diseño mocoa

CORPOAMAZONIA – MOCOA PUTUMAYO

MEMORIAS DE CALCULO

TABLA DE CONTENIDO 1 MEMORIAS DE CÁLCULO INSTALACIONES ELÉCTRICAS E ILUMINACIÓN ................................................................................................... 3

2

1.1

SELECCIÓN DE CONDUCTORES ............................................................... 3

1.2

SELECCIÓN DE PROTECCIONES .............................................................. 5

1.3

ILUMINACIÓN ILUMINACIÓN.................................. ................................................... .................................. ................................... ........................... ......... 5

1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5

Generalidades ............................................................................... 3 Capacidades de corriente ............................................................. 3 Calculo de la Corriente Nominal ................................................... 4 Cálculos de Regulación ................................................................ 4 Factores de cálculo de regulación ................................................ 5

1.2.1

Capacidad nominal ........................ ........... .......................... .......................... ......................... .................... ........ 5

PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS....................... ........... ............ 6

2.1 EVALUACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO ANTE DESCARGAS ATMOSFÉRICA ATMOSFÉRICAS S................................. .................................................. .................................. .................................. .................................. ................... 6

2.1.1 2.1.2

2.2

Características generales de la estructura........................ ........... ......................... ............ 7 Definiciones generales .................................................................. 7

PROCEDIMIENTO GENERAL DE CÁLCULO ............................................... 8

2.2.1 División de la estructura en zonas Z S ........................................... 9 2.2.2 Identificación de tipos de pérdida asociados .............................. .................. ............ 10 2.2.3 Identificación de componentes de riesgo ........................ ........... ......................... ............ 10 2.2.4 Evaluación de las componentes de riesgo ........................ ........... ....................... .......... 12 2.2.5 Evaluación del número anual n de eventos peligrosos ............... ............ ... 13 2.2.6 Calculo de la DDT ....................................................................... 13 2.2.7 Ecuación general para calcular el número anual de eventos ...... 14 2.2.8 Areas efectivas Ad, Ad/a, Ad/b, Am .......................... ............. ......................... .................. ...... 14 2.2.9 Área efectiva de la estructura Ad y Ad/b ......................... ............ ......................... ............ 14 2.2.10 Calculo de los números promedio de descargas anuales para el proyecto .................................................................................................... 16 2.2.11 Evaluación de la probabilidad de daño px .................................. 16 2.2.12 Evaluación de la cantidad de pérdidas ....................................... 17 2.2.13 Pérdidas de vidas humanas L1 ........................ ........... .......................... .......................... ............... 17 2.2.14 Perdida inaceptable del servicio público L2 ........................ ........... ..................... ........ 18 2.2.15 Pérdidas de valor cultural irreemplazable L3 .............................. ...................... ........ 18 2.2.16 Pérdidas económicas L4 .......................... ............. ......................... ......................... ....................... .......... 18 2.2.17 Calculo de los componentes de riesgo ......................... ............ .......................... ............... 18 2.2.18 Riesgo tolerable .......................................................................... 19 2.2.19 Conclusión .................................................................................. 20

2.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCION INTEGRAL CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS ............................................................................ 20

2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5

Metodología general de diseño ........................ ........... .......................... .......................... ............... 21 Método electro geométrico (esfera rodante) ......................... ............. .................. ...... 22 Método del ángulo de protección ................................................ 23 Método del enmallado ................................................................. 23 Aplicación de los métodos de diseño al presente caso............... ............ ... 24 1


2.3.6 tierra

MEMORIAS DE CALCULO

Equipotencialización e interconexión de sistemas de puesta a .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ....................... .......... 24

2.4 CALCULO DEL RIESGO DE LA ESTRUCTURA IMPLEMENTANDO EL DISEÑO PROPUESTO PROPUESTO.............................................. ................................................................ ................................... ........................... .......... 25

2.4.1 Calculo de los números promedio de descargas anuales para el proyecto .................................................................................................... 25 2.4.2 Evaluación de la probabilidad de daño px .................................. 26 2.4.3 Evaluación de la cantidad de pérdidas ....................................... 26 2.4.4 Pérdidas de vidas humanas L1 ........................ ........... .......................... .......................... ............... 26 2.4.5 Perdida inaceptable del servicio público L2 ........................ ........... ..................... ........ 27 2.4.6 Pérdidas de valor cultural irreemplazable L3 .............................. ...................... ........ 28 2.4.7 Pérdidas económicas L4 .......................... ............. ......................... ......................... ....................... .......... 28 2.4.8 Calculo de los componentes de riesgo ......................... ............ .......................... ............... 28 2.4.9 Riesgo tolerable .......................................................................... 29

2.5

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA .............................................................. 29

2.6

PROTECCIÓN INTERNA DPS .................................................................... 31

2.5.1 2.5.2 2.5.3

Valores de resistencia de puesta a tierra ........................ ........... ......................... ............ 30 Requisitos de instalación ............................................................ 30 Barrajes equipotenciales.......................... ............. ......................... ......................... ....................... .......... 31

3 ESPECIFICACIONES ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION CONSTRUCCION PARA LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA............................................................................................ 31 3.1 Materiales Materiales................................. .................................................. .................................. .................................. ................................. ................ 32 3.2 Cables ................................ ................................................. .................................. .................................. .................................. ...................... ..... 32 3.3 Zanjas y Rellenos Rellenos ...................................... ....................................................... .................................. ................................. ................ 32 3.4 Varillas Varillas .................................. ................................................... .................................. .................................. .................................. ..................... 32 3.5 Empalmes Empalmes y Conexiones Conexiones ................................... .................................................... .................................. ......................... ........ 32 3.6 Instalación Instalación ................................... .................................................... .................................. .................................. .............................. ............. 32 3.7 Empalmes Empalmes y conexiones conexiones ......................... .......................................... .................................. .................................. ..................... 33 3.8 Mediciones y pruebas................. pruebas................................... ................................... .................................. .............................. ............. 34

2


MEMORIAS DE CALCULO

CORPOAMAZONIA MOCOA PUTUMAYO 1

MEMORIAS DE CÁLCULO INSTALACIONES ELÉCTRICAS E ILUMINACIÓN

1.1 Selección de conductores 1.1.1Generalidades Para la selección de los conductores de alimentación de tableros se utiliza el siguiente método: Se calcula la corriente nominal de la carga y se selecciona el menor cable con capacidad mayor que la corriente nominal. Se revisa la regulación del conductor. El valor máximo para un circuito desde el tablero de distribución principal no debe exceder el 3 % de caída de tensión. Se revisa la capacidad del cable con relación con los equipos de protección instalados para el mismo. La capacidad del cable debe ser mayor que la capacidad del interruptor. 1.1.2Capacidades de corriente TOMADO CODIGO ELECTRICO COLOMBIANO NORMA NTC 2050 TEMPERATURA REGIMEN DEL CONDUCTOR CALIBRE 90°C AWG THHN O KCMIL (MCM) COBRE 14 25 12 30 10 40 8 55 6 75 4 95 3 110 2 130 1 150 1/0 170 2/0 195 3/0 225

3


4/0

1.1.3Calculo de la Corriente Nominal

MEMORIAS DE CALCULO

260

El valor de la corriente de diseño para la selección de protecciones esta dado por :

Inom = ______ S _______ * 1.25 (A) √3 * VLL Donde S, potencia aparente, es el valor de la carga a alimentar dada en, (VA) y (V) el voltaje de conexión en Voltios Los resultados de la corriente nominal para los conductores de alimentación de los tableros de distribución se resumen en la tabla del Anexo. 1.1.4Cálculos de Regulación El valor de la regulación de los conductores para la alimentación de los tableros y circuitos de iluminación está basado en lo siguiente: La impedancia de los Conductores de Fase viene dada por Z = R + jX L La constante de regulación (K) es: K=

R cosφ + X L sen φ 10 x KVLL

DondeR y XL son los valores dados por la impedancia. Cos ∅ es el factor de potencia, asumido como 0.9 KVLL es el voltaje Línea-Línea del sistema Los valores de la constante de regulación (K) para los diferentes calibres de conductor, aparecen en la tabla adjunta. Entonces la regulación de voltaje (en porcentaje) está dada por: R(%) = K x P x L DondeK es la constante de regulación (Para los valores ver tabla en el Anexo) P es el valor de la carga a alimentar, expresado en kVA L es la longitud del circuito de alimentación dada en metros De esta forma se obtienen los valores de regulación de voltaje para los tableros de distribución.

