Iram-2184-1-Proteccion contra rayos.pdf

NORMA ARGENTINA

IRAM 2184-1-1*

2184-1-1 1997

Primera edición 1997-09

IEC 1024-1-1 Edición 1993

Esta impresión tiene incorporada la Fe de erratas N °1:2003

Protección de estructuras contra descargas eléctricas atmosféricas Parte 1: Principios generales Sección 1 - Guía A: “Elección de los niveles de protección para los sistemas de protección contra el rayo (spcr)” Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1 - Guide A: Selection of protection levels for lightning protection systems.

* Corresponde a la revisión de la norma IRAM 2184:1964 e incluye la modificación Nº 1 de junio de 2000.

Referencia Numérica: IRAM 2184-1-1:1997

IRAM 1997 No está permitida la reproducción de ninguna de las partes de esta publicación por cualquier medio, incluyendo fotocopiado y microfilmación, sin permiso escrito del IRAM.

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Prefacio El Instituto Argentino de Normalización (IRAM) es una asociación civil sin fines de lucro cuyas finalidades específicas, en su carácter de Organismo Argentino de Normalización, son establecer normas técnicas, sin limitaciones en los ámbitos que abarquen, además de propender al conocimiento y la aplicación de la normalización como base de la calidad, promoviendo las actividades de certificación de productos y de sistemas de la calidad en las empresas para brindar seguridad al consumidor. IRAM es el representante de la Argentina en la International Organization for Standardization (ISO), en la Comisión Panamericana de Normas Técnicas (COPANT) y en la Asociación MERCOSUR de Normalización (AMN). Esta norma IRAM es el fruto del consenso técnico entre los diversos sectores involucrados, los que a través de sus representantes han intervenido en los Organismos de Estudio de Normas correspondientes.

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Índice Página

0 NORMAS PARA CONSULTA CONSULTA .................................................................. ......................................................................................5 ....................5 INTRODUCCIÓN .................................................................. ..................................................................................................... ...........................................5 ........5 1 GENERALIDADES...................................................... GENERALIDADES......................................................................................... .................................................6 ..............6 2 CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS...................................... ESTRUCTURAS................................................................7 ..........................7 3 PARÁMETROS PARÁMETROS DEL RAYO.................................. RAYO ..................................................................... .......................................................9 ....................9 4 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE PROTECCIÓN PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS (SPCR) .................................................................... ....................................................................10 10 Anexo A (Normativo) (Normativo)............................... ................................................................... ....................................................................... ...................................18 18 Anexo B (Informativo (Informativo IRAM).................... IRAM)........................................................ ....................................................................... ...................................22 22 Anexo C (IRAM (IRAM Normativo)................................................... Normativo)...................................................................................... .........................................26 ......26 Anexo D (Informativo) (Informativo) ....................................................................... ....................................................................................................2 .............................28 8 Anexo E (IRAM (IRAM Informativo).................... Informativo)........................................................ ....................................................................... ...................................29 29 Anexo F (Informativo).......................................... (Informativo)............................................................................. ...........................................................32 ........................32

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Protección de estructuras contra descargas eléctricas atmosféricas Parte 1: Principios generales Sección 1 - Guía A: “Elección de los niveles de protección para los sistemas de protección contra el rayo (spcr)” Nota IRAM: Esta norma IRAM es equivalente a la primera edición de la norma de la Comisión Electrotécnica Internacional IEC 1024-1-1: 1993. "Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1: Guide A - Selection of protection levels for lightning protection systems". Por ello, sigue la misma estructura del documento internacional, con excepción de algunos cambios de redacción y de forma, considerados necesarios para mantener una unidad de criterio con el conjunto de las normas IRAM, y de la referencia a otras normas IRAM equivalentes a las normas IEC citadas en el documento original y a los agregados que se detallan a continuación: -

en el el apartad apartado o 3.2, 3.2, una una Nota Nota IRAM IRAM acla aclarato ratoria ria de la unidad de medida de Ng y una llamada de cita del anexo B (Informativo IRAM);

-

en el el aparta apartado do 4.1, 4.1, una una Nota Nota IRAM que mencio menciona na el anexo C (Normativo IRAM);

-

el anex anexo o B (Info (Informat rmativo ivo IRAM) IRAM) con con los los nivel niveles es y densidades ceraúnicas continentales argentinas;

-

el anex anexo o C (Normati (Normativo vo IRAM IRAM)) con con un método método para para estimar la frecuencia Nc (Ver 4.1).

0 NORMAS PARA CONSULTA Los documentos normativos siguientes contienen disposiciones, las cuales, mediante su cita en el texto, se transforman en prescripciones válidas para la presente norma IRAM. Las ediciones indicadas eran las vigentes en el momento de su publicación. Todo documento es susceptible de ser revisado y las partes que realicen acuerdos basados en esta norma se deben esforzar para buscar la posibilidad de aplicar sus ediciones más recientes. Los organismos internacionales de normalización y el IRAM, mantienen registros actualizados de sus normas.

IRAM 2184-1:1996 - Protección de las estructuras contra las descargas eléctricas atmosféricas. Parte 1: Principios generales. (IEC 1024-1: 1990). IRAM 2425 (por estudiar) - "Guía para la evaluación de los riesgos de daños producidos por las descargas atmosféricas" (Informe técnico de la IEC, CE 81). (IEC 1662: 1995-04).

