimiento del suministro de energía:

La continuidad de la energía en un data center es primordial. Los data center consumen enormes cantidades de energía, no sólo para operar los sistemas de TI, sino también para enfriar los equipos. Los centros de datos de las grandes empresas están consumiendo cada vez más cantidades de energía, en promedio 32 megavatios, que es aproximadamente el equivalente a un pueblo de 25.000 habitantes.

En 2005, por ejemplo, los centros de datos en Francia consumían alrededor del uno por ciento de la electricidad total del país. Hoy en día ese consumo ha aumentado a un estimado del 7 por ciento y no todo está protegido adecuadamente, lo que significa que hay una creciente necesidad de una mayor protección.

En general, se requiere que los data centers tengan alta disponibilidad de sus sistemas con un máximo de cuatro minutos de inactividad por año, lo que sólo se puede lograr con redundancia en la fuente de alimentación de energía. Para reducir el riesgo de fallo de energía usualmente se tienen dos fuentes de medio voltaje, una de las cuales sirve de respaldo. Una tercera fuente, en forma de generadores, se encuentra a menudo en el sitio junto con una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) para garantizar el mantenimiento en la fuente de alimentación, incluso en el caso de una falla. El UPS también sirven para salvaguardar la calidad de la energía eléctrica.

Todas estas fuentes de alimentación proporcionan una ruta por la que el poder destructor rayo puede viajar. La mayoría de los daños causados ??por los rayos afectan a los componentes eléctricos y electrónicos, a través de sobretensiones inducidas en las líneas que entran en el edificio. Las tuberías metálicas (agua, gas, etc.) también pueden introducir sobretensiones, mientras que la falta de equipotencialidad entre los diversos servicios o entre las diversas conexiones a tierra puede causar problemas cuando la tierra eléctrica y la llamada tierra "limpia" de los computadores están separadas.

La instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones tipo 1 + 2 puede proteger las líneas de alimentación entrantes y los circuitos sensibles cuando los rayos caen, debido a su baja sobretensión residual, sin embargo la conexión a tierra de los tubos metálicos que entran en el edificio será necesaria para crear un sistema equipotencial.

Los descargadores de sobretensión tipo 2 también son necesarios para la protección de sistemas informáticos, inversores y equipos sensibles. Estos dispositivos contra sobretensiones deben instalarse en los distintos tableros eléctricos instalados en el lugar.

Las normas recientes indican que un conductor de más de 10 m de longitud ya no está protegido por un solo protector contra sobretensiones. En la práctica, esto es un máximo y puede ser mucho menor dependiendo de las configuraciones instaladas.

La protección interna del data center debe realizarse de acuerdo con el concepto de zonas de protección contra descargas atmosféricas, LPZ 0A hasta la zona LPZ 3 según se define en IEC 62305-4. La zona de protección contra rayos LPZ 0A es la zona donde es posible un rayo directo hasta la zona LPZ 3, donde se encuentra el equipo terminal (dentro de la edificación) y donde la sobretensión residual debe mantenerse baja para que este equipo permanezca seguro. Se deben instalar varios protectores contra sobretensiones para evitar que la energía de un rayo caiga en cascada por la red eléctrica

Protección de datos almacenados y procesados en el data center:

Los data center son vulnerables a ataques físicos y cibernéticos. Están protegidos por sistemas antiintrusión (cámaras, detectores de presencia ...) y una sofisticada vigilancia que también debe ser protegida contra los rayos y las sobretensiones. Estos sistemas se encuentran principalmente fuera de los edificios y debido a que los centros de datos son a menudo muy extensos, su protección es complicada.

La comunicación de datos desde el exterior al interior se realiza principalmente a través de cable de fibra óptica. Este tipo de enlace es inmune a la sobretensión, sin embargo, hay conexiones por cable de cobre de datos multipar tipo Telecom. Estos tipos de conexiones son particularmente sensibles a los efectos indirectos de los rayos y a las sobretensiones y deben ser protegidos por dispositivos contra sobretensión Tipo 2. Las conexiones de los cables coaxiales también deben protegerse, de acuerdo con los tipos de señales de frecuencia, impedancia, voltaje y tipos de conectores utilizados. También deben protegerse los equipos de monitoreo, las cámaras térmicas, los sistemas de control de identidad, las cerraduras de seguridad, los sistemas de detección de incendios y de detección de intrusiones. Los kits de puesta a tierra pueden utilizarse para reducir la sobretensión de todos los cables coaxiales, como antenas exteriores y cámaras de vigilancia al aire libre. Los dispositivos de protección contra sobretensión de tipo 2 se deben usar para equipos críticos de seguridad, que a menudo están conectados en cables de varios núcleos.

La importancia de una protección adecuada se ilustra por eventos como el ocurrido el 13 de agosto de 2015, cuando el data center "europe-west1-b" de Google Corporation en Saint-Ghislain, Bélgica, fue golpeado cuatro veces por un rayo y la fuente de alimentación fue interrumpida. Como en todos los data center, un sistema de energía de emergencia se hizo cargo, pero el daño ya estaba hecho. La información almacenada recientemente sobre los discos duros se perdió, el 5% del equipo de almacenamiento se vio afectado y el 0,000001% de todos los datos almacenados se perdió de manera permanente.

Protección de edificios de data center:

Los puntos altos, como las antenas de comunicación o las chimeneas de los grupos electrógenos, tienen una alta probabilidad de ser golpeados por un rayo. En tal caso, la corriente de rayo fluirá a la tierra a través de cualquier elemento conductor, tal como hierros de refuerzo de hormigón, estructuras metálicas o revestimiento metálico. Para protegerse de los rayos, se debe prestar especial atención a conectar estos puntos altos a tierra mediante conductores externos.

