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NF C 17-102: 1995 ________________________________________________________________________________________
NF C 17-102
NORMA FRANCESA JULIO 1995 Indice de clasificación: C 17-102 ________________________________________________________________________________________ Protección Protección contra el rayo
Protección de las estructuras y de las zonas abiertas contra c ontra él Rayo mediante pararrayos con dispositivo de cebado.
Norma francesa homologada homologada por decisión del Director General del AFNOR el el 5 de Junio 1995 para par a tomar efecto el 5 de Julio.
Correspondencias
Ninguna correspondencia con un documento CEI O CENELEC.
Análisis
Este documento describe las principales disposiciones destinadas a asegurar la protección de los edificios contra los impactos de rayos directos por pararrayos para rrayos con dispositivo de cebado. El principio de la protección de los edificios contra el rayo se basa en el modelo electrogeométrico.
Descriptor
Rayo, Rayo, dispositivos de captura, conductores de descenso, conductores de tierra, tomas de tierra.
Modificaciones
Correcciones
2
NF C 17-102: 1995
SUMARIO PROLOGO 1
GENERALIDADES
1.1
Dominio de aplicación
1.2
Referencias normativas
1.3
Definiciones
1.4
Fenómenos atmosféricos y sistemas de protección contra el rayo mediante pararrayos pararra yos con dispositivo de cebado.
2
INSTALACION INSTALACION EXTERIOR DE PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS
2.1
Disposiciones generales
2.2
Dispositivo de captura
2.3
Conductores de bajada
3
EQUIPOTENCIALIDAD EQUIPOTENCIALIDAD DE LAS MASAS METALICAS E INSTALCION INSTALCION EXTERIOR DE PROTECCION CONTRA CONT RA LAS DESCARGAS (IIPD).
3.1
Generalidades
3.2
Equipotencialidad de las masas metálicas exteriores exteriores
3.3
Equipotencialida Equipot encialidadd de las masas metálicas embebidas en las paredes
3.4
Equipotencialida Equipot encialidadd de las masas metálicas interiores – instalacion instalaci on interior de protección contra las descargas.
4
TOMAS DE TIERRA
4.1
Generalidades
4.2
Diferentes tipos de tomas de tierra
4.3
Disposiciones complementarias
4.4
Equipotencialidad de las tomas de tierra
4.5
Condiciones de proximidad
4.6
Materiales Materia les y dimensiones
5
PROTECCION CONTRA LA CORROSION
5.1
Generalidades
2
NF C 17-102: 1995
SUMARIO PROLOGO 1
GENERALIDADES
1.1
Dominio de aplicación
1.2
Referencias normativas
1.3
Definiciones
1.4
Fenómenos atmosféricos y sistemas de protección contra el rayo mediante pararrayos pararra yos con dispositivo de cebado.
2
INSTALACION INSTALACION EXTERIOR DE PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS
2.1
Disposiciones generales
2.2
Dispositivo de captura
2.3
Conductores de bajada
3
EQUIPOTENCIALIDAD EQUIPOTENCIALIDAD DE LAS MASAS METALICAS E INSTALCION INSTALCION EXTERIOR DE PROTECCION CONTRA CONT RA LAS DESCARGAS (IIPD).
3.1
Generalidades
3.2
Equipotencialidad de las masas metálicas exteriores exteriores
3.3
Equipotencialida Equipot encialidadd de las masas metálicas embebidas en las paredes
3.4
Equipotencialida Equipot encialidadd de las masas metálicas interiores – instalacion instalaci on interior de protección contra las descargas.
4
TOMAS DE TIERRA
4.1
Generalidades
4.2
Diferentes tipos de tomas de tierra
4.3
Disposiciones complementarias
4.4
Equipotencialidad de las tomas de tierra
4.5
Condiciones de proximidad
4.6
Materiales Materia les y dimensiones
5
PROTECCION CONTRA LA CORROSION
5.1
Generalidades
3
NF C 17-102: 1995 5.2
Precauciones y medidas a tomar
6
ELEMENTOS ESPECIALES
6.1
Atenas
6.2
Tejados de paja
6.3
Chimeneas de fabricas
6.4
Areas de almacenamiento almacenamient o de productos inflamables o explosivos
6.5
Edificios religiosos
6.6
Estructuras de gran altitud
6.7
Zonas abiertas, áreas deportivas
6.8
Arboles
7
INSPECCION, MANTENIMIENTO
7.1
Inspección Inspección inicial
7.2
Inspección periódica
7.3
Mantenimiento
ANEXOS ANEXO A (Informativo):
Modelos de protección
ANEXO B (Normativo)
Guía de evaluación evaluació n del riesgo de impacto de rayo y elección del nivel de protección de una IEPR.