INTRODUCCIÓN La parte 1, de esta norma IRAM 2184, titulada "Principios generales", establece las definiciones esenciales y los principios generales de la protección contra descargas atmosféricas, como así también brinda la información necesaria en relación con el diseño, la construcción y los materiales para la instalación de sistemas de protección interna y externa contra descargas atmosféricas en estructuras comunes. Asimismo, esta parte ofrece los requisitos básicos para efectuar un buen programa de mantenimiento e inspecciones. La guía A contiene la información en relación con la asignación de niveles de protección para las estructuras que han de ser protegidas. Proporciona pautas para la selección de sistemas de protección contra descargas atmosféricas y representa la opinión en consenso de expertos de muchos países en lo concerniente a la mejor práctica general basada en el estado actual de la tecnología. No obstante lo antedicho, debe tenerse en cuenta que, debido a los parámetros que intervienen, el tema resulta tan complejo que sólo

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un análisis exhaustivo de los riesgos podrá brindar la correcta evaluación del nivel de protección requerido.

1.2.4 duración del rayo (T): Tiempo durante el cual fluye la corriente del rayo en el punto de impacto.

Cuando la selección de los niveles de protección de estructuras se base en la evaluación del riesgo de daños debidos a descargas atmosféricas, un Informe Técnico (la futura norma 1024-1-2 de la IEC) podrá asistir a las autoridades competentes.

1.2.5 carga total (Qtotal): Integral de la corriente del rayo respecto del tiempo durante toda la duración del rayo.

La presente guía se debe utilizar conjuntamente con la Parte 1, cuando se consideren aspectos específicos de la evaluación de la protección, el diseño y la construcción de un sistema de protección contra el rayo (spcr).

1 GENERALIDADES 1.1 Alcance y objeto La presente guía se aplica para la selección de niveles de protección en relación con los sistemas de protección contra el rayo (spcr) que trata la norma IRAM 2184-1. Suministra información respecto de la clasificación de estructuras de acuerdo con los efectos que resultan del impacto de un rayo y de los procedimientos tendientes a la selección de un sistema de protección contra rayos que brinde un nivel de protección adecuado.

1.2 Términos y definiciones definiciones A los fines de la presente guía, se aplican las definiciones siguientes:

1.2.1 corriente del del rayo (i): (i): Corriente que fluye en el punto de impacto. 1.2.2 valor de cresta (l): Valor máximo de la corriente del rayo. 1.2.3 pendiente promedio promedio de la corriente corriente del rayo (di/dt): Diferencia entre los valores de la corriente del rayo al comienzo y al final de un intervalo de tiempo especificado [i(t 2) - i(t1)] dividido por el intervalo de tiempo especificado [t2 - t1].

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1.2.6 carga impulsional impulsion al o del impulso (Qimpulso): Integral de la corriente del rayo respecto del tiempo correspondiente a la duración del impulso durante el rayo. 1.2.7 energía específica (W/R): Energía disipada por la corriente del rayo en una resistencia de valor unitario. Es la integral del cuadrado de la corriente del rayo respecto del tiempo en toda la duración del rayo. 1.2.8 probabilidad de daño (p): Probabilidad de que un rayo pueda causar daños en una estructura. 1.2.9 riesgo de daño: Probables pérdidas anuales promedio (en personas y en bienes) debidas a rayos en una estructura. 1.2.10 frecuencia de rayos directos en una estructura (Nd): Número promedio anual esperado de rayos directos en una estructura. 1.2.11 frecuencia de daños por rayos directos: Número promedio anual de rayos directos que pueden causar daños en una estructura. 1.2.12 frecuencia aceptada de rayos en una estructura (Nc): Frecuencia máxima promedio anual tolerable de rayos que pueden causar daños en una estructura. 1.2.13 eficiencia de un spcr (E): Relación entre el número promedio anual de rayos directos que no pueden causar daños en una estructura y el número de impactos de rayos directos en esa estructura.

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2 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Las estructuras pueden clasificarse de acuerdo con los efectos resultantes de los impactos de rayos que pueden ponerlas en peligro, al contenido de éstas o a sus alrededores. Los efectos directos de los rayos que pueden ser peligrosos son: incendio, daños mecánicos, lesiones a personas y animales y daños a los equipos eléctricos y electrónicos. Los efectos de los rayos pueden generar pánico; además de provocar explosiones y emisiones de sustancias peligrosas tales como materiales radioactivos, agentes químicos, sustancias tóxicas, contaminantes bioquímicos, bacterias y virus. Los efectos de los rayos pueden resultar particularmente riesgosos en sistemas de computación, sistemas de control, sistemas de regulación y suministros eléctricos y dar como resultado la pérdida de servicios para el público, pérdidas de datos, de producción y comerciales. En todo tipo de estructuras hay instalados equipos electrónicos sensibles que pueden requerir una protección especial. En la tabla 1 se dan ejemplos de cuatro clasificaciones de diferentes tipos de estructuras; sin embargo, en la Parte 1 de la presente Guía se consideran las estructuras comunes solamente.

2.1 Estructuras comunes Las estructuras comunes son aquéllas que se utilizan para propósitos generales, sean comerciales, industriales, rurales, institucionales o residenciales. En la Parte 1 no se considerarán las estructuras de más de 60 m de altura.