4


MEMORIAS DE CALCULO

1.1.5Factores de cálculo de regulación CONDUCTOR DE COBRE CALIBRE SUBTERRÁNEO AEREO (20° C) AWG MCM (30°C) 208 V 208 V FP= 0,9 FP=0,9 8 6 4 2 1 1/0 2/0 3/0 4/0

5,82E-03 3,61E-03 2,13E-03 1,47E-03 1,23E-0,3 1,03E-03 8,83E-04 7,55E-04 6,55E-04

4,9211E-03 3,72329E-03 2,01401E-03 1,36761E-03 1,16426E-03 8,64741E-03 7,08272E-04 5,828492E-04 4,81758E-04

1.2 Selección de protecciones 1.2.1Capacidad nominal El valor de la corriente de diseño para la selección de protecciones esta dado por :

Inom = ______ S _______ * 1.25 (A) √3 * VLL Donde S, potencia aparente, es el valor de la carga a alimentar dada en, (VA) y (V) el voltaje de conexión en Voltios El factor de potencia se asumió como 0.9 El tamaño de los interruptores se ajustó al menor tamaño de Norma que se encontrará dentro de una variación del 10%, con el ánimo de no sobre diseñar los conductores. 1.3 Iluminación El siguiente es el procedimiento de cálculo utilizado para el diseño del sistema de alumbrado y para determinar la cantidad de luminarias requeridas en cada área. Para este cálculo se utiliza el programa DIALux, para el cálculo del número de luminarias, ubicación y posición de éstas, se debe asegurar el cumplimiento de los niveles de luminancia, adoptados de la norma ISO 8995. Los cuales aparecen referenciados en la tabla 410.1 de RETILAP. 5


2

MEMORIAS DE CALCULO

PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS

(Normas NTC 4552-1, 4552-2, 4552-3) Las descargas eléctricas atmosféricas no se pueden evitar pero existen medidas para ejercer un control que ofrezca seguridad a las personas y a los equipos eléctricos y electrónicos. Por lo tanto las precauciones de protección apuntan hacia los efectos secundarios y a las consecuencias de una descarga eléctrica atmosférica a tierra. El sistema de puesta es un elemento fundamental del sistema de protección contra rayos a tierra; dentro de la protección externa su propósito es hacer posible la descarga y dispersión de las elevadas corrientes del rayo hacia la tierra a través de un elemento conductor enterrado en el suelo, sin causar sobretensiones peligrosas tanto para las personas como para los equipos. La protección interna sirve como referencia de tensión para los equipos y para disipar las corrientes de sobretensiones, derivadas por los dispositivos de protección interna. 2.1 Evaluación del nivel de riesgo ante descargas atmosféricas

El presente documento tiene como fin presentar la valoración del nivel de riesgo contra descargas atmosféricas para las instalaciones del proyecto OFICINAS CORPOAMAZONIA – MOCOA, ubicado en la ciudad de MOCOA – PUTUMAYO Las descargas eléctricas atmosféricas son un fenómeno natural que varia con el tiempo y el espacio, aunque no existen actualmente medios para evitarlos, si se pueden implementar sistemas para mitigar considerablemente sus efectos. Los rayos que impacten en estructuras, acometidas de servicios domiciliarios o cerca del suelo, son peligrosos para las personas, los centros de reunión, trabajo u hogares y en general para las instalaciones afectando su contenido. Por lo tanto se deben aplicar medio de protección adecuados contra rayos. La necesidad de implementar un sistema de protección, las ventajas económicas de la instalación de un sistema de protección y la selección de las medidas y sistemas de protección adecuadas se deben determinar en términos del manejo del nivel de riesgo existente en la estructura a proteger. El método de evaluación y manejo del riesgo contra descargas atmosféricas se expone en la norma NTC 4552-2. La mayor incidencia de rayos en el mundo se da principalmente en América tropical, África Central y el norte de Australia, Colombia se encuentra situada en la zona de confluencia intertropical por lo cual presenta una de las actividades ceraunicas más altas del planeta. Por este motivo es de vital importancia contar con formas de protección contra este fenómeno. 6


MEMORIAS DE CALCULO

El sistema integral de protección contra descargas atmosféricas estará compuesto por los siguientes elementos: o o o

Sistema de protección externo Sistema de protección interno Sistema de alarma

La metodología de cálculo del nivel de riesgo permitirá determinar cuáles de los elementos anteriores deberá comprender el sistema de protección a implementar en cada caso. Teniendo en cuenta estas consideraciones a continuación se presenta la valoración del nivel de riesgo para las instalaciones del proyecto en referencia. 2.1.1Características generales de la estructura

El estudio a efectuar contempla la evaluación del nivel de riesgo para una estructura destinada a oficinas para CORPOAMAZONIA – MOCOA, cuyas características, condiciones y parámetros generales se resumen a continuación: Nombre del proyecto: CORPOAMAZONIA MOCOA Ubicación del proyecto: MOCOA – PUTUMAYO Tipo de estructura: Oficinas Altura H: 12 m Ancho W: 50 m Largo L: 50 m Estructuras adyacentes: edificaciones vecinas Factor de localización Dc: objeto rodeado de objetos o casas de igual o menor altura Acometida de servicio: energía mediante acometida subterránea de baja tensión en cable THHN, desde transformador Factor ambiental Cs: ambiente urbano 2.1.2Definiciones generales 2.1.2.1 Fuentes de daños

La corriente de rayo es la fuente primaria de daño. A continuación se definen las fuentes con relación a la posición del punto de impacto de la descarga eléctrica para el presente caso (Tabla 3 NTC 4252-2).

Fuente de daño

Descripción 7


S1 S2 S3 S4

MEMORIAS DE CALCULO

Descargas sobre la estructura Descargas cercanas a la estructura Descargas sobre las acometidas de servicios Descaras cercanas a las acometidas de servicios

2.1.2.2 Tipos de daños

Una descarga atmosférica puede causar daños dependiendo de las características del objeto a proteger. Para efectos de aplicación práctica de evaluación de riesgo se distinguen los daños básicos resaltados para el presente caso (Tabla 4 NTC 4552-2). TIPO DE DAÑO D1 D2 D3

Descripción Lesiones a seres vivos Daños físicos Fallas de sistemas eléctricos y electrónicos

2.1.2.3 Riesgo

El riesgo es el valor promedio de pérdidas anuales y debe ser evaluado para los tipos de perdida asociados a la estructura. Los riesgos a evaluar en la estructura de estudio son los indicados a continuación. RIESGO Descripción R1 Riesgo de pérdida de vida humana R2 Riesgo de pérdida de servicio público R3 Riesgo de pérdida de patrimonio cultural R4 Riesgo de pérdida de valor económico R1’ Riesgo de pérdida de vida humana R2’ Riesgo de pérdida de servicio público R4’ Riesgo de pérdidas de valor económico 2.2 Procedimiento general de cálculo

La valoración general de la necesidad de protección debe hacerse teniendo en cuenta el marco de la NTC 4552, de acuerdo con el primer tomo de dicha norma serán considerados los siguientes riesgos para valorar la necesidad de protección contra rayos de un objeto. Riesgos R1, R2 y R3 para una estructura Riesgos R’1 y R’2 para un servicio Para cada tipo de riesgo debe aplicarse el procedimiento descrito a continuación 8


MEMORIAS DE CALCULO

(NTC 4552 – 2 Fig. 2).

