10. Protección contra descargas eléctricas atmosféricas (Rayo) Estructuras. 10.1. Evaluación Nivel de Riesgo contra Rayo Objetivo. Protección contra daños físicos a la estructura y lesiones a seres vivos por medio de un sistema de apantallamiento para protección contra rayo en las instalaciones de la seccional de investigación criminal SIJIN Arauca del departamento de Policía Arauca. Alcance. Sistema de protección externa contra rayo en las instalaciones de la seccional de investigación criminal SIJIN Arauca del departamento de Policía Arauca. Introducción. La protección contra el rayo o los "efectos directos" consiste en:
Capturar el rayo constituyendo un punto de impacto privilegiado con un dispositiv dispositivo o de captura natural o específico (pararrayos, jaula enmallada o hilos armados) Canalizar la corriente de rayo facilitando su paso al medio de "bajada "bajada a tierra" Conducir la corriente de rayo a la tierra garantizando su dispersión en el suelo con un sistema de puesta a tierra.
Las instalaciones de la seccional de investigación criminal SIJIN Arauca del departamento de Policía Arauca se encuentran localizada entre la carrera 10 y calle 19, barrio Las Américas, conformada por una estructura de longitud de 33.67 m. y ancho de 18,21 m. Aislada de toda construcción civil y vegetación existente.
Evaluación del factor de riesgo según norma NTC 4552. Por ser una edificación de altura máxima sobre el suelo no superior a 12m. Se utiliza el software IEC 62305 que establece un procedimiento que esta esta acorde a la NTC 4552-2 para evaluar la selección de la medidas de protección apropiada que debe adoptarse para reducir el riesgo contra rayo a un limite tolerable o por debajo de él. Definiciones Las definiciones expuestas son solamente las aplicable al proyecto en curso o que sirvan de referencia y de acuerdo al NTC 4552-2 Ambiente urbano: urbano: Área con alta densidad densidad de edificios o con comunidades comunidades densamente densamente pobladas pobladas y edificios altos. altos. Se subdivide subdivide en: Urbano con edificación alta. (Más de 20m) y Urbano (Entre 10m y 20m) Ambiente suburb suburbano: ano: Área con densida densidad d media de edificios edificios menores menores a 10m. 10m. Estructura a ser protegida: Estructura para la cual se requiere protección contra los efectos del rayo de acuerdo con lo especificado en la norma NTC 4552-2. Daño físico: Daño a la estructura o al contenido de la misma debido a efectos mecánicos, térmicos, químicos y explosivos del rayo. Fuente de daños: La corriente de rayo es la fuente primaria de daño. Las siguientes fuentes son definidas con relación a la posición del punto de impacto de la descarga eléctrica atmosférica (véase la Tabla 3 de la NTC NTC 4552-1) S1: Rayos a la estructura S2: Rayos cerca a la estructura S3: Rayos en las acometidas de servicios S4: Rayos cerca a las acometidas de servicios Tipo de daño: Las descargas eléctricas atmosféricas puede causar daños dependiendo de las características de la
Riesgo y Componente de Riesgo: El Riesgo R es el valor promedio de pérdidas anuales y deben ser evaluado para los tipos de pérdidas asociadas a la estructura y acometidas de servicios. Los Riesgos a considerar para cada tipo de pérdidas en el proyecto son: R1: Riesgo de pérdida de vida humana. (Para evaluar en la estructura) R´1: Riesgo de pérdida de vida humana. (Para evaluar en la acometida de Servicio) Componentes de riesgo Ex: Riesgo parcial dependiendo de la fuente y el tipo de daño y se clasifican en: Componente de riesgo para cada tipo de pérdida en una estructura: RA: Componente relacionada con las lesiones a seres vivos causados por tensiones de paso y contacto en las zonas con un radio de cobertura de 3 m fuera de la estructura seres vivos. (Descargas sobre la estructura S1) RB: Componente relacionada con los daños físicos causados por chispas peligrosas dentro de la estructura causando fuego o explosión. (Descargas sobre la estructura S1) RU : Componente relacionada con lesiones en seres vivos causado por tensiones de contacto dentro de la estructura, debido a corrientes de rayo que fluyen por una línea entrante a la estructura. (Descargas sobre las acometidas de servicios S3) RV : Componente relacionada con los daños físicos (fuego o explosión por chispas entre las instalaciones externas y