ANEXO C (Normativo)
Test de evaluación evaluació n de un PDC
ANEXO D (Informativo)
Parámetros Parámet ros característicos caracterí sticos del rayo y sus efectos
ANEXO E (Informativo):
Protección de las personas contra el riesgo de las descargas eléctricas eléctri cas debidas al rayo. rayo.
4
PROLOGO La presente norma indica las medidas a seguir para diseñar, con los conocimientos y la tecnología actuales, una protección efectiva de las estructuras (edificios, estructuras, zonas abiertas: zonas de almacenamiento, áreas de ocio y deportivas) contra el rayo mediante pararrayos con dispositivo de cebado y da las directrices para la realización de dicha protección. Una instalación de protección contra el rayo concebida y realizada conforme a la presente norma no puede, como todo proceso en la que intervienen elementos naturales asegurar la protección absoluta de las estructuras, de las personas o de los objetos; no obstante, la aplicación de esta norma reduce de forma significativa los riesgos de daños en las estructuras estructur as protegidas debidos a impactos de rayos. La decisión de dotar a una estructura de un sistema de protección contra el rayo depende de los factores siguientes: la probabilidad de impacto de rayo en la estructura, su gravedad y que consecuencias serian aceptables. La elección elección tendrá en cuenta los parámetros par ámetros contenidos en la guía de evaluación del riesgo ri esgo (Anexo B de la presente norma). Esta guía indica además el nivel de protección que conveniente elegir. Así pues, entre las estructuras que pueden necesitar de instalación de un sistema de protección contra el rayo se pueden citar: -
Edificios Públicos. Inmuebles de gran altura y, y, en en general, las construcciones elevadas (pilares, depósitos depósitos de agua, faros...). faros...). Construcciones y depósitos que contienen materiales peligrosos (explosivos, (explosivos, inflamables; tóxicos...). Edificios que contienen contienen equipos ó documentos especialmente vulnerables o valiosos (por ejemplo, ejemplo, instalaciones de telecomunicaciones, ordenadores, archivos museos, monumentos históricos...).
En todas las fases de la construcción de una estructura, desde su concepción hasta la instalación final, se tendrá en cuenta lo siguiente: -
Los elementos que se se utilicen utilicen en la realización de la instalación deben deben ajustarse a esta normativa y deben ser consultados con los profesionales profesionales implicados: arquitectos, arqui tectos, constructores, constructores, instaladores, instala dores, usuarios...
-
Aprovechar, siempre que sea posible, los elementos conductores de las estructuras a proteger como como parte del sistema de protección contra el rayo ra yo..
Las disposiciones indicadas en la presente norma constituyen las condiciones mínimas que permitirán asegurar una protección estadísticamente eficaz. La presente norma ha sido adoptada por p or el Comité de Dirección de UTE el 18 de enero de 1995.
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NF C 17-102: 1995 1 GENERALIDADES 1.1 Dominio Domini o de aplicación aplica ción y objetivos 1.1.1.