2.2.1División de la estructura en zonas ZS

El primer paso en la valoración del nivel de riesgo para una estructura consiste en la división de la misma en zonas o partes con características homogéneas Z S. Sin embargo, una estructura puede ser asumida como una única zona. Para el presente caso la estructura se define tal como se indica a continuación:

Tipo de estructura

Descripción 9


Estructura con una única zona Estructura con múltiples zonas

MEMORIAS DE CALCULO

El riesgo es la suma de los componentes de riesgo para la estructura1 El riesgo es la suma de todos los riesgos relevantes a cada zona de la estructura2

1 Definir la estructura con una sola zona podría resultar en medidas de protección costosas porque cada medida debe extenderse a toda la estructura. 2 Dividir una estructura en zonas permite al diseño tener en cuenta las características particulares de cada parte de la estructura en la evaluación de los complementes de riesgo, al igual que seleccionar las medidas de protección apropiadas a cada zona, reduciendo el costo en conjunto de la protección contra descargas atmosféricas.

La estructura en estudio va a ser tomada como una sola zona, la zona de los bloques por ser la de mayor transito y permanencia por lo cual, el diseño de las medidas de protección contra descargas atmosféricas deberá tener en cuenta este hecho y manejar un nivel de protección alto que permita garantizar condiciones de seguridad. 2.2.2Identificación de tipos de pérdida asociados

Una vez establecida la zona o zonas en que se divide la estructura a valorar se procede a la identificación de los tipos de pérdidas relacionadas, para la estructura en estudio se valoraran las perdidas resaltadas a continuación. TIPO DE PERDIDAS L1 L2 L3 L4

Descripción

Pérdida de vida humana Pérdida de servicios públicos Pérdidas de patrimonio cultural Pérdidas económicas

Cada tipo de daño, solo o combinado con otros, puede producir diferentes tipos de perdida en el objeto a proteger. 2.2.3Identificación de componentes de riesgo

Para cada tipo de perdida se determinan a continuación las componentes de riesgo asociadas, para la estructura en estudio

2.2.3.1 Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en una estructura

10


Descargas sobre la Fuente de daño estructura S1

Componente de riesgo RA Riesgo para cada tipo de pérdida R1 X 3 R2 R3 R4 X 23

MEMORIAS DE CALCULO

Descargas cercanas a la estructura S2

Descargas Descargas sobre las cercanas a las acometidas de servicios acometidas de servicios S4 S3

RB RC

RM

RU RV RW

RZ

X X 14 X X 4 X X X 4

X 14 X 4

X 5 X 5 X 145 X 5 X 45 X 5 X 25 X 5 X 45

X 145 X 45

X 4

X 45

1 únicamente para estructura con riesgo de explosión, y para hospitales u otras estructuras en donde la falla de sistemas internos ponga en peligro la vida humana. 2 únicamente para propiedades en donde pueda haber pérdida de animales. 3 únicamente se calcula para exteriores. 4 únicamente se calcula si existe equipo sensible. 5 se debe calcular para cada tipo de acometida de servicios (alimentación eléctrica y telecomunicaciones).

RA RB

Componente relacionada con las lesiones a seres vivos causadas por tensiones de paso y contacto. Componente relacionada con daños físicos causados por chispas peligrosas dentro de la estructura causando fuego o explosión. Componente relacionada con la falla de sistemas internos causada por

RC IER. RM Componente relacionada con la falla de sistemas internos causada por IER. RU Componente relacionada con lesiones en seres vivos causado por tensiones de contacto dentro de la estructura, debido a corrientes de rayo que fluyen a través de la acometida de servicios. RV Componente relacionada con los daños físicos debido a corrientes de rayo transmitidas a través de la acometida de servicios. RW Componente relacionada a falla de sistemas internos causados por sobretensiones inducidas sobre las acometidas y transmitida a la estructura. RZ Componente relacionada a fallas de sistemas internos causados por sobretensiones inducidas sobre las líneas de acometida y transmitida a la estructura. 2.2.3.2 Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en acometida de servicios

En el presente estudio no se valoraran los riesgos sobre las acometidas de servicios, por lo cual las perdidas asociadas no se calcularan. 11


MEMORIAS DE CALCULO

Descargas Descargas sobre las sobre la acometidas estructura de servicios Fuente de daño S1 S3 Componente de riesgo R'B R'C R'V R'W Riesgo para cada tipo de pérdida X X R'16 R'2 X X X X R'4 X X X X

Descargas cercanas a las acometidas de servicios S4

R'Z

X X

6 solo para ductos metálicos sin continuidad eléctrica, que transporta fluido explosivo.

R’B R’C R’V R’W R’Z

Componente relacionado a daños físicos debido a efectos mecánicos y térmicos de la corriente de rayo fluyendo a través de la acometida de servicio Componente relacionada a fallas de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo. Componente relacionada con daños físicos debido a efectos mecánicos y térmicos por la circulación de corriente de rayo. Componente relacionada a las fallas de equipo conectado, debido a sobretensiones por acople resistivo. Componente relacionada a la falla de líneas y equipos conectados causado por sobretensiones inducidas sobre la línea.

2.2.4Evaluación de las componentes de riesgo

El cálculo general de las componentes de riesgo se efectúa mediante la siguiente ecuación: R X =N X P X L X

En donde: NX = Número de eventos peligrosos PX = Probabilidad de daño LX = Perdida consecuente Las formula generales de cálculo para cada componente de riesgo se listan a continuación: 12


MEMORIAS DE CALCULO

RA = ND*P A*L A RB = ND*PB*LB RC = ND*PC*LC RM = NM*PM*LM RU = (NL+NDa)*PU*LU RV = (NL+NDa)*P V*L V RW = (NL+NDa)*PW*LW RZ = (Ni-NL)*PZ*LZ R’B = ND*P’ B*L’ B R’C = ND*P’ C*L’ C R’V = (NL+NDa)*P’ V*L’ V R’W = (NL+NDa)*P’ W*L’ W R’Z = (Ni-NL)*P’ Z*L’ Z El cálculo específico de cada N X, PX y LX para cada componente de riesgo se efectúa según los criterios, tablas y notas de los numerales 6.5.1 a 6.7.5.13 de la NTC 4552 -2. 2.2.5Evaluación del número anual n de eventos peligrosos

El número anual N de descargas que afectan un objeto a ser protegido depende de la actividad atmosférica de la región donde se localiza la estructura y de sus características físicas. Generalmente se acepta que este número es el producto de la densidad de rayos a tierra por el área efectiva del elemento a ser protegido por un factor de corrección. 2.2.6Calculo de la DDT

La densidad de descargas a tierra (DDT), para Colombia se calcula de acuerdo a la Norma así: DDT