2.2 Estructuras especiales A continuación, continuación, se dan las descripciones descripciones de cuatro tipos de estructuras especiales:

2.2.1 Estructuras con peligros circunscriptos tos a ella ellass (pelig (pelig ro c onfinado). onfinado).

Estructuras cuyos materiales de construcción, su contenido o sus ocupantes, hacen solamente que el volumen total de la estructura sea vulnerable a los efectos peligrosos de los rayos.

2.2.2 Estructuras peligrosas para sus alrededores dedores inmediatos inmediatos

Estructuras cuyos contenidos pueden resultar peligrosos para sus alrededores inmediatos como consecuencia de la caída de un rayo. tructuras pelig pelig ros as para para amb ambient ientes es 2.2.3 E s tructuras s oci ales ales y fí s ic os

Estructuras que podrían causar emisiones biológicas, químicas y radioactivas como consecuencia de la caída de un rayo. tructurass varias varias 2.2.4 E s tructura

- estru estructu cturas ras elevad elevadas as o alta altass (de (de más más de 60 m); - carpa carpas, s, sola solare ress para para cam campam pamen entos tos y campos de deportes; - insta instalac lacio iones nes provis provisor orias ias;; - estru estructu ctura rass en constr construcc ucció ión. n.

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TABLA 1 - Ejemplos de clasificación de estructuras (ver notas) Clasificación de las estructuras

Tipo de estructura

Efectos de los rayos

Estructuras comunes

Vivienda unifamiliar

Perforación de la aislación de las instalaciones eléctricas, incendio y daños materiales Por lo general, los daños se limitan a los objetos expuestos en el punto de impacto o en la trayectoria del rayo.

Granja

Riesgo primario de incendio y tensiones del paso peligrosas. Riesgo secundario debido a pérdida de energía eléctrica y peligro de vida del ganado debido a falla del control electrónico de los sistemas de suministro de alimentos y ventilación, etc.

Teatro Escuela Local de compras Área de deporte deportess

Es probable que puedan generar pánico los daños a las instalaciones eléctricas (por ej.: iluminación eléctrica) El desperfecto de las alarmas contra incendios provoca una demora en tomar medidas para la lucha contra incendios.

Banco Compañía de seguros Compañía comercial, etc.

Igual que en el caso anterior, más los problemas por pérdidas de la comunicación, desperfectos en las computadoras y pérdidas de datos.

Hospital Geriátrico Prisión

Igual que en el caso anterior, más los problemas con las personas en la sala de cuidados intensivos y dificultades para rescatar a quienes están inmovilizados. Otros efectos que dependen de los contenidos de las fábricas, que van desde daños menores a daños inadmisibles y pérdidas de producción. Pérd Pérdid ida a de her heren enci cias as cul cultu tura rale less irre irreem empl plaz azab able les. s. Pérdidas inaceptables de servicios al público.

Industria

Estr Estruc uctu tura rass con con daño daño con confifina nado do

Estructuras peligrosas para los alrededores

Muse Museos os y sit sitio ioss arqu arqueo eoló lógi gico coss Tele Teleco comu muni nica caci cion ones es Centrales eléctricas Industrias con riesgo de incendios Refinería Estación de servicio Fábrica de pirotecnia Fábrica de municiones

Estructuras peligrosas para el medio Planta química ambiente Central nuclear Laboratorios y plantas bioquímicas

Peligros consiguientes en los alrededores inmediatos provocados por incendio, etc. Consecuencias de incendio y explosión en la planta y sus alrededores.

Incendio y mal funcionamie f uncionamiento nto de las instalaciones instalaciones con consecuencias perjudiciales para el entorno local y global.

Notas 1: Puede haber equipos electrónicos sensibles en todo tipo de estructuras, incluyendo las estructuras comunes, que podrían verse fácilmente dañados por sobretensiones debidas a rayos. 2: La pérdida del servicio es el producto del tiempo durante el cual un solo usuario no puede hacer uso del servicio, multiplicado por el número de usuarios afectados anualmente.

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3 PARÁMETROS DEL RAYO

los valores de los parámetros del rayo relacionados con los niveles de protección.

Por lo general, los parámetros del rayo se obtienen a partir de mediciones tomadas desde objetos altos.

3.2 Densidad de rayos a tierra

Los datos proporcionados en la presente guía se relacionan tanto con los rayos descendentes como con los ascendentes. Puede suponerse que la distribución estadística de los parámetros registrados del rayo tienen una distribución logarítmica normal. Sobre dicha base, puede calcularse la probabilidad de ocurrencia de cualquier valor de cada parámetro a partir de los valores proporcionados en el anexo A. La relación de polaridad de los rayos depende de la naturaleza del territorio. En caso de no existir información local disponible, se deberá suponer positiva en un 10 % y negativa en un 90 %. Los valores indicados en la presente guía están basados en una proporción de positivas en un 10 % y negativas en un 90 %

Deberá determinarse a partir de mediciones, la densidad de rayos a tierra expresada en términos de impactos a tierra por kilómetro cuadrado y por año. En caso de no estar disponible la densidad de impactos a tierra de los rayos (Ng), se la podrá estimar empleando la relación siguiente:

 rayos a tierra   km2 . año 

Ng = 0,04 . T1,25 d  donde:

Td es la cantidad de días de tormentas eléctricas por año obtenida a partir de mapas isoceráunicos*. Nota: Esta relación varía con los cambios de las condiciones climáticas. Nota IRAM: IRAM: Se reescribió la unidad de medida de Ng de una manera lógica y físicamente significativa.