Dominio de aplicación
La presente norma trata la protección, mediante pararrayos con dispositivo de cebado, contra los impactos directos del rayo en estructuras corrientes (edificios de altura inferior a 60 m ) y zonas abiertas (áreas de almacenamiento, áreas de ocio...). Así mismo contempla la protección contra los efectos del paso de la corriente del rayo por el sistema de protecció pr otección. n. NOTAS: 1. No trata de la protección protección de equipos ni instalaciones eléctricas contra las sobretensiones, sobretensiones, de origen atmosférico transmitidas por las redes. 2. Otras normas describen la protección protección contra el rayo por puntas sencillas, sencillas, cables tendidos y conductores mallados. Ciertas administraciones, servicios públicos o empresas exploradoras de instalaciones con riesgo pueden dotarse con reglamentaciones reglamentaciones especificas. 1.1.2
Objetivo
La presente norma fija las reglas relativas a la concepción, realización, revisión y mantenimiento de instalaciones realizadas con pararrayos con dispositivo de cebado. cebado. El objetivo principal de estas iinstalaciones nstalaciones es proteger con la mayor eficacia posible a personas y bienes materiales. 1.2
Normativas Normativas de referencia
Las normas que se citan a continuación continuación contienen disposiciones disposiciones que a consecuencia de la referencia que en ellas se hace, son validas para esta norma. En el momento de la publicación de esta norma, las ediciones indicadas estaban en vigor. Toda norma esta sujeta a revisión y aquellos que toman parte en los acuerdos basados en estas normas están invitados a estudiar la posibilidad de aplicar las ediciones más recientes de los l os documentos documentos indicados a continuación: NF C 15-100 (Mayo 1991) Instalaciones Instalaciones eléctricas de baja tensión: Reglas NF C 17-100 (Febrero 1987) Protección contra el rayo – instalaciones de pararrayos: Reglas NF C 90-121 (Octubre 1984) Antenas para la recepción de la radiodifusión sonoro o visual en la gama de frecuencias comprendidas entre 30 Mhz y 1 GHz. 1.3 Definiciones Definiciones 1.3.1 Rayo Descarga eléctrica de origen atmosférico entre una nube y la tierra, que puede comprender más de un impulso de corriente (arcos en retorno). 1.3.2Descarga Impacto Impacto simple o múltiple de la descarga a ti erra. 1.3.3Punto de impacto Punto en el que el rayo incide sobre la tierra, una estructura o una instalación de protección contra el rayo. 1.3.4Zona protegida
6
NF C 17-102: 1995 Volumen protegido por un pararrayos con dispositivo de cebado en el que es el punto de impacto del rayo. 1.3.5Densidad de impactación Numero de impactos por Km2 (N/km2). Ver tabla en anexo B. 1.3.6. Densidad de arcos (Na) Numero de arcos en retorno por año al km2. Un impacto como promedio esta constituido por varios arcos. Ver tabla en el anexo B. 1.3.7. Sistema de protección contra el rayo (SPR) Sistema completo capaz de proteger estructuras y zonas abiertas contra los efectos del rayo. Comprende una instalación exterior, si es necesario, una instalación interior de protección contra el rayo. 1.3.8 Instalación exterior de protección contra las descargas eléctricas atmosféricas (IEPD) Una instalación exterior de protección contra las descargas está formada por uno o más pararrayos con dispositivo de cebado, uno o más conductores de bajada y una o más tomas de tierras. 1.3.9 Instalación interior de protección contra las descargas eléctricas atmosféricas (IIPD) Una instalación interior de protección contra las descargas atmosféricas comprende todos los dispositivos que reducen los efectos electromagnéticos de la corriente de descarga atmosférica en el interior del espacio a proteger. 1.3.10 Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC) Pararrayos provisto de una punta y equipado con un sistema de cebado, cuya anticipación se manifiesta al ser comparado con un pararrayos de punta simple en las mismas condiciones. 1.3.11 Proceso de cebado Fenómeno físico comprendido entre la aparición de los efluvios del efecto corona y la propagación continua de un trazador ascendente. 1.3.12 Anticipación ( ∆T) Ganancia media en el tiempo de emisión del trazador ascendente de un PDC en comparación con el de un pararrayos de punta simple, obteniendo mediante ensayos. Se mide en microsegundos. 1.3.13 Componente natural Elemento conductor situado en el exterior, embebido en la pared o en el exterior de una estructura y que puede ser utilizado para reemplazar en todo o parte, una bajante, o complementar un IEPD. 1.3.14 Barra equipotencial Colector que permite conectar al sistema de protección contra el rayo los componentes naturales, las masas, las toma de tierra, los blindajes y conductores de protección de las líneas eléctricas de telecomunicaciones y de otros cables. 1.3.15 Unión equipotencial Unión eléctrica que pone al mismo potencial, o a potenciales similares, las masas y los elementos conductores. 1.3.16 Conductor de equipotencialidad Conductor que permite realizar una unión equipotencial. 1.3.17 Chispa peligrosa Arco eléctrico provocado por una corriente de descarga en el interior del volumen a proteger. 1.3.18 Distancia de seguridad (S) Distancia mínima requerida para evitar la formación de chispas peligrosas. 1.3.19
Armazones de acero interconectados.