= 0.0017 NC 1.56

En donde el nivel ceráunico (NC), para la ciudad de Mocoa se evalúa de acuerdo con las curvas de nivel del mapa Colombiano de niveles ceráunicos, elaborado por el convenio entre la Universidad Nacional de Colombia y el HIMAT. De acuerdo con el mapa Colombiano de niveles ceráunicos, la ciudad de Mocoa está ubicada aproximadamente en una curva de NC = 90. Evaluando la DDT para los datos encontrados se tiene: = 0.0017 × (90)1.56 DDT = 1.901 ≅ 2

DDT

13


MEMORIAS DE CALCULO

El valor anterior corresponde al rango de DDT que se muestra en la Densidad de Descargas a Tierra de las principales ciudades y Poblaciones de Colombia, para la ciudad de Mocoa (Figura A.9 NTC 4552-1 1999). 2.2.7Ecuación general para calcular el número anual de eventos

El cálculo del número anual de eventos peligrosos sigue la siguiente ecuación general: N X =DDT*A X *C X *10-6

En donde: DDT = Densidad de rayos a tierra (rayos/Km2-año) AX = Área efectiva de la estructura m 2. CX = Factor de corrección. Los valores de AX y CX se valoran para cada Nx particular de acuerdo con los criterios, tablas y notas de los numerales 6.5.1 a 6.5.5 de la NTC 4552 – 2. 2.2.8Areas efectivas Ad, Ad/a, Ad/b, Am

El cálculo de las áreas efectivas para las diferentes áreas del proyecto debe hacerse según las indicaciones de los numerales 6.5.1 a 6.5.5 de la NTC 45522. 2.2.9 Área efectiva de la estructura Ad y Ad/b

Para una estructura aislada rectangular con longitud L, ancho W y altura H sobre un terreno plano Ad = LW+6H (L+W)+9π (H)2 Para la estructura en estudio el valor de Ad y Ad/b se calcula a continuación: Ad = Ad/b = 50*50+6*12 (50+50) + 9π (12)2 = 13771 m2 2.2.9.1 Ad/a

Cuando la estructura consiste de estructuras o subestructuras aledañas de debe tener en cuenta su influencia en la valoración del riesgo. El calcula del área efectiva de la estructura adyacente aplica la misma ecuación utilizada para el 14


MEMORIAS DE CALCULO

calculo del área de la estructura, teniendo en cuenta las dimensiones efectivas de la estructura adyacente (NTC 4552-2). Para la estructura en estudio no se cuenta con subestructuras o estructuras adyacentes por lo cual: Ad/a = 0 2.2.9.2 Área de influencia de la estructura Am

El área de influencia de la estructura Am está definida entre la frontera de la estructura y una línea localizada a 250 m del perímetro de la estructura (NTC 4552 – 2, Figura 9).

Para la estructura en estudio: AM = 302500 m2 2.2.9.3 Áreas efectivas Al y Ai

El área efectiva se calcula como sigue (NTC 4552-2 Tabla 12): Al Ai

Aérea (Lc-3(Ha+Hb))6Hc 1000Lc

Subterránea (Lc-3(Ha+Hb))6p1 2 25Lc p1/2

Al = área efectiva de descargas sobre acometida de servicio m 2. Ai = área efectiva de descargas próximas a la acometida de servicio m 2. Hc = altura sobre la tierra de los conductores de servicio m. 15


MEMORIAS DE CALCULO

Lc = longitud de la sección de la acometida de servicio, de la estructura al primer nodo m. Un valor máximo de Lc = 1000 m puede asumirse. Ha = altura de la estructura de donde proviene la acometida de servicio m. Hb = altura del punto de la estructura por donde ingresa la acometida de servicio m. p = resistividad del terreno donde la acometida es enterrada Ohm.m. El máximo valor que se puede asumir es de 500 Ohm.m. Para cables subterráneos con puesta a tierra terminada en malla se puede asumir una valor de área efectiva equivalente Ai = Al = 0. Para el presente caso la acometida es subterránea, por lo tanto Ai = Al = 0. 2.2.10 Calculo de los números promedio de descargas anuales para el proyecto

Para el presente caso los números promedio de descarga anuales para la instalación en estudio son los siguientes: ND = DDT x Ad x Cd x 10-6 = 2*13771*0.5*10 -6 = 0.01377 NDa = DDT x Ad/a x Cd/a x Ct x 10-6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 NM = DDT x (Am - Ad/bx Cd/b) x 10-6 = 2*(302500-13771*0.5)* 10 -6 = 0.2887 NL = DDT x Al x Cd x Ct x 10-6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 Ni = DDT x Ai x Ce x Ct x 10 -6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 2.2.11 Evaluación de la probabilidad de daño px

La evaluación de la probabilidad de daño se efectúa según los criterios, tablas y notas de los numerales 6.6.1 a 6.6.10 de la NTC 4552. Valores de probabilidad Px menores a 1 solo se seleccionan si existe la medida o característica al interior de la estructura o zona a ser protegida. Todas las probabilidades calculas tienen valor 1 por cuanto en el cálculo se efectúa para un proyecto no construido que no cuenta con ningún medio de protección, por este motivo la probabilidad adquiere el máximo valor establecido. PA = 1 PB = 1 PC = 1 PM = 1 PU = 1 PV= 1 PW = 1 16


MEMORIAS DE CALCULO

PZ = 1 P’B = 1 P’C = 1 P’V = 1 P’W = 1 2.2.12 Evaluación de la cantidad de pérdidas

De acuerdo con la NTC 4552-2 numeral 6.7.1 y 6.7.2 se tiene: Las perdidas Lx se refieren al monto medio relativo de un tipo de daño particular, el cual puede ocurrir como el resultado de la descarga de rayo. Las perdidas Lx varían según el tipo de pérdida considerada (L1, L2, L3 y L4) y cada tipo de perdida con el tipo de daño causado. Los siguientes símbolos son usados: Lt pérdidas debido a lesiones por tensiones de paso y contacto. Lf pérdidas debido a daños físicos. Lo pérdidas debido a fallas en sistemas internos. 2.2.13 Pérdidas de vidas humanas L1

Cuando el número de posibles personas en peligro, el número total de personas esperadas en la estructura y el tiempo en horas al año de permanencia en el sitio de las personas son valores difíciles de evaluar se pueden utilizar los siguientes valores para Lt, Lf y Lo. Lt, Lf y Lo para L1 Tipo de estructura Todos los tipos - Personas dentro de la estructura Todos los tipos - Personas fuera de la estructura Tipo de estructura Hospital, hoteles, edificios civiles Industrial, comercial, escuelas Entretenimiento público, iglesias, museos Tipo de estructura Riesgo de explosión Hospitales

Lt

0.0001 0.01 Lf 0.1 0.05 0.002 Lo 0.1 0.001

Para la estructura estudiada se tiene: 17


MEMORIAS DE CALCULO

LA = 10-6 LB = 0.0025 LC = no aplica LM = no aplica LU = 10-6 LV = 0.0025 Lw = no aplica Lz = no aplica 2.2.14 Perdida inaceptable del servicio público L2

Se pueden asumir valores medios de Lf y Lo según la siguiente tabla (Tabla 31 NTC 4552-2). Tipo de servicio Gas, Acueducto TV, TLC, Suministro potencia

Lf

de

0.1

Lo 0.01

0.01

0.001

Para el presente proyecto se tiene: LB = 10-4 LC = 10-3 LM = 10-3 LV = 10-4 Lw = 10-3 Lz = 10-3 2.2.15 Pérdidas de valor cultural irreemplazable L3

Para la estructura en estudio este factor no es aplicable. 2.2.16 Pérdidas económicas L4