3.1 Parámetros de corriente del rayo empleados para para dimensi dimensiona onarr los sistema sistemas s de protecc protección ión contra rayos (spcr).

Los efectos térmicos y mecánicos de los rayos guardan relación con el valor de cresta de la corriente (l), la carga total (Q total), la carga de impulso (Qimpulso) y la energía específica (W/R). Los valores más altos de estos parámetros aparecen en los rayos positivos. Los efectos perjudiciales provocados por la tensión inducida guardan relación con la pendiente del frente de corriente del rayo. A los propósitos del diseño, en la presente guía, se emplean los valores de pendiente promedio comprendidos entre el 30 % y el 90 % de la corriente de cresta. El valor más alto de este parámetro aparece en los impactos negativos subsiguientes, que se producen en casi todos los rayos negativos dirigidos contra una estructura.

Tabla 2 - Relación de los parámetros de corriente de rayos con los niveles de protección (ver punto 3.1) Niveles de Protección Parámetro del rayo I

II

III-IV

Valor de la corriente de cresta I [kA]

200

150

100

Carga total

Qtotal [C [C]

300

225

150

Carga del impulso Q impulso [C [C]

100

75

50

Energía específica W/R [kJ/ Ω]

10 000

5 600

2 500

Pendiente promedio di/dt30/90% [kA/µs]

200

150

100

Suponiendo que el 10 % de los rayos son positivos y el 90 % son negativos, en la tabla 2 se dan * Ver el anexo B (informativo IRAM).

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4 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE PROTECCIÓN PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS (SPCR)

El propietario de la estructura o el diseñador del spcr podrá establecer los valores de N c' cuando las pérdidas tengan que ver solamente con los bienes o la propiedad privada.

El propósito de elegir un nivel de protección es reducir el riesgo de daños por rayos directos en una estructura o en un volumen a proteger, por debajo del nivel máximo tolerable.

Podrán estimarse los valores de N c a través del análisis del riesgo de daños, teniendo en cuenta los criterios correspondientes, como por ejemplo:

Para cada estructura puede evaluarse el riesgo de daños teniendo en cuenta: la frecuencia anual de rayos directos en la estructura (N d), la probabilidad con la cual el rayo causa daños, y la cantidad posible de pérdidas promedio que pudieren tener lugar como consecuencia de la caída del rayo en la estructura. Nota: Hay casos en que hay que considerar los impactos indirectos para evaluar el riesgo.

El daño depende de varios parámetros, entre los cuales pueden mencionarse: el uso y el contenido (vidas humanas y bienes) del volumen objeto de protección, los materiales de construcción y las medidas adoptadas para reducir los efectos resultantes de los rayos. La estructura está clasificada de acuerdo con los efectos resultantes de los rayos, según lo indicado en el capítulo 2. Una vez elegido el nivel máximo tolerable de riesgo de daños a la estructura, podrá evaluarse el valor máximo aceptado N c de la frecuencia anual de rayos que pueden causar daños en la estructura. Por lo tanto, la elección del nivel de protección adecuado de los spcr a instalarse podrá estar basada en la frecuencia esperada N d de rayos directos en la estructura a proteger y en la frecuencia anual aceptada N c de los rayos.

- el tipo tipo de cons constr truc ucci ción ón;; - la presenc presencia ia de sustanc sustancias ias inflamab inflamables les y explosivas; - las las medida medidass adopta adoptada dass para para reduc reducir ir los los efectos consiguientes de los rayos; - la canti cantida dad d de perso personas nas rela relacio cionad nadas as con con el daño; - el tipo tipo y la importan importancia cia del servicio servicio público público de que se trate; - el valor valor de los bienes bienes que que han sufrido sufrido daños; - otros otros cri criter terio ioss (ver (ver la la tabl tabla a 1). 1). Nota: En Nota: En las reglamentaciones locales se podrán imponer valores de N c, en casos particulares. Nota IRAM: En el anexo C (IRAM Normativo) se indica un método rápido y sencillo para estimar la frecuencia Nc. En la futura norma IRAM 2425 (IEC 1662:1995) se establecen otros métodos de evaluación de riesgos más detallados.

4.2 Frecuencia esperada de rayos directos en una estructura (Nd) Podrá evaluarse la frecuencia anual promedio Nd de rayos directos en una estructura, aplicando la fórmula siguiente:

 rayos directos   año 

Nd = Ng . A e 10 - 6 

4.1 Frecuencia aceptada de rayos en una estructura (Nc) La adopción de los valores de N c corresponderá a las autoridades competentes, en caso de que hubiere riesgos de pérdidas de vidas humanas, culturales o sociales.