partes metálicas generalmente al punto de entrada de la línea a la estructura) debido a corrientes de rayo transmitida a través de la acometida de servicios. (Descargas sobre las acometidas de servicios S3) Componente de riesgo para cada tipo de pérdida en acometida de servicios: Para esta evaluación de nivel de riesgo, las componente de este tipo no ofrecen consideraciones, debido que la pérdida del suministro eléctrico no es vital para el desarrollo normales de las funciones diseñadas de este proyecto. Véase Tabla 3 NTC 4552-2 Riesgo tolerable RT: Valor máximo del riesgo el cual puede ser tolerado por la estructura a proteger Densidad de Descargas a Tierra: Indica el número de descargas que impactan a tierra, en un kilómetro cuadrado durante un año. Este dato es mucho más preciso que el nivel Ceráunico porque tiene mejor
PROCEDIMIENTO BÁSICO DE LA EVALUACIÓN DE RIESGO POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS INSTALACIONES DE LA SECCIONAL DE INVESTIGACIÓN CRIMINAL SIJIN ARAUCA DEL DEPARTAMENTO DE POLICÍA ARAUCA DATOS DE ENTRADAS Y RESULTADOS DEL SOFTWARE IEC62305-2. RISK ASSESSMENT CALCULATOR
PROCEDIMIENTO BÁSICO DE LA EVALUACIÓN DE RIESGO POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS INSTALACIONES DE LA SECCIONAL DE INVESTIGACIÓN CRIMINAL SIJIN ARAUCA DEL DEPARTAMENTO DE POLICÍA ARAUCA DATOS DE ENTRADAS Y RESULTADOS DEL SOFTWARE IEC62305-2. RISK ASSESSMENT CALCULATOR
PROCEDIMIENTO BÁSICO DE LA EVALUACIÓN DE RIESGO POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS INSTALACIONES DE LA SECCIONAL DE INVESTIGACIÓN CRIMINAL SIJIN ARAUCA DEL DEPARTAMENTO DE POLICÍA ARAUCA DATOS DE ENTRADAS Y RESULTADOS DEL SOFTWARE IEC62305-2. RISK ASSESSMENT CALCULATOR
Riesgo calculado: PERDIDA DE VIDAS HUMANAS = 1,53 x E-04 > 1,00 x E-05 Véase Tabla 7. Valores típicos de riesgo tolerable PERDIDAS ECONÓMICAS =8,90 x E-02 > 1,00 x E-03 Véase Tabla 7. Valores típicos de riesgo tolerable Conclusión del análisis de riesgo: Es necesaria la protección contra rayo para el proyecto mediante Apantallamiento del edificio. .
10.2. Selección y cálculo de Apantallamiento. Metodología utilizada para el número y la ubicación de las terminales de captación (Pararrayo) Se empleará el modelo electrogeométrico-Método de La Esfera Rodante, el resultado de la simulación nos dará el tota de número y ubicación de elementos de captación de rayos. Método de La Esfera Rodante - Numeral 5.2.1.1 de la NTC 4552-3 Es un método geométrico aplicable a estructuras con altura menor a 60 m. Consistente en imaginar una esfera de radio igual al radio de impacto rsc rodando sobre los volúmenes de las estructura a proteger. Todas las estructuras que logre tocar la esfera estarán expuestas a descargas directas. El propósito es que las únicas estructuras que toque la esfera sean los dispositivos de protección o apantallamiento. Nivel de Protección Contra Rayo (NPR). Se selecciona el Nivel I, de acuerdo al numeral 8.1 de la NTC 4552-1 Radio de esfera rodante rsc. Se selecciona de acuerdo al nivel de protección y la Tabla 2 de la NTC 4552-3-2008 Para un radio rsc. de la esfera de 35m. TABLA 1 LONGITUDES MINIMAS DE MÁSTIL Y PUNTAS CAPTADORAS PUNTA CAPTADORA No.
DESCRIPCIÓN
1 2 3
a b c
LONGITUD MÍNIMA MÁSTIL ELEVADOR (m)
LONGITUD MINIMA PUNTA CAPTADORA TIPO FRANKLIN (m)
LONGITUD MINIMA PUNTAS CAPTADORAS SOBRE MÁSTILES ELEVADORES (m)
0,80 0,80 0,80
0,20 0,20 0,20
1,00 1,00 1,00
Puntas captadoras . El sistema de apantallamiento propuesto consiste en la instalación de 15 puntas captadoras unida a través de una malla en cable de cobre 1/0 AWG y se colocará en la parte superior del edificio (Véase Plano 3) y dimensiones según la Tabla 1 En la Tabla 38 del anexo del RETIE, se presentan las características que deben cumplir los pararrayos o terminales de captación construidos especialmente para este fin. Se debe usar puntas captadoras tipo Franklin mínimo de 0,20 m de altura efectiva sobre MÁSTIL ELEVADOR. Se debe tener presente el articulo18.3 del RETIE, especialmente en su anotación “Cualquier
elemento metálico de la estructura que se encuentre expuesto al impacto del rayo, como antenas de televisión, chimeneas, techos, torres de comunicación y cualquier tubería que sobresalga, debe ser tratado como un terminal de captación siempre que se garantice su capacidad de conducción y continuidad eléctrica”.