Para la estructura en estudio este factor no es aplicable. 2.2.17 Calculo de los componentes de riesgo

Los componentes de riesgo para la estructura estudiada son RA, RB, RC, RM, RU, RV RW y RZ. Los respectivos componentes se calculan según la expresión general de este informe y los valores obtenidos para PX y LX correspondientes Para el tipo de perdida L1 18


MEMORIAS DE CALCULO

RA = ND*P A*L A = 0.01377*1*10-6 = 1.377x10-8 RB = ND*PB*LB = 0.01377*1*0.0025 = 34.42x10 -6 RU = (Ni+NDa)*PU*LU = 0 RV = (NL+NDa)*P V*L V = 0 Para el tipo de perdida L2: RB = ND*PB*LB = 0.01377*1*10-4 = 1.377x10-6 RC = ND*PC*LC = 0.01377*1*10-3 = 1.377x10-5 RM = NM*PM*LM = 0.2887*1*10 -3 = 2.887x10-4 RV = (NL+NDa)*P V*L V = 0 RW = (NL+NDa)*PW*LW = 0 RZ = (Ni-NL)*PZ*LZ = 0 Finalmente se calcula la sumatoria de los componentes de riesgo para obtener el riesgo total: Para el riesgo sobre la estructura: R = Σ Rx = RA+ RB+RU+RV=34.43x10 -6 Para el riesgo sobre el servicio publico: R = Σ Rx = RB+RC+RM+RV+RW+RZ.=0.30x10-3 2.2.18 Riesgo tolerable

Los valores representativos de riesgo tolerable RT donde las descargas atmosféricas involucran perdida de vida humana y perdidas de valores sociales y culturales se muestran en la Tabla 7 de la NTC 4552-2. Para el presente caso el estudio de riesgo aplica para las pérdidas de vidas o lesiones permanentes y las pérdidas de servicio público. Tipo de perdida Pérdidas de vidas o lesiones permanentes Pérdida de servicio público Pérdida de patrimonio cultural

R T (y-1) 10-5

10-3 10-3

Comparando el valor de riesgo total calculado con el máximo valor tolerable para cada caso se tiene que el nivel de riesgo para la estructura y el nivel de riesgo para la acometida de servicios es superior a los máximos tolerables:

19


MEMORIAS DE CALCULO

Σ Rx > R T 2.2.19 Conclusión

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, el riesgo total calculado es mayor que el riesgo máximo tolerable por lo cual se requiere implementar medidas de protección contra descargas atmosféricas para la estructura estudiada, buscando disminuir el nivel de riesgo a rangos tolerables. 2.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCION INTEGRAL CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS

Una vez aplicada la metodología de la NTC 4552-2 para la valoración de riesgo de la estructura del proyecto, en donde se encontró que el nivel de riesgo calculado requiere la implementación de un SIPRA, se procede a la determinación de los requerimientos constructivos y normativos del mismo. Una protección externa está diseñada para las siguientes funciones: o

o

o

Interceptar los impactos directos del rayo a la estructura, utilizando un sistema de captación. Conducir la energía del rayo de manera segura hasta la tierra, utilizando un sistema de bajantes. Dispersar la energía de la descarga atmosférica dentro del suelo, utilizando un sistema de puesta a tierra.

Una protección interna contra rayos previene de chispas peligrosas dentro de la estructura usando tanto equipotencialización como distancia de separación entre los componentes del SIPRA y otros elementos conductores eléctricos internos de la estructura. El tipo y ubicación del SIPRA debe estudiarse cuidadosamente en el diseño, para logra un sistema seguro a un mínimo costo. De esta manera se hace más fácil manejar los aspectos estéticos y la efectividad del sistema de protección con un mínimo esfuerzo. Antes de realizar el diseño del sistema de apantallamiento para una instalación dada se debe efectuar una valoración de riesgo, el propósito de la evaluación del factor de riesgo es establecer la necesidad de utilizar un sistema de protección contra rayos en una estructura dada y determinar si este sistema debe ser integral (NTC 4552). Una vez efectuado este análisis para la estructura del presente proyecto, se determinó que este presenta un nivel de riesgo superior a los límites tolerables, por lo cual requiere tanto de un sistema de protección externo como de un 20


MEMORIAS DE CALCULO

sistema de protección interno. La valoración del nivel de riesgo para la estructura permite concluir que se requieren medidas para la disminución de los componentes de riesgo para las diferentes pérdidas, estas medidas son: o

o

Ubicación de terminales de captación (pararrayos) en cantidad y posición determinadas por los criterios y recomendaciones del numeral 5.2 de la NTC 4552-3. Interconexión de los terminales de captación y conexión a un sistema de bajantes de acuerdo con el numeral 5.3 de la NTC 4552-3. Las bajantes tienen como fin interconectar el sistema de captación con el sistema de puesta a tierra, por lo tanto son el camino de la corriente de rayo a tierra. El objetivo fundamental de las bajantes es reducir la probabilidad de daño debido a corrientes de rayo fluyendo por el sistema de protección externo, además de garantizar la existencia de varios caminos paralelos para la corriente, con una longitud mínima y garantizando equipotencialedad con todas las partes conductoras.

o

o

Ubicación y construcción de sistemas de puesta a tierra conectados a las bajantes del sistema de captación, de acuerdo con el numeral 6.4 de la NTC 4552-3. Determinación de medidas de protección internas consistentes en equipotencialización de los sistemas de tierra y de las componentes conductoras de la estructura y/o instalación de dispositivos de protección contra sobre tensiones DPS en las líneas de las acometidas eléctricas y en la conexión a tierra. 2.3.1Metodología general de diseño

Para el diseño del sistema de protección externo contra DA se deben seguir los procedimientos especificados en la NTC 4552-3, numeral 5.2, basados en la aplicación del método electro geométrico. La probabilidad de que una estructura sea penetrada por una corriente de rayo decrece considerablemente por la presencia de un sistema de captación diseñado adecuadamente, por lo cual, los terminales de captación se deben instalar en los puntos sobresalientes, esquinas y bordes de la estructura. Se debe tener en cuenta que los terminales de captación, pararrayos, deben ser varillas metálicas sólidas o tubulares en forma de bayoneta, de acuerdo con la tabla 5 de la NTC 4552-3. Existen tres métodos para el diseño del sistema de apantallamiento de una estructura, los cuales pueden emplearse por separado o en combinación de acuerdo con las condiciones físicas y con las necesidades de protección de la misma, estos son: 1. Método electro geométrico o de la esfera rodante. 21


MEMORIAS DE CALCULO

2. Método del ángulo de protección. 3. Método del enmallado. 2.3.2Método electro geométrico (esfera rodante)

El método electro geométrico tiene su aplicación en el estudio del apantallamiento que proveen varillas verticales y conductores horizontales a estructuras y líneas de transmisión respectivamente. La principal hipótesis en que se basa el método es que la carga espacial del líder es proporcional a la magnitud de la corriente de la descarga, con base en estudios efectuados a la disrupción en grandes espacios se determinó una expresión matemática que relaciona la magnitud máxima de la corriente de retorno y la distancia de impacto, tal como se muestra a continuación: s = 3.9*Ip0.78

En donde:

S es la distancia de impacto del rayo a una estructura Ip es la magnitud máxima de la corriente de retorno del rayo La selección de la corriente pico absoluta promedio (Iabs) se obtiene de la Curva de distribución de probabilidad de magnitud de corriente de rayo para zonas templadas y zona tropical. Considerando una probabilidad del 50%, se obtiene un valor de corriente pico absoluta Iabs, aproximado de 40kA según la curva para Colombia. Dependiendo del nivel de protección de acuerdo con la NTC 4552-1, el radio de la esfera rodante se puede escoger a partir de la Tabla 2 de la NTC 4552-3. Nivel de protección NIVEL I NIVEL II NIVEL III NIVEL IV

Radio de la esfera (rsc) (m) 35 40 50 55

Estos niveles y corrientes están dados para que con el radio escogido cualquier corriente igual o superior a la escogida sea interceptada por el sistema de protección externo y no impacte directamente a la estructura. Para la estructura del presente proyecto se trabajara con el Nivel II, con lo cual el radio de la esfera rodante a emplear será de 40 m, tal como se resalta en la tabla anterior. Según la tabla 6 de la norma NTC4552-3, la separación promedio para los conductores bajantes, serán las siguientes:

22


Nivel de protección NIVEL I NIVEL II NIVEL III NIVEL IV

MEMORIAS DE CALCULO

Distancia típica promedio (m) 10 10 15 20

Para la estructura del presente proyecto se trabajara con el Nivel II, con lo cual la separación promedio para los conductores bajantes, serán de 10 como se resalta en la tabla anterior. Una vez calculada la distancia de impacto se procede a determinar gráficamente la altura mínima de los dispositivos de captación, empleando como metodología la técnica de la esfera rodante. La técnica de la esfera rodante es un corolario del método electro geométrico y consiste en imaginar una esfera gigante de radio igual a la distancia de impacto del rayo sobre los volúmenes de las estructuras a proteger contra rayos. Todas las estructuras que la esfera imaginaria logre tocar estarán expuestas al impacto del rayo, por lo tanto el propósito del diseño del apantallamiento y de la ubicación de los terminales de captación es garantizar que la esfera nunca toque en ningún punto a la estructura a proteger sino al sistema de apantallamiento (varillas y conductores). Altura de los terminales de captación: 60 cm 2.3.3Método del ángulo de protección

El método del ángulo de protección es una simplificación del método de la esfera rodante, en el cual para una altura relativa dada, existe un ángulo de protección de la Terminal de captación el cual puede determinarse mediante la utilización de las figuras 3 y 4 de la NTC 4552-3. Se considera que la ubicación del sistema de captación es adecuada si la estructura completa a ser protegida esta dentro del volumen de protección. La altura se escoge a partir de la altura relativa que tiene el elemento con la superficie a proteger ya a partir de ahí se colocan los terminales de captación de tal manera que la estructura siempre este dentro de la zona de protección de la punta. 2.3.4Método del enmallado

Este método es utilizado principalmente cuando es necesario proteger superficies planas donde una malla conductora puede ser considerada para obtener la protección contra impactos directos de toda la estructura. Para este caso los conductores externos son colocados sobre borde de techos, terrazas y voladizos (NTC 4552 -3). 23


MEMORIAS DE CALCULO

La red enmallada debe ser diseñada de tal manera que la corriente de rayo siempre encuentre al menos 2 vías de evacuación de la corriente. Los valores del enmallado dependiendo del nivel de protección están dados en la tabla 3 de la NTC 4552-3. Nivel de protección Nivel I Nivel II Nivel III Nivel IV

Malla (m) 5x5 10X10 15X15 20X20

2.3.5Aplicación de los métodos de diseño al presente caso

La aplicación de los métodos de diseño de sistemas de protección externos contra descargas atmosféricas tiene como objetivo la determinación del número y ubicación de los terminales de captación, así como también su forma de interconexión para garantizar que en ningún momento la estructura se vea impactada por rayos. Como resultado se debe plasmar en un plano de corte y en un plano de planta (en edificios complejos se deberá representar los cortes de las diferentes fachadas, al menos la fachada frontal y la fachada lateral) la ubicación de los terminales de captación, su forma de interconexión, la ubicación y recorrido de las bajantes de puesta a tierra y la ubicación y conformación del sistema de puesta a tierra. Teniendo en cuanta las características del proyecto en estudio se determinó que los métodos de la esfera rodante y del ángulo de cobertura son los más adecuados para la determinación de las terminales de captación externas, de acuerdo con lo expuesto. 2.3.6Equipotencialización e interconexión de sistemas de puesta a tierra

La equipotencialización se logra mediante la interconexión del sistema de protección contra rayos con las partes metálicas de la estructura, las instalaciones metálicas, las partes metálicas internas y externas conectadas a la estructura y los sistemas eléctricos y electrónicos (NTC 4552-3 numeral 6.2). Sin embargo el establecimiento de uniones equipotenciales con sistemas internos puede originar circulación de corrientes parciales de rayo en dichos sistemas, por lo cual los efectos de estas corrientes se deben considerar. A nivel general se debe interconectar el sistema de puesta a tierra de sistema de protección contra descargas atmosféricas con el sistema de puesta a tierra 24


MEMORIAS DE CALCULO

de potencia ubicado en la subestación eléctrica. Para ello deberá llevarse un pase en cable No 2/0 AWG desnudo desde la caja de interconexión de tierras más próxima a la subestación hasta un punto o nodo de la misma. Se recomienda la utilización de un DPS de tipo conmutación de tensión para la interconexión de la malla de puesta a tierra de la subestación con la malla de tierra del sistema de pararrayos. La equipotencialización con sistemas de comunicaciones debe ser analizada con extremado cuidado y consultada con los proveedores e instaladores de dichos equipos, en forma general, es recomendable que en tal caso la equipotencialización no se efectúe directamente a través de cables sino mediante la utilización de DPS tipo conmutación de tensión entre los sistema de puesta a tierra respectivos. 2.4 CALCULO DEL RIESGO DE LA ESTRUCTURA IMPLEMENTANDO EL DISEÑO PROPUESTO

La verificación de la efectividad del sistema de apantallamiento diseñado se obtiene mediante el calculo del riesgo tal y como se desarrollo y describió en el capitulo, Calculo del Nivel de riesgo que compone el presente estudio. Los valores básicos de parámetros tales como el nivel de descargas a tierra, las áreas efectivas y otros fueron calculados en la valoración de riesgo para la estructura, documento adjunto al presente informe. Los mismos parámetros básicos son aplicables en la valoración del riesgo para las medidas de protección diseñadas y especificadas. A continuación se presentan en forma resumida los cálculos respectivos del nivel de riesgo para el diseño propuesto. 2.4.1Calculo de los números promedio de descargas anuales para el proyecto

Para el presente caso los números promedio de descarga anuales para la instalación en estudio son los siguientes: ND = DDT x Ad x Cd x 10-6 = 2*13771*0.5*10 -6 = 0.01377 NDa = DDT x Ad/a x Cd/a x Ct x 10-6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 NM = DDT x (Am - Ad/bx Cd/b) x 10-6 = 2*(302500-13771*0.5)* 10 -6 = 0.288 NL = DDT x Al x Cd x Ct x 10-6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 Ni = DDT x Ai x Ce x Ct x 10 -6 = 2*0*0.5*0.2*10 -6 = 0 Estas variables no cambian de valor porque responden a las características generales arquitectónicas y constructivas del proyecto tales como dimensiones, localización etc. 25