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donde: Ng es la densidad anual promedio de rayos a tierra, en rayos por kilómetro cuadrado y por año, propia de la región donde está localizada la estructura (ver 3.2);

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Ae es el área colectora equivalente de una estructura (m 2). Se entiende por área colectora equivalente de la estructura a un área de superficie del suelo con la misma frecuencia anual de rayos directos que la estructura. En el caso de las estructuras aisladas, el área colectora equivalente A e es el área encerrada por una línea límite b1 obtenida a partir de la intersección entre la superficie del suelo y una línea recta con una inclinación de 1:3 que va de las partes superiores de la estructura ( y la toca allí) y gira alrededor de ella (ver la figura 1 según se trate de un suelo llano y las figuras 2A y 2B en el caso de un suelo montañoso). En el caso de una topografía compleja (ver las figuras 2C y 2D), la construcción geométrica puede simplificarse teniendo en cuenta algunas partes características del perímetro y reemplazándolas con líneas rectas o secciones circulares. Los objetos circundantes ejercen una influencia significativa en el área equivalente, si sus distancias medidas desde la estructura son menores que 3 (h + h s), donde h es la altura de la estructura en consideración; mientras que h s, es la altura del objeto circundante. En este caso, se superponen las áreas equivalentes de la estructura y del objeto cercano (ver fig. 3). Por ello se debe reducir el área equivalente Ae hasta una distancia X s, según la fórmula siguiente: Xs =

d + 3 (hs - h) 2

donde: d es la distancia horizontal entre la estructura y el objeto (ver figura 3). Sólo se tendrán en cuenta los objetos de durabilidad permanente y de resistencia adecuada contra los esfuerzos de rayos. En todos los casos, se supondrá un valor mínimo del área colectora equivalente igual a la proyección horizontal de la estructura en sí.

Nota: Según Nota: Según IEC existen otros métodos más elaborados que pueden utilizarse para obtener otras evaluaciones evaluaciones del área colectora equivalente. Nota IRAM: En el Anexo E (IRAM Informativo) se desarrolla el método de la norma francesa NF C 17-100 (1997:12) que se corresponde con la prenorma europea ENV 61024-1(1995:01).

4.3 Procedimiento para la elección de un spcr Para cada estructura considerada, el diseñador encargado del proyecto de un spcr, decidirá si se necesita esta protección. En caso afirmativo, deberá elegir un nivel de protección adecuado. El primer paso en el procedimiento de elección de un spcr, requiere de una evaluación adecuada de la estructura en consideración de acuerdo con sus características. Se determinarán las dimensiones, la localización de la estructura, la actividad ceraúnica (densidad anual de rayos) en la región considerada, como así también la clasificación de la estructura. Estos datos proporcionan los antecedentes para efectuar las estimaciones siguientes: - la frecu frecuen encia cia anu anual al prom promed edio io de de rayos rayos Nd como producto de la densidad anual de rayos Ng y del área colectora equivalente Ae de la estructura (ver punto 4.2); - la frecu frecuenc encia ia anua anuall prome promedio dio de de rayos rayos N c aceptada para la estructura considerada (ver punto 4.1). Se comparará el valor de la frecuencia aceptada de rayos (N c) con el valor real de la frecuencia de rayos directos en la estructura (Nd). Dicha comparación permitirá tomar una decisión respecto de si es necesario instalar un spcr y, en caso afirmativo, la elección del nivel de protección conveniente para el spcr. Si Nd ≤ Nc' no será necesario un spcr. Si Nd > Nc' se deberá prever un spcr de eficiencia Ec ≥ 1 - Nc / Nd y seleccionar el nivel de protección adecuado de acuerdo con la tabla 3.

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El diseño del spcr satisfará los requisitos exigidos por la norma según el nivel de protección adecuado. En caso de instalarse un spcr de eficiencia E < Ec, se deberán prever medidas de protección adicionales, como por ejemplo: - medid medidas as que que limi limiten ten las ten tensio sione ness de contacto y las tensiones del paso; - medid medidas as que que limite limiten n la propa propaga gació ción n del del fuego; - medid medidas as para para redu reducir cir los los efect efectos os de de las sobretensiones inducidas por rayos en equipos sensibles. En el diagrama de flujo de la figura 4 se explica más detalladamente el procedimiento de elección de un spcr. En la figura 5 se muestran los valores críticos de la eficiencia E en el spcr, en función de la

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frecuencia de rayos directos en la estructura (Nd) y la frecuencia aceptada de rayos (N c)

Tabla 3 – Relación entre niveles de protección y eficiencia Nivele Niv eles s de pro prote tecc cció ión n

Efici Eficienc encia ia E del del spc spcr r

I + Medidas complementarias (∗)

E > 0,98

I

0,95 < E ≤ 0,98

II

0,90 < E ≤ 0,95

III

0,80 < E ≤ 0,90

IV

0 < E ≤ 0,80

(∗) Ver el capítulo 3 de la norma IRAM 2184-1 (1996) Nota IRAM: Esta tabla está adaptada de la tabla 1 de la norma NF C 17-100 (1997: 12).

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2

h x π

x 9 + ) b + a ( h 6 + b a = e

o n a l l o l e u s n u n e a r u t c u r t s e a n u a e t n e l a v i u q e a r o t c e l o c a e r 1 a r u g i F .