Bajantes o conductores del sistema de captación. Tanto como sea posible las bajantes deben ser ubicadas uniformemente a lo largo del perímetro del edificio con una configuración simétrica. El conductor de bajada se debe usar cable de cobre desnudo 1/0 AWG (50 mm2) instalado de forma que su recorrido sea lo más directo posible, evitando cualquier acodamiento brusco o remonte. El trazado de los conductores de bajada debe ser elegido de forma que evite la proximidad de conducciones eléctricas y su cruce. Puesta a tierra del sistema de apantallamiento. Para el dimensionamiento de las puestas a tierra se tiene en cuenta el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) que recomienda un valor de 10 ῼ, para la puesta a tierra de un
Conclusión. Proteger contra el rayo no sólo consiste en la instalación de pararrayos. En efecto, los pararrayos garantizan únicamente la protección de las estructuras y de las personas contra los impactos del rayo ("efectos directos"). Además, una parte no despreciable de la corriente del golpe de rayo captado por un pararrayos está disipada en la tierra de la instalación. Por fin, la caída del rayo sobre o a cercanías de una instalación causa sobretensiones transitorias ("efectos indirectos") que pueden ser muy críticas para los equipos, en tal sentido se recomienda usar DPS - supresor de transiente tipo I y así impedir que la corriente de rayo alcance los equipos desviándolo hacia la tierra para mantener una tensión residual compatible con los equipos protegidos al canalizar y fluir la corriente a la tierra. La instalación en general del edificio sólo puede ser protegida de manera eficaz si: El flujo de la corriente a la tierra y su dispersión en el suelo es garantizada al realizar una puesta a tierra de débil impedancia (la más conductora posible) Todas las masas metálicas del edificio están conectadas de manera eléctrica a la tierra eléctrica del edificio o "Barraje de tierra" La equipotencialidad del sistema de puesta a tierra del edificio y de la tierra del sistema de pararrayos debe ser ejecutada y verificada. Recomendaciones a) Realizar una inspección del sistema de apantallamiento cada año con el objeto de determinar sus condiciones de montaje y eléctricas. b) Implementar y difundir una guía general de seguridad personal con el objetivo de lograr comportamientos seguros durante tormentas eléctricas en la instalación.
ANEXOS PLANOS 3D- PLANTA Y DETALLES 1- VISTA ISOMÉTRICA VOLUMEN EDIFICIO SIJIN - FACHADA
2- VISTA ISOMÉTRICA VOLUMEN EDIFICIO SIJIN – LADO POSTERIOR
3- VISTA EN PLANTA UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS EDIFICIO SIJIN
4- UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS Y S.P.T FRONTAL Y LADO DERECHO EDIFICIO SIJIN
5- UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS Y S.P.T LADO POSTERIOR Y DERECHO APANTALLAMIENTO EDIFICIO SIJIN
6 - UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS PARTE POSTERIOR EDIFICIO SIJIN
7- UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS LADO DERECHO EDIFICIO SIJIN
8 - UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS O PARARRAYOS FACHADA PRINCIPAL EDIFICIO SIJIN
9- UBICACIÓN PUNTAS CAPTADORAS (n y ñ) APANTALLAMIENTO TECHO EDIFICIO SIJIN
10- S.P.T. APANTALLAMIENTO PARTE FRONTAL Y LADO IZQUIERDO EDIFICIO SIJIN
11- S.P.T. APANTALLAMIENTO PARTE POSTERIOR Y LADO DERECHO EDIFICIO SIJIN
12-. APANTALLAMIENTO MÉTODO ESFERA RODANTE PUNTOS CRÍTICOS EDIFICIO SIJIN
13-. APANTALLAMIENTO MÉTODO ESFERA RODANTE PUNTOS CRÍTICOS EDIFICIO SIJIN
14-. APANTALLAMIENTO MÉTODO ESFERA RODANTE VISTA FRONTAL EDIFICIO SIJIN
15- DETALLES PUNTAS CAPTADORAS Y BAJANTES