MEMORIAS DE CALCULO

2.4.2Evaluación de la probabilidad de daño px

La evaluación de la probabilidad de daño se efectúa según los criterios, tablas y notas de los numerales 6.6.1 a 6.6.10 de la NTC 4552. Valores de probabilidad Px menores a 1 solo se seleccionan si existe la medida o característica al interior de la estructura o zona a ser protegida. Todas las probabilidades calculas tienen valor 1 por cuanto en el cálculo se efectúa para un proyecto no construido que no cuenta con ningún medio de protección, por este motivo la probabilidad adquiere el máximo valor establecido. PA = 10-5 PB = 0.05 NIVEL II DE PROTECCION PC = 0.02 NIVEL II DE PROTECCION PM = 0.02 PU = 1 PV= 1 PW = 1 PZ = 1 P’B = 1 P’C = 1 P’V = 1 P’W = 1 2.4.3Evaluación de la cantidad de pérdidas

De acuerdo con la NTC 4552-2 numeral 6.7.1 y 6.7.2 se tiene: Las perdidas Lx se refieren al monto medio relativo de un tipo de daño particular, el cual puede ocurrir como el resultado de la descarga de rayo. Las perdidas Lx varían según el tipo de pérdida considerada (L1, L2, L3 y L4) y cada tipo de perdida con el tipo de daño causado. Los siguientes símbolos son usados: Lt pérdidas debido a lesiones por tensiones de paso y contacto. Lf pérdidas debido a daños físicos. Lo pérdidas debido a fallas en sistemas internos. 2.4.4Pérdidas de vidas humanas L1

Cuando el número de posibles personas en peligro, el número total de personas 26


MEMORIAS DE CALCULO

esperadas en la estructura y el tiempo en horas al año de permanencia en el sitio de las personas son valores difíciles de evaluar se pueden utilizar los siguientes valores para Lt, Lf y Lo. Lt, Lf y Lo para L1 Tipo de estructura Todos los tipos - Personas dentro de la estructura Todos los tipos - Personas fuera de la estructura Tipo de estructura Hospital, hoteles, edificios civiles Industrial, comercial, escuelas Entretenimiento público, iglesias, museos Tipo de estructura Riesgo de explosión Hospitales

Lt

0.0001 0.01 Lf 0.1 0.05 0.002 Lo 0.1 0.001

Para la estructura estudiada se tiene: LA = 10-6 LB = 0.0025 LC = no aplica LM = no aplica LU = 10-6 LV = 0.0025 Lw = no aplica Lz = no aplica 2.4.5Perdida inaceptable del servicio público L2

Se pueden asumir valores medios de Lf y Lo según la siguiente tabla (Tabla 31 NTC 4552-2). Tipo de servicio Gas, Acueducto TV, TLC, Suministro potencia

Lf

de

0.1

Lo 0.01

0.01

0.001

Para el presente proyecto se tiene: LB = 10-4 LC = 10-3 27


MEMORIAS DE CALCULO

LM = 10-3 LV = 10-4 Lw = 10-3 Lz = 10-3 2.4.6Pérdidas de valor cultural irreemplazable L3

Para la estructura en estudio este factor no es aplicable. 2.4.7Pérdidas económicas L4

Para la estructura en estudio este factor no es aplicable. 2.4.8Calculo de los componentes de riesgo

Los componentes de riesgo para la estructura estudiada son RA, RB, RC, RM, RU, RV RW y RZ. Los respectivos componentes se calculan según la expresión general de este informe y los valores obtenidos para PX y LX correspondientes Para el tipo de perdida L1 RA = ND*P A*L A = 0.01377*10-5 *10-6 = 0.1377x10-12 RB = ND*PB*LB = 0.01377*0.05*0.0025 = 1.72x10 -6 RU = (Ni+NDa)*PU*LU = 0 RV = (NL+NDa)*P V*L V = 0 Para el tipo de perdida L2: RB = ND*PB*LB = 0.01377*0.05*0.0025 = 1.72x10-6 RC = ND*PC*LC = 0.01377*0.02*10-3 = 0.275x10-6 RM = NM*PM*LM = 0.288*0.02*10 -3 = 5.76x10-6 RV = (NL+NDa)*P V*L V = 0 RW = (NL+NDa)*PW*LW = 0 RZ = (Ni-NL)*PZ*LZ = 0 Finalmente se calcula la sumatoria de los componentes de riesgo para obtener el riesgo total: Para el riesgo sobre la estructura: R = Σ Rx = RA+ RB+RU+RV=1.72x10 -6 Para el riesgo sobre el servicio publico: 28


MEMORIAS DE CALCULO

R = Σ Rx = RB+RC+RM+RV+RW+RZ.=7.75x10-6 2.4.9Riesgo tolerable

Los valores representativos de riesgo tolerable RT donde las descargas atmosféricas involucran perdida de vida humana y perdidas de valores sociales y culturales se muestran en la Tabla 7 de la NTC 4552-2. Para el presente caso el estudio de riesgo aplica para las pérdidas de vidas o lesiones permanentes y las pérdidas de servicio público. Tipo de perdida Pérdidas de vidas o lesiones permanentes Pérdida de servicio público Pérdida de patrimonio cultural

R T (y-1) 10-5

10-3 10-3

Comparando el valor de riesgo total calculado con el máximo valor tolerable para cada caso se tiene que el nivel de riesgo para la estructura y el nivel de riesgo para la acometida de servicios una vez adoptadas las medidas de protección especificadas en el presente diseño y descritas en este documento, es inferior a los máximos tolerables: Σ Rx < R T Por lo cual se puede concluir que el diseño propuesto cumple con los objetivos buscados al disminuir a rangos tolerables el nivel de riesgo contra descargas atmosféricas.

2.5 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA REQUERIMENTOS GENERALES Los elementos metálicos que forman parte de las instalaciones eléctricas, no podrán ser incluidos como parte de los conductores de puesta a tierra. • Los elementos metálicos principales que actúan como refuerzo estructural de una edificación deben tener una conexión eléctrica permanente con el sistema de puesta a tierra. • Las conexiones que van bajo el nivel del suelo en puesta a tierra, deben ser realizadas mediante soldadura exotérmica o conector certificado para tal uso por el RETIE. • Para verificar las características del electrodo de puesta a tierra y su •

29


• • •

•

MEMORIAS DE CALCULO

unión con la red equipotencial, cumplan con todos los requerimientos del RETIE, se debe dejar por lo menos un punto de conexión accesible e inspeccionable y una caja de inspección, cuyas dimensiones deben ser como mínimo de 30 cm X 30 cm o de 30 cm de diámetro. No se permite el uso de aluminio en los electrodos de las puestas a tierra. Las varillas del SPT es de cobre de 5/8” X 2.40 m. Se deberán proveer conexiones a tierra para todos los materiales, equipos, estructuras, según lo indicado en los planos y especificaciones y en cuanto sea necesario para cumplir los requerimientos del Código Nacional Eléctrico de los Estados Unidos (NEC) y la norma ICONTEC 2050 y el RETIE. El termino “Equipo Eléctrico” incluye todos los compartimentos, celdas o tableros que contengan conexiones eléctricas o conductores desnudos.

2.5.1 VALORES DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA TABLA 24 RETIE APLICACION VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA Estructuras de líneas de transmisión 20 ohmios Subestaciones de alta y extra alta tensión 1 ohmios Subestaciones de media tensión 10 ohmios Protección contra rayos 10 ohmios Neutro de acometida en baja tensión 25 ohmios

2.5.2 REQUISITOS DE INSTALACIÓN • •

• • •

•

Cada electrodo será enterrado en su totalidad El punto de unión entre el conductor y el electrodo debe ser fácilmente accesible y hacerse con soldadura exotérmica o conector certificado por el RETIE para este uso: La parte superior del electrodo enterrado debe quedar mínimo 15 cm por debajo de la superficie. Los conductores del SPT deben ser continuos, sin interruptores o medios de desconexión. Esta configuración se utiliza para los sistemas de puesta a tierra de fuerza, comunicaciones y sistema de protección contra descargas eléctricas atmosféricas que tiene dos bajantes. Todos los sistemas de puesta a tierra son interconectados mediante puentes equipotenciales.