13

IRAM 2184-1-1:1997

2 0

h x π

x 9 + ) b + a ( 0

h 6 + b a = e

A

o s o ñ a t n o m o l e u s n u n e a r u t c u r t s e a n u e d e t n e l a v i u q e a r o t c e l o c a e r 2 a r u g i F

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2 S

2 S

2 s X

3 : 1

1 S

3 : 1

2 d

1 d

1 S 1 s X

P

h 3

P

h 3 d

3 : 1 3 : 1

3 s X 3 S

3 S

s

h

3 : 1

3 X d

3 : 1

s e t n a d n u c r i c s o t e j b o e d a i c n e s e r p n e a r u t c u r t s e a n u e d e t n e l a v i u q e a r o t c e l o c a e r Á 3 a r u g i F .

P

h

3 : 1

h 3

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Inicio

Datos de entrada - Dimensiones y posición de la estructura - Densidad rayos a tierra (Ng) - Tipo de estructura

Estimar el área equivalente A e y calcular la frecuencia de los rayos directos en la estructura (ver 4.2). Nd = Ng x Ae x 10-6 Establecer la frecuencia aceptada de rayos N c según el tipo de estructura (ver 4.1)

Si

¿Es Nd ≤ Nc? No Calcular

Ec = 1 -

Nc Nd

Prever un spcr de eficiencia E ≥ Ec

¿Es E ≥ Ec ?

No

Si Protección innecesaria

Establecer el nivel de protección adecuado al valor E y las dimensiones del spcr de acuerdo con ese nivel

Establecer el nivel de protección adecuado al valor E y a las l as dimensiones del spcr de acuerdo con ese nivel. Diseñar otras medidas de protección complementarias

Figura 4 - Diagrama de flujo del procedimiento de elección de un spcr

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r c p s n u e d a c i c N n y e i d c N i f e e d a n l ó e i d c s n u o f c n i t í r e c a d s i r e r e o u l a q e V r 5 a r u g i F

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Anexo A (Normativo)

Valores básicos de parámetros de corriente de rayos Distribución de las frecuencias acumuladas Corriente de cresta (kA) (mínimo: 2kA) Rayos

Frecuencia acumulada 98 %

Primeros impulsos negativos

95 %

80 %

4

50 %

20

5% 90

Subsiguientes impulsos negativos

4,6

12

30

Rayos positivos

4,6

35

250

Carga total (C) Rayos


50 %

5%


1,1

5,2

24


0,2

1,4

11

Rayos negativos

1,3

7,5

40

Rayos positivos

20

80

350

Carga de impulso (C) Rayos


50 %

5%


1,1

4,5

20


0,22

0,95

4

2

16

150

Rayos positivos

Energía especifica (J/Ω ) Rayos

18


50 %

5%


6,0 x 103

5,5 x 104

5,5 x 105


5,5 x 10 2

6,0 x 103

5,2 x 104

Rayos positivos

2,5 x 104

6,5 x 105

1,5 x 107

IRAM 2184-1-1:1997 2184-1-1:1997

Pendiente promedio de la corriente (kA/µs) Primeros impulsos negativos


50 %

5%

9,1

24

65

El 30 % y el 90 % de la corriente de cresta

2,6

7,2

20


1,7

5

14

Promedio máximo de la pendiente Pendiente promedio entre:

Subsiguientes im impulsos ne negativos


50 %

5%

10

40

162


4,1

20

99


3,3

15

72

Promedio máximo de la pendiente Pendiente promedio entre:

Rayos positivos


50 %

5%

0,2

2,4

32

Promedio máximo de la pendiente

Duración del frente (µs) Primeros impulsos negativos


50 %

5%

18

5,5

18


1,5

3,8

10


2,2

5,6

14

Tiempo total de crecimiento Tiempo promedio entre:

Subsiguientes im impulsos ne negativos


50 %

5%

0,2

1,1

4,5


0,1

0,6

3,0


0,2

0,8

3,5

Tiempo total de crecimiento Tiempo promedio entre:

(Sigue en la página 23)

19

IRAM 2184-1-1:1997

(Viene de la página 22) Rayos positivos

Tiempo total de crecimiento


50 %

5%

3,5

22

200

Duración del rayo simple (µs) Rayos


50 %

5%

Primeros impulsos

30

75

200


6,5

32

140

Rayos positivos

25

200

2000

Duración total del rayo (µs) Rayos


50 %

5%

0,15

13

1100

Subsiguientes impactos negativos

31

180

900

Rayos positivos

14

85

500

Todos los rayos negativos

Intervalos de tiempo entre rayos simples (ms) Frecuencia acumulativa

Rayo simple

Múltiples rayos negativos simples

95 %

50 %

5%

7

33

150

En la Figura A.1 se indica la distribución de la frecuencia acumulada de parámetros de rayos.

20

IRAM 2184-1-1:1997 2184-1-1:1997

Figura A1 – Diagrama de las frecuencias acumuladas En la tabla siguiente se indican, dentro de un círculo, los números de las curvas de los parámetros del rango de la figura de arriba.