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NF C 17-102: 1995 Componentes naturales en el interior de una estructura, que garantizan una continuidad eléctrica inferior a 0.01 ohmios y pueden ser utilizados como conductores de bajada. 1.3.20 Conductor de bajada Parte de la instalacion exterior de protección contra el rayo destinada a conducir la corriente del rayo de un PDC a la toma de tierra. 1.3.21 Junta de control / Borne de corte (o borne de medida) Dispositivo de desconexión de la toma de tierra del resto de la instalación. 1.3.22 Electrodo de tierra Elemento o conjunto de elementos de la toma de tierra que asegura un contacto eléctrico directo con la tierra. 1.3.23 Toma de tierra Elemento conductor o conjunto de elementos conductores en contacto directo con la tierra que asegura una unión eléctrica con esta. 1.3.24 Resistencia de la toma de tierra La resistencia de la toma de tierra es igual al cociente entre la elevación del potencial, medido con respecto a una referencia que se considera infinitamente lejana, y la corriente que en ella se inyecta, R=U/l 1.3.25 Protector Dispositivo destinado a limitar las sobretensiones y a derivar las ondas de corriente. Contiene, al menos un componente no lineal. 1.3.26 Sobretensión (transitoria de origen atmosférico) Sobretensión de corta duración que no sobre pasa los milisegundos, oscilatoria o no, generalmente con una gran amortiguación 1.3.27 Nivel de protección Clasificación de una instalación exteri or contra el rayo que expresa su rango de prestaciones. NOTA: No se debe confundir esta definición con la empleada para los pararrayos. 1.3.28 Superficie de captura equivalente Aa Superficie de suelo plano sometido a un mismo número de impactos que la estructura considerada. 1.4
Fenómenos meteorológicos y sistemas de protección contra la descarga mediante PDC
1.4.1
Los fenómenos meteorológicos y la necesidad de protección contra la descarga
La necesidad de protección está determinada en función de la densidad de caída de rayos del entorno considerado. La probabilidad que una estructura sea alcanzada por un rayo a lo largo del año es el producto de la densidad de impactación a su superficie de captura. La densidad de impactación está dada por la formula Ng= Na/2,2 Na figura en la tabla situada en el Anexo B. La necesidad de proteger una estructura y el nivel de protección a utilizar se da en el Anexo B. NOTA: Otros imperativos (obligaciones reglamentarias o consideraciones personales) Puede llevar a decidir una protección al margen de todas las consideraciones estadísticas. 1.4.2.
Parámetros característicos de la descarga y sus efectos
La descarga se caracteriza principalmente por los parámetros ligados a la formación del arco eléctrico entre la nube y la tierra, ya que estos esta ligados al paso de la corriente de descarga en el arco y en los conductores.
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NF C 17-102: 1995 Citaremos los siguientes parámetros: -
amplitud tiempo de subida tiempo de cola velocidad de variación de corriente (di/dt) polaridad carga energía especifica Numero de rayos por descarga.
Los tres primeros son independientes en términos estadísticos. Por ejemplo se puede encontrar cualquier valor de la amplitud con cualquier valor de tiempo de cola (ver los datos mundiales en las tablas de Anexo D). Como el fenómeno eléctrico, el rayo puede tener las mismas consecuencias que cualquier otra corriente circulando por un conductor eléctrico, por un mal conductor o por un aislante. Los efectos de los parámetros característicos del rayo a los que se debe prestar atención son los siguientes: -
efectos ópticos efectos acústicos efectos electroquimicos efectos térmicos efectos electrodinamicos radiación electromagnética
Se deberán considerar los efectos térmicos y electrodinamicos al dimensionar las diferentes partes que componen el sistema de protección contra la descarga. Las consecuencias de la radiación electromagnética (excitaciones, inducciones...) se analizan en él articulo 3. Los otros efectos no tienen una influencia notable en la concepción de un sistema de protección contra el rayo. Todos los efectos mencionados se describen el Anexo D. 1.4.2
Composición de un sistema de protección contra las descargas eléctricas atmosféricas.
Un sistema de protección contra la descarga está formado por una instalación exterior de protección contra la descarga (IEPD) y, si fuera necesario, por un sistema inferior de protección contra la descarga (IIPD) complementario.
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NF C 17-102: 1995
Figura 1.4.3. La instalación exterior se compone de los elementos siguientes unidos entre al (ver figura 1.4.3.)
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)
uno o más PDC uno o más conductores de bajada una junta de control por conductor de bajada una toma de tierra pararrayo por conductor de bajada dispositivo de interconexión desconectable una o varias interconexiones entre las tomas de tierra una o mas conexiones equipotenciales una o mas conexiones equipotenciales atravez del framentador de mástil de antena
La instalación interior se compone de: (i) (j)
una o mas conexiones equipotenciales una o mas barras equipotenciales
Los materiales de la instalación eléctrica son: (k) (l) (m)
toma de tierra del edificio borne principal de tierra uno o mas pararrayos
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NF C 17-102: 1995 2.