Sin medidas de protección, las personas en un radio de 3 m alrededor de un conductor de bajada a nivel del suelo están en peligro. Esta zona de peligro es mucho mayor que 3 m de altura, especialmente cuando uno está cerca del punto de impacto, por ejemplo en el techo.

La protección del personal puede garantizarse por los siguientes medios:
- Procedimientos para evitar el acceso a techos y puntos altos durante una tormenta,
- Sistema de detección de tormentas, que aísla la red eléctrica mediante la conmutación de la red eléctrica a un grupo electrógeno en sitio. (Ejemplos de esto se pueden encontrar en algunos aeropuertos, hospitales y emisoras de radio).

Si no hay protección contra rayos externa (pararrayos), las corrientes de los rayos fluirán aleatoriamente, por cualquier elemento conductor, a través del edificio, causando posibles daños al personal y daños a los equipos.

La instalación de un sistema de protección contra rayos como un sistema de jaula en malla con varios puntos de impacto o utilizando un terminal de aire tempranero (early streamer air terminal) es más que recomendable. Esto debe proporcionar un radio de protección que cubra toda la superficie del edificio, así como otras zonas sensibles o edificios circundantes como el de generadores, unidades de enfriamiento o edificios auxiliares necesarios para el buen funcionamiento del centro de datos.

La división de la corriente del rayo a través de varios conductores de bajada entre puntos altos (circuito en malla, puntas de pararrayos activos o pasivos) y el sistema de puesta a tierra es buena práctica. De esta forma, se envía rápidamente la corriente a tierra y se reduce la distancia de separación necesaria. Una buena propagación de la corriente del rayo a través de múltiples conductores reducirá los efectos de inducción sobre los conductores dentro del edificio. Esto reducirá la sobretensión inducida a través del cableado del edificio y reducirá el impacto en los protectores contra sobretensiones, prolongando su vida útil.

La distancia entre un equipo conectado a tierra en el techo y los pararrayos es una consideración importante. La norma 62305-1 explica cómo calcular esta distancia de separación. Si están demasiado cerca uno del otro, menos que la distancia de separación, deben estar unidos en tierra (bonded) y deben instalarse dispositivos de protección contra sobretensiones Tipo 1 en todas las líneas que suministran energía a este equipo en el techo. Si, sin embargo, la distancia es grande, entonces no se requiere unión (bonding) y los protectores contra sobretensión Tipo 2 son necesarios y suficientes. Un dispositivo de protección contra sobretensiones tipo 1 (DPS) es 4-5 veces más caro que un DPS de tipo 2.

Un sistema de puesta a tierra de baja impedancia es la mejor solución para la seguridad humana y para reducir el desgaste de los protectores contra sobretensión instalados en el sitio.

El diseño de tierra de baja impedancia requiere mediciones de la resistividad del suelo. Este es un factor crítico en el diseño del sistema de puesta a tierra y la eficiencia de la puesta a tierra se puede utilizar para asegurar que las dimensiones de los protectores contra sobretensiones se diseñan para maximizar la seguridad. (Este es un servicio que ABB / INGEAL ofrecre)

Como recordatorio:
El concepto de zonas de protección:


Los descargadores de sobretensiones o protectores contra sobretensiones se clasifican en 3 tipos de acuerdo a su clase de prueba según lo establece la IEC 61643-11 y su aplicación (uso), es decir, la transición entre dos zonas de protección contra rayos.

Tipe 1: Se trata de los limitadores de sobretensión "equipotencial", que se colocan a la cabeza (entrada) de las instalaciones eléctricas y son indispensables cuando se instala protección contra rayos externos (pararrayos). Se ensayan con una onda de prueba de 10/350 μs. Permiten la transición entre un área LPZ 0A o 0B a LPZ 1.

Tipe 2: Se encuentran en toda la instalación, en todos los tableros de divisiones o subdivisiones electrica, para proteger los equipos. Se prueban con una onda de prueba del tipo 8 / 20μs. Permiten la transición entre las áreas LPZ 1 a LPZ 2.

Tipe 3: Están diseñados para la denominada protección de terminales, se instalan lo más cerca posible de los equipos sensibles y no pueden utilizarse de forma eficaz solos. Se ensayan con una onda de prueba combinada de tipo 1,2 / 50μs - 8 / 20μs. Permiten la transición entre las áreas LPZ 2 a LPZ 3.

OPR – The early streamer emission (ESE) concept

Versión no oficial al español por Gerardo Alfonso, Ingeal.

Sobre el autor

Gerente Técnico de Negocios, ABB Lightning Protection Group, Productos de Instalación de Productos de Electrificación (EPIP). Bruno brinda soporte técnico a la organización de ventas en todo el mundo en el ámbito de la protección contra rayos. Con más de 28 años de experiencia en este campo es capaz de responder a una gran cantidad de preguntas y es considerado en Francia como uno de los pocos expertos en protección contra sobretensiones y rayos. Su campo de especialización se extiende desde el Análisis de Riesgo de Rayos, estudios técnicos y especificaciones (implementación y seguimiento). Escribe artículos para conferencias y puede ser presentador en exposiciones sobre protección contra rayos. Él es asistido para estas tareas por un equipo técnico situado en Cergy Pontoise cerca de París. El equipo representa a ABB en los comités de normas 81 y 37, Francia (AFNOR), Europa (CENELEC) e Internacional (IEC). Antes de unirse a Hélita Company en 1999, adquirido por el grupo ABB en 2001, trabajó como ingeniero de diseño en consultorías especializadas en protección contra rayos. Durante estos años estuvo a cargo de numerosos proyectos militares y civiles, pero también desarrolló productos especiales de protección para antenas. Se graduó en 1981 del Instituto Técnico Universitario de Cachan (Francia)

Bruno Roland

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