Parámetro

Escala de abscisas

Primer rayo simple negativo

Rayos simples negativos subsiguientes

Rayo simple

I

kA

1

2

3

Qtotal

C

Qimpulso

C

6

7

8

W/R

kJ/Ω

9

10

11

di/dtmáx

kA/µs

12

13

14

di/dt30/90 %

kA/µs

Rayo negativo

Rayo positivo

4

5

15

Figura A.1 - Distribución de la frecuencia acumulativa de los parámetros del rayo

21

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Anexo B (Informativo IRAM)

Niveles y densidades ceraúnicas continentales de la República Argentina B.1) Definiciones B.1.1) Tormenta eléctrica: Tempestad que se caracteriza por la presencia audible de truenos y/o visible de relámpagos (rayos entre nubes), rayos a tierra, centellas (rayos globulares) y otros fenómenos eléctricos atmosféricos (por ejemplo, el "fuego" de San Telmo). B.1.2) B.1 .2) Nivel Nivel cera ceraúni único co:: Es el número promedio anual de días con tormentas eléctricas (Td [días/año]) ("thunderstorm days per year or annum") de un lugar geográfico de la superficie terrestre (o del mar) (por ejemplo: una estación meteorológica). Nota: Los niveles "mensuales" necesitan consideraciones técnicas especiales que están fuera de este contexto. B.1.3) B.1 .3) Curvas Curvas de nivele niveles s isoceraú isoceraúnico nicos: s: Curvas que unen puntos de igual nivel ceraúnico de una cierta zona geográfica, durante un período climatológico determinado (por ejemplo: diez años, según el SMN (Servicio Meteorológico Nacional). B.1.4) B.1 .4) Densidad Densidad ceraúnic ceraúnica: a: Es el número promedio anual de rayos a tierra (o impactos de rayos) "caídos" en el área de 1 km 2 de un cierto lugar geográfico (por ejemplo: una estación  rayos a tierra  (del inglés: "number of flashes to meteorológica). Se indica con el símbolo: Ng    km2 . año  ground (earth) per square kilometre per year (or annum)"). Se estudia generalmente durante un período climatológico determinado (por ejemplo: un decenio). B.2)) B.2

Activida Actividad d ceraúni ceraúnica ca (eléc (eléctric tricaa atmos atmosféri férica) ca) en la Repúblic República a Argenti Argentina na A continua continuación ción se enumera enumeran n en un cuadro cuadro los mapas mapas de las figuras figuras B1, B2 y B3 que forman forman parte de este ANEXO con algunas observaciones que permitirán aclarar su significado y su uso práctico. Mapa de la figura

22

Contenido

Observaciones

B1

Estaciones metereológicas continentales horarias argentinas (1971/80).

Estas estaciones registran los niveles ceraúnicos Td (ver B.1.2). Se pueden obtener informaciones actualizadas en ellas, a través del SMN-FAA.

B2

Curvas de niveles ceraúnicos Td argentinos del período decenal 1971/80 (climatológico) oficial del SMN.

Se pueden utilizar para estimar la actividad ceraúnica actual, actual, a falta de mejores datos y generalmente con carácter de mínimos.

B3

Densidades ceraúnicas ceraúnicas Ng estimadas para el período climatológico 1971/80 en la Argentina.

Se pueden utilizar para estimar Ng. Se indica en cada zona entre curvas isoceraúnicas una gama de valores medianos probables de Ng que representa la dispersión estadística.

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23

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Anexo C (IRAM Normativo)

Frecuencia aceptada de rayos sobre una estructura (N c) Método para estimar la frecuencia Nc (según las normas francesa NF C 17-100 (1997: 12) y europea ENV 61024-1 (1995). C-1) Generalidades Los valores de N c se estiman a través del análisis del riesgo de daños teniendo en cuenta los criterios apropiados tales como:

− − − −

el tipo de construcción de la estructura el contenido de la estructura la ocupación de la estructura las consecuencias sobre el entorno

C-2) Determinación de Nc Se deben aplicar los cuatro criterios enumerados en C-1) para evaluar los cuatro factores C 2, C3, C4 y C5 mediante las tablas C-1, C-2, C-3 y C-4, respectivamente. Siendo C = C 2. C3. C4. C5, la frecuencia Nc se calcula con la fórmula siguiente: -3

N c

=

5,5 . 10

C

 rayos   año 

Tabla C-1 - Coeficiente C2 de evaluación del tipo de construcción de la estructura Techado o tejado

Estructura

26

Metálica

Común

Inflamable

Metálica

0,5

1

2

Común

1

1

2,5

Inflamable

2

2,5

3

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Tabla C-2 - Coeficiente C3 de evaluación del contenido de la estructura Contenido de la estructura Sin valor o no inflamable

Coeficiente C3 0,5

De valor común o normalmente inflamable

1

De gran valor o particularmente inflamable

2

De valor excepcional, irremplazable o muy inflamable, explosivo

3

Tabla C-3 - Coeficientes C4 de evaluación de la ocupación de la estructura Ocupación de la estructura No ocupada

Coeficiente C4 0,5

Normalmente ocupada

1

De evacuación difícil o con riesgo de pánico

3

Tabla C-4 - Coeficientes C5 de evaluación de las consecuencias de un impacto de rayo sobre el entorno Consecuencias de un impacto de rayo

Coeficiente C5

Sin necesidad de continuidad en el servicio y con alguna consecuencia sobre el entorno

1

Con necesidad de continuidad en el servicio y con algunas consecuencias para el entorno

5

Con varias consecuencias para el entorno

10

27

IRAM 2184-1-1:1997

Anexo D (Informativo)

BIBLIOGRAFÍA En el estudio de esta norma se han tenido en cuenta los antecedentes siguientes:

IEC - INTERN INTERNATI ATIONA ONAL L ELECT ELECTRO ROTEC TECHNI HNICAL CAL COMMI COMMISSI SSION ON International Standard IEC 1024-1-1: 1993 - Protection of Structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1: Guide A - Selection of protection levels for lightning protection systems. eléctrica atmosférica en la Argentina y su relación relación J. C. Arcioni, R. Velo, E. Petruzzelli: "La actividad eléctrica a con la densidad de rayos a tierra". 7 C.E.D.E. - (A.E.A). Buenos Aires, 1990.