INSTALACION EXTERIOR DE PROTECCIÓN CONTRA LA DESCARGA (IEPD)
2.1
Disposiciones generales
2.1.1
Concepción
Se deberá realizar un estudio previo para determinar el nivel de protección a emplear, el emplazamiento de el/los PDC, el trazado de la(s) bajantes, la localización y el tipo de la(s) tomas de tierra. Desde el momento de la concepción de un sistema de protección contra el rayo, se pueden tener en cuenta las armaduras arquitectónicas sabiendo que su eficacia puede diminuir sensiblemente. 2.1.2
Estudio previo
El estudio previo comprende dos partes: a) b)
Estudio del riesgo de caída de rayos y elección del nivel de protección con la ayuda del Anexo B. Emplazamiento de los diferentes elementos de la instalación.
El conjunto de las informaciones formara un documento descriptivo que contenga: -
Las dimensiones de la estructura, La posición geográfica relativa de la estructura: aislada, situada en la cima de la colina, en medio de otras construcciones más altas, de la misma altura o más bajas, La frecuencia de ocupación de la estructura por personas con movilidad limitada o no, El riesgo de pánico, La dificultad de acceso, La continuidad de servicio, Del contenido de l a estructura: presencia de seres humanos, de animales, de materiales inflamables, de equipos sensibles como ordenadores, equipos electrónicos de gran valor ó irremplazables, La forma e inclinación de los tejados, La naturaleza del tejado, de los muros o de la estructura interna, Las partes metálicas del tejado y los elementos metálicos exteriores importantes, como conducciones de gas ventiladores, escaleras, antenas, depósitos de agua..., Las cañerías, canalones y bajantes pluviales, Las parte salientes del edificio y la naturaleza de los materiales que las constituyen (metálicos o no conductores), Los puntos más vulnerables del edificio, La disposición de los conductos metálicos (agua, electricidad, gas...) del edificio, Los obstáculos cercanos que puedan influir en el trayecto de la descarga, por ejemplo: las líneas aéreas, las vallas metálicas, los arboles, e.t.c., La naturaleza del ambiente que puede ser particularmente corrosivo (ambiente salino, fabrica petroquímica.) Cementeras...etc.).
Los puntos de la estructura considerados vulnerables son las partes salientes, en particular las torres y flechas chimeneas, canalones, tuberías, aristas y cumbreras, las masas metálicas (extractores de aire, y dispositivos de limpieza de fachada, barandillas...), cajas de escalera, locales técnicos sobre el techo, en terraza. 2.2 Dispositivos de captura 2.2.1
Principios generales
Un pararrayos con dispositivo de cebado esta compuesto por una punta captora, un dispositivo de cebado y una varilla sobre la que se soporta el sistema de conexión del conductor de bajada.
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NF C 17-102: 1995
Para determinar la zona protegida por un pararrayos con dispositivo de cebado, se utiliza el modelo electrogeometico, tal como se describe en el Anexo A y el avance en el cebado, según se define en 2.2.2. El pararrayos con dispositivo de cebado se instalará preferentemente en la parte más elevada de la estructura que los soporta. Será en todo momento el punto más elevado de la zona que protege. 2.2.2.
Avance en el cebado
Un pararrayos con dispositivo de cebado se caracteriza por un avance en el cebado. Este se evidencia en el momento del test de evaluación. Dichas pruebas comparan un pararrayos con dispositivo de cebado y una punta simple de la misma altura y en las mismas condiciones. Este avance en el cebado se emplea para él calculo de los radios de protección, Se expresa: ∆
T=Tpps-Tpdc
donde:
Tpps es el instante de iniciación promedio de un trazador ascendente en una punta simple. Tpdc es el instante de iniciación promedio de un trazador ascendente en un pararrayos con dispositivo de cebado. 2.2.2.1
Test de evaluación para pararrayos con dispositivo de cebado.
Este procedimiento consiste en evaluar el avance en el cebado de un pararrayos con dispositivo de cebado. Se simulan en laboratorio de alta tensión las condiciones naturales, mediante la superposición de un campo permanente, que representa el campo ambiente existente en el momento de una tormenta, y de un campo de impulsos, emulando la aproximación del trazador descendente. NOTA: El test de correlación in situ está en curso de definición. 2.2.3.
Posicionamiento de l pararrayos con dispositivo de cebado
2.2.3.1. Zona protegida La zona protegida está delimitada por l a superficie de revolución del propio eje del pararrayos con dispositivo de cebado y definida por los radios de protección correspondientes a diferentes alturas h consideradas (ver figura 2.2.3.1.).