30


MEMORIAS DE CALCULO

2.5.3 BARRAJES EQUIPOTENCIALES Para interconectar las mallas de puesta a tierra de los pararrayos con la malla del tablero general, equipo de medida, planta eléctrica y tablero regulado, se utilizara un tablero en el cual se instalara un barraje equipotencial de 5mm x 50mm x 300mm, las conexiones al barraje serán con conectores certificados de compresión de dos huecos o soldadura exotérmica, y debe ser aislada de su soporte por lo menos 50mm 2.6 PROTECCIÓN INTERNA DPS Se instalan limitadores de sobretensión que protejan adecuadamente a las personas y contra daños en los equipos. Se utilizan Dispositivos de Protección contra Sobretensiones DPS, para la escogencia del dispositivo se tiene en cuenta la tensión de operación del equipo a proteger y la corriente de falla. Protección Primaria: Se instalara en el tablero general al inicio de nuestra instalación. Características: DPS tipo B, trifásico 208V/120V (5 HILOS) 40kA/ fase, 40kA/ neutro, con interruptor 3x60A 25 kA Categoría según Norma ANSI/IEEE C62.41: B Protección ofrecida: 3 fases y neutro Tensión nominal: 220V/127V (5 HILOS) Tensión Máxima permanente Uc=300 V Corriente transitoria máxima 8/20µs (fase a tierra): 40 kA Corriente transitoria máxima 8/20µs (neutro a tierra): 40 kA Corriente transitoria máxima total atierra 8/20µs : 160 kA Corriente interna admisible de cortocircuito = 25 KA Corriente choque de rayo = 80 KA Clase 1 230/400V

3

ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION PARA LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

EL CONTRATISTA deberá transportar, instalar, excavar, tender el conductor, hincar las varillas, hacer las conexiones, rellenar y ejecutar las obras que sean necesarias para el sistema de puesta a tierra, es decir de las mallas a tierra y las conexiones de puesta a tierra de los equipos. EL CONTRATISTA deberá obtener un valor de resistencia a tierra menor de 10 ohmios, en caso de ser mayor este valor se deberá hacer tratamiento al terreno o ampliar la malla de puesta a tierra. El sistema de puesta a tierra de debe cumplir con los especificado en el articulo 15 del RETIE (Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas) y NTC 4552-1, 2-, 3.

31


MEMORIAS DE CALCULO

3.1 Materiales EL CONTRATISTA deberá suministrar todos los materiales permanentes, temporales y principales requeridos para la obra. 3.2 Cables Para la instalación del sistema de puesta a tierra se utilizará cable de cobre desnudo No 2/0. Las derivaciones al tablero de distribución general será en No 2/0 cobre desnudo. 3.3 Zanjas y Rellenos Las zanjas se deberán llenar de tierra negra compactada mezclada con bentonita u otro elemento que garantice una resistencia de puesta a tierra de 10 ohmios. 3.4 Varillas Las varillas de puesta a tierra de Copperweld de 5/8” de diámetro y 2,44 metros de longitud, de forma que el extremo superior de la varilla quede a 15 cm por debajo de la superficie del terreno. Las varillas estarán formadas de cobre compacto ligado molecularmente a un núcleo de acero de alta resistencia mecánica. El recubrimiento de cobre se hará por deposición electrolítica y presentará un espesor promedio de 0,25 mm. 3.5 Empalmes y Conexiones Los empalmes y conexiones se harán por medio de soldadura exotérmica. Esta se hará de acuerdo con las instrucciones contenidas en los folletos explicativos del fabricante. Se tenderán uniones exotérmicas en T y en X en los lugares donde se requieran, estas uniones podrán ser horizontales o verticales. EL CONTRATISTA deberá suministrar las cargas de pólvora, brocha, solvente limpiador, el cepillo, el chispero, las pinzas, los moldes y todos los accesorios necesarios para la realización de cada punto de soldadura. Los moldes serán en grafito y se sostendrán con pinzas CADWELD en el momento de la ignición. Se utilizarán terminales tipo pala fabricados con los tubos de cobre sin costura, con recubrimiento de Zinc de 0,008 mm de espesor. 3.6

Instalación

EL CONTRATISTA deberá instalar y conectar todos los elementos para puesta a tierra de acuerdo con estas especificaciones, los planos, los requisitos de la norma NEC (Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos de Norteamérica), el artículo 15 del RETIE (Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas) y NTC 4552-1, NTC 4552-2, NTC 4552-3, y las instrucciones de la INTERVENTORIA. Los conductores de la malla se deberán colocar ajustándose en lo posible a la 32


MEMORIAS DE CALCULO

localización indicada en los planos, evitando interferencias con otras partes de la obra. Durante la instalación, los conductores se desenrollarán de los carretes o rollos teniendo cuidado de no doblarlos o cortarlos. Los conductores embebidos deberán dejarse con un pedazo de suficiente longitud que se prolongue fuera de la estructura o se deje enrollado en el pie de las columnas para permitir su prolongación sin demasiados empalmes. Esta prolongación se hará sin cortar los conductores más de lo necesario y sin efectuar empalmes innecesarios. Los conductores deberán acomodarse a las superficies sobre las cuales se instalen. Deberán evitarse tendidos diagonales y éstos se efectuarán en posición horizontal o vertical y paralelamente a las edificaciones, ejes de columnas y muros, hasta donde sea posible. Los conductores se asegurarán firmemente en sus sitios, sin que formen curvas o bucles. Los conductores de la malla y las conexiones de los equipos a tierra se instalarán de forma que ofrezcan el camino más corto y directo. EL CONTRATISTA deberá determinar la resistencia a tierra en cada varilla con Megger previamente aprobado por LA INTERVENTORIA. Los cables de conexión a las varillas se enterrarán 45 centímetros, por lo menos, bajo la superficie del terreno. 3.7 Empalmes y conexiones Los empalmes de los conductores de la malla y las conexiones a tierra del equipo y estructuras se harán por medio de conectores a presión, de cobre o bronce. Para la conexión de las mallas de puesta a tierra se usarán soldadura aluminio-térmica por el procedimiento "Caddweld" o Thermoweld. Los conductores de puesta a tierra y los conectores serán limpiados cuidadosamente con un cepillo de alambre en sus puntos de conexión, antes de efectuar los empalmes y conexiones. No se aceptará la limpieza con ácido. Los conductores, los conectores y la estructura serán estañados en los puntos de conexión y en toda la superficie de contacto. La capa limpia de zinc de una estructura o equipo galvanizado se considerará como protección adecuada para la conexión a tierra. Todas las estructuras y bases del equipo eléctrico, mecanismo de control, tableros y sus estructuras de soporte, tuberías, sistema de conductos metálicos, corazas metálicas de los cables, artefactos de iluminación, cercas y puertas, etc., tendrán una conexión al sistema de puesta a tierra. Se dejarán prolongaciones de conductores de puesta a tierra para la conexión futura de estructuras y equipos, como se indica en los planos. Las conexiones al equipo deberán hacerse en los huecos o terminales previstos por el fabricante para estos propósitos. No deberán usarse pernos de anclaje para tales conexiones. Los cables de conexión deberán contornear y ajustarse a las superficies de los equipos, evitando la formación de arcos y bucles. 33

diseño mocoa

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