Norme Française NF C 17-100 (1997: 12): Protection des structures contre la foudre. Installation de paratonnerres. Nota: Esta norma francesa homologada corresponde a la prenorma europea ENV 61024-1 (1995: 01) [IEC 1024-1: 1990 modificada] del CENELEC (Comité Européen de Normalization Electrotechnique).

28

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Anexo E (IRAM Informativo)

Frecuencia esperada de rayos directos en una estructura (Nd) Método de estimación según NF C 17-100 (1997: 12) y ENV 61024-1 (1995: 1). Podrá evaluarse la frecuencia anual promedio N d de rayos directos en una estructura, aplicando la fórmula siguiente:

 rayos directos   año

Nd = C1 . Ng . A e 10 - 6  

(E-1)

donde: C1

es el coeficiente ambiental que rodea a la estructura considerada

Ng

es la densidad anual promedio de rayos a tierra, en rayos por kilómetro cuadrado y por año, propia de la región donde está localizada la estructura (ver 3.2);

Ae

es el área colectora equivalente de la estructura sola (m 2).

Se entiende por área colectora equivalente de la estructura a un área de superficie del suelo con la misma frecuencia anual de rayos directos que la estructura. En el caso de las estructuras aisladas, el área colectora equivalente A e es el área encerrada por una línea límite obtenida a partir de la intersección entre la superficie del suelo y una línea recta con una inclinación de 1:3 que va de las partes superiores de la estructura (y la toca allí) y gira alrededor de ella. En la fig. E-1-a) se puede apreciar que, para una estructura de largo L, de ancho A y de altura H, el área colectora equivalente está dada por la fórmula (E-2) siguiente:

Ae = L . A + 6 H (L + A) + 9 π H2

(E-2)

La topografía del sitio y de los objetos situados dentro de la distancia 3H a la estructura, influyen sobre el área colectora A e de una manera significativa. Esta influencia se tiene en cuenta mediante el coeficiente ambiental C1 (ver Tabla E-1).

29

IRAM 2184-1-1:1997

Tabla E-1 - Determinación del coeficiente ambiental C1 Situación relativa de la estructura de altura H

Coeficiente C1

Estructura situada en un espacio donde hay otras estructuras o árboles de la misma o mayor altura que la de la estructura considerada (H)

0,25

Estructura rodeada de otras estructuras más pequeñas (alturas < H)

0,5

Estructura aislada: no hay otras estructuras a distancias menores que 3H

1

Estructura aislada en la cumbre de una colina o sobre un promontorio

2

Cuando el área colectora equivalente A e de una estructura, cubre completamente a la de otra estructura, no se tiene en cuenta a esta última. Cuando las áreas colectoras de varias estructuras se recubren o superponen, el área colectora común que les corresponde, se considera como una sola área colectora.

Figuras E-1 - Ejemplos de cálculo a) Para un edificio rectangular, el área colectora equivalente es:

Ae = L . A + 6 H (L + A) + 9 π H2

30

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b) Caso de un edificio que tiene una parte prominente. El área equivalente de la parte prominente engloba la totalidad (caso b1) o parte del área de la otra parte más baja (caso b2). b.1) A e = 9 π H2

31

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Anexo F (Informativo) El estudio de esta norma estuvo a cargo de los organismos respectivos, integrados de la forma siguiente:

Subcomité de Sistemas de protección contra descargas atmosféricas Integrante

Representó a:

Sr. Sr. Sr. Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. Sra. Sr. Sr. Ing.

FACB S.A. EUCA S.R.L. EUCA S.R.L. CITEFA INVITADO ESPECIALISTA INSTELEC FACB S.A. TELEFÓNICA DE ARGENTINA S.A. J. R. ZABALA Y ASOC. PRODATA S.A. PRODATA S.A. ACYEDE S.A. IRAM

Guillermo BIASI Guillermo J. CACABELOS Eduardo R. CÓRDOBA Jorge F. GIMENEZ Hipólito GÓMEZ Ricardo O. GRUNAUER Carlos A. LIGUORI Fabián PIN Ángel A. REYNA Gloria SANCHEZ ARAGÓN Luis M. VARELA Juan R. ZABALA Juan C. ARCIONI

Comité General de Normas (C.G.N.) Ing Ing. Ing. Ing. Ing Ing. Ing Ing. Ing Ing. Ing Ing.

32

Juan Juan C. ARCI ARCION ONII Seve Severi rian ano o ITUA ITUART RTE E Samu Samuel el MARD MARDYK YKS S Ramó Ramón n MA MARTÍN RTÍNE EZ Norb Norber erto to O’ O’ NEIL NEILL L Rod Rodolfo olfo BAR BARB BOSA OSA

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ICS 91.120.40 * CNA 5920

* Corresponde a la Clasificación Nacional de Abastecimiento asignada por el Servicio Nacional de Catalogación del Ministerio de Defensa.

Iram-2184-1-Proteccion contra rayos.pdf

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