Figura 2.2.3.1. Radios de protección
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NF C 17-102: 1995
hn es la altura de la punta del pararrayos con dispositivo de cebado con relación al plano horizontal que pasa por el vértice del elemento a proteger. 2.2.3.2 Radio de protección El radio de protección de un pararrayos con dispositivo de cebado depende de su altura (h) en relación con la superficie a proteger, de su avance en el cebado y del nivel de protección elegido. (Anexo A). Rp = h(2D – h) + L (2D+ L), para h 5 m
(Formula 1)
Para h < 5 m se utiliza el método gráfico dado por las figuras 2.2.3.3ª, b y c. Rp: radio de protección h: altura de la punta del pararrayos con dispositivo de cebado con relación al plano horizontal que pasa por el vértice del elemento a proteger. D es:
20 m para el nivel de protección 1 45 m para el nivel de protección ll 60 m para el nivel de protección lll
∆
L:
L(m = V (m/ps). T(ps) donde:
∆
T es el avance en el cebado resultado de los tets de evaluación de los pararrayos con dispositivo de cebado (ver 2.2.2.1)
∆
2.2.4.
Elección y Posicionamiento del pararrayos con dispositivo de cebado
Para cada instalación de un sistema de protección Rp necesario para la cobertura de la estructura, con la ayuda de la formula 1 o de las graficas 2.2.3.3ª, b c, para h>5m. Y con las graficas citadas para h<5m. Para los niveles de protección de 1 a lll, se toma: -
para el nivel 1, figura 2.2.3.3.(a) para el nivel ll 2.2.3.3.(b) para el nivel lll, figura 2.2.3.3.(c)
Cuando se utilicen las gráficas, se hallara el rayo de protección Rp en elección, dentro de la curva seleccionada, la altura h necesaria y él AL del pararrayos con dispositivos de cebado considerado. NOTA: los valores de AL dados en las gráficas son a modo de ejemplo no limitativo.
13 NF C 17-102: 1995
D(m) distancia de cebado o radio de la esfera ficticia. ∆L (m) avance en el cebado del pararrayos considerado h (m) distancia de altura entre la punta del pararrayos y el plano horizontal considerado Rp (m) radio de protección al nivel del plano horizontal considerado.
Figura 2.2.3.3. a) RADIOS de protección de pararrayos con dispositivo de cebado Nivel de protección 1 (d=20m)
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NF C 17-102: 1995
D (m) distancia de cebado o radio de la esfera ficticia. AL (m) avance en el cebado del pararrayos considerado h (m) distancia de altura entre la punta del pararrayos y el plano horizontal considerado Rp (m) radio de protección al nivel del plano horizontal considerado
Figura 2.2.3.3.b) Radio de protección de pararrayos con dispositivo de cebado Nivel de protección 2 (d=45 m)
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NF C 17-102: 1995
D (m) distancia de cebado o radio de la esfera ficticia. AL (m) avance en el cebado del pararrayos considerado h (m) distancia de altura entre la punta del pararrayos y el plano horizontal considerado Rp (m) radio de protección al nivel del plano horizontal considerado
Figura 2.2.3.3.c) Radios de protección de pararrayos con dispositivo de cebado Nivel de protección 3 (D=60m)
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NF C 17-102: 1995 2.2.2.2
Materiales y dimensiones
La o las partes del pararrayos con dispositivo de cebado por las cuales que fluye la corriente del rayo serán de cobre, aleación de cobre o acero inoxidable. La punta, al igual que el cuerpo de la punta, tendrán una sección conductora superior a 120 mm2. 2.2.5
Montaje de obra
2.2.5.1. El pararrayos con dispositivo de cebado La punta de un pararrayos con un dispositivo de cebado debe estar situada al menos dos metros por encima de la zona que protege, incluyendo antenas, torre de enfriamiento, techos depósitos, etc. El conductor de bajada será fijado al pararrayos con dispositivo de cebado por medio de un sistema de conexión que se encuentre en el mástil. Este estará constituido por un dispositivo mecánico de adaptación que asegure un contacto eléctrico permanente. Si la instalación exterior comprende varios PDCs para una misma estructura, estos estarán interconectados por un conductor normalizado, salvo si este debe franquear un obstáculo de los interconectados por un conductor normalizado, salvo si este debe franquear un obstáculo de la estructura (cornisa, elevación), de desnivel positivo o negativo superior a 1.50 m (ver figura 2.2.5.1.).
d< 1.50m: conectar los PDC d< 1.50m: no conectar los PDC
Figura 2.2.5.1.
Aquellos PDCs que protejan zonas abiertas (campos de deporte, golf, piscinas, campings...) serán instalados sobre soportes específicos tales como postes de iluminación, pilones o cualquier otra estructura cercana que permita al PDC cubrir la zona a proteger. 2.2.5.2. Mástiles autónomos Los PDCs pueden estar ubicados eventualmente sobre mástiles autónomos. En caso de sujeción mediante vientos conductores, éstos estarán unidos, en los puntos de anclaje de base, a los conductores de bajada mediante conductores normalizados. 2.2.5.3. Puntos de ubicación preferentes En el momento de la concepción de un sistema de protección contra el rayo, se debe tener en cuenta los puntos de la arquitectura propicios para la ubicación del PDC. Estos lugares son los puntos altos de la estructura, como: - casetas situadas en terrazas cumbreras - Chimeneas metálicas o de albañilería. 2.3
Conductores de bajada
2.3.1. Principios generales Los conductores de bajada están destinados a conducir la corriente del rayo desde los dispositivos de captura hast a las tomas de tierra. Se situarán en el exterior de la estructura, a excepción de los casos citados en 2.3.3.1.
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NF C 17-102: 1995
2.3.2.
Numero de bajantes
Cada PDC estará unido a tierra por al menos una bajante. Serán necesarias al menos dos bajantes en los casos siguientes: - si la protección horizontal del conductor es superior a su protección vertical (ver figura 2.3.2.) - en el caso de realización de instalaciones sobre estructuras de altura superior a 28 m Las dos bajantes deberán realizarse sobre dos fachadas distintas.
A< 28m y a>B: 1 bajante A
Figura 2.3.2.- Numero de bajantes 2.3.3.
Trayectoria
El conductor de bajada se instalará dé tal forma que su recorrido sea lo más directo posible. Su trazado tendrá en cuenta el emplazamiento de la toma de tierra (ver 2.5.2) y deberá ser lo más rectilíneo posible, siguiendo el camino más corto, evitando cualquier acodamiento brusco o remonte.
18 NF C 17-102: 1995 Los radios cobertura no serán inferiores a 20cm (ver figura 2.3.3.). Para la desviación de los cables de bajada se utilizarán preferentemente los codos formados sobre los cantos.
El trazado de los conductores de bajada debe ser elegido de forma que evite la proximidad de conducciones eléctricas y su cruce. En todo caso, cuando no se puede evitar el cruce, la conducción debe ubicarse en el interior de un blindaje metálico que se prolongue 1m a cada parte del cruce. El blindaje deberá unirse a la bajante. Se ha de evitar el contorno de comisas o elevaciones. Se preverán lugares de paso lo más directos que sea posible para los conductores. En cualquier caso, se admite una remota de un máximo de 40cm para franquear una elevación con una pendiente menor o igual a 45º (ver figura 2.3.3.).
/=longitud del bucle, en metros d= anchura del bucle, en metros. No hay peligro de ruptura de ningún dieléctrico si s e respecta la condición d>//20
Figura 2.3.3. – Formas de acotamiento de una bajante de pararrayos Las fijaciones de los conductores de bajada deben s er 3 fijaciones por metro. Las fijaciones deben ser apropiadas para los soportes y ejecutadas de forma que no perjudiquen a la impermeabilidad del tejado. Deben permitir una posible dilatación de los conductores.
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NF C 17-102: 1995 La unión de diferentes de conductores entre sí se realiza por presión con la ayuda de piezas de la misma naturaleza, mediante remaches, empalme o soldadura. Se debe evitar en la medida de l o posible la apertura de los cables. Los conductores de bajada deben estar protegidos contra eventuales choques mecánicos mediante un tubo de protección hasta una altura superior a 2m. A partir del suelo. 2.3.3.1
Trayectoria por interiores
Cuando es imposible realizar una bajante exterior, el cable de bajada podrá ir dentro de un tubo corriente por toda la pared o solo en parte. La utilización de fundas aislantes y no inflamable es posible siempre que éstas tengan una sección interior superior o igual a 2000 mm2. Las condiciones de proximidad de los capítulos 2 y 3 se deben respetar en cualquier caso. La eficacia de un sistema de bajantes puede verse disminuida en el caso de que la trayectoria sea interior. El maestro de obras debe ser consciente de esa reducción de la eficacia de un sistema de protección contra la descarga, de las dificultades de realizar la verificación y el mantenimiento así como los riesgos resultantes de la penetración de sobretensiones en el interior de los edificios. 2.3.3.2
Revestimiento exterior
Cuando el exterior del edificio o estructura esta provisto de elementos metálicos o en el caso de un elemento fijo del revestimiento, el conductor de bajada puede fijarse detrás del revestimiento sobre el hormigón o la estructura que lo soporta. En este caso, los elementos conductores del revestimiento y de la estructura que lo soporta deben estar unidos equipotencialmente a la bajante, en la parte superior y en la base. 2.3.4
Materiales y dimensiones
Los conductores de bajada podrán ser pletinas, cable trenzado o redondo. La sección mínima ha de ser 50mm. y esta definida en la tabla 2.3.4
Tabla 2.3.4 Material Cobre electrolitico desnudo o estañado (1) Acero inoxidable 18/10, 304 Aluminio A 5/L
Conductores de bajada Observaciones
Dimensiones mínimas
Recomendado por su buena Pletina 30 x 2 mm. conductividad eléctrica y resistencia a la Redondo D 8mm. corrosión Trenzado 30 x 3.5 mm. Recomendado en ciertos Pletina 30 x 2 mm. Ambientes corrosivos Redondo D 8 mm. (2) Debe ser utilizado sobre Pletina 30 x 3 mm. Superficies de aluminio Redondo o 10 mm. (2) (barandillas, muros...)
No se admite el uso de cables coaxiales aislados como bajadas de pararrayos. No se admite el empleo de fundas o revestimientos aislantes envolviendo los conductores de bajante, salvo el caso descrito en 5.2.
NOTAS: (1) Teniendo en cuenta sus propiedades físicas, mecánicas y eléctricas (conductividad, maleabilidad, resistencia a la corrosión,...) se recomienda el cobre estañado. (2) Dado el carácter de impulso de la corriente del rayo, el conductor plano, al ofrecer con una sección idéntica una mayor superficie exterior, es preferible al conductor redondo. 2.3.5
Junta de control / Borne de corte (o borne de medida)
20 NF C 17-102: 1995 Cada conductor de bajada estará provisto de una junta de control que permita desconectar la toma de tierra a fin de efectuar la medida. Llevará etiquetado “pararrayos” y el símbolo. Generalmente, las juntas de control se intercalan en las bajantes a dos metros por encima del suelo. Para las instalaciones sobre paredes metálicas o que no están provistas de una bajante especifica, las juntas de control se intercalarán entre cada toma de tierra y el elemento metálico del edificio al que esta unida; estarán emplazadas en el interior de un registro de inspección sobre el que estará inscrito el símbolo.
2.3.6.
Contador de impactos de rayo
Cuando esté prevista la instalación de un contador de impactos de rayo. Éste debe estar instalado sobre el conductor de bajada más directo, por encima de la junta de control y, en todos los casos, aproximadamente a dos metros por encima del suelo.
2.3.7
Componentes naturales
Entre los elementos conductores que componen la estructura, algunos pueden reemplazar en todo o en parte a una bajante o servir de complemento de está.
2.3.7.1 Componentes naturales que pueden reemplazar en todo o en parte a la bajante. En general, los armazones de acero exteriores interconectados que existan (estructuras metálicas) pueden ser utili zados como bajantes, siempre que sean conductores y su impedancia sea menor o igual a 0.01 Ω En este caso los PDC estarán unidos en la parte superior directamente a la estructura metálica y ésta se unirá en la parte inferior a las tomas de tierra. La utilización de una bajante natural debe satisfacer las condiciones de equipotencial del capitulo 3. NOTA: Los componentes naturales podrán ser modificados o suprimidos sin que su pertenencia al sistema de protección contra el rayo sea tenido en cuenta, por lo que es preferible proveer al sistema de conductores específicos.
2.3.7.2 Componentes naturales que pueden complementar a la (s) bajante(s) Pueden ser utilizados como complemento del sistema de protección contra la descarga y unidos al mismo: a) -
los armazones de acero interconectados, eléctricamente continuos. las estructuras metálicas interiores, los armazones de hormigón y las estructuras metálicas embebidas en las paredes, a condición de que los bornes de conexión previstos para este efecto existan tanto en la parte superior como en la parte inferior (en tres puntos al menos en cada nivel).
-
Las estructuras metálicas exteriores que no abarquen toda la altura del edificio NOTA: Cuando se trate de hormigón precomprimido, conviene evaluar el riesgo de efectos mecánicos debidos al paso de la corriente del rayo por el sistema de protección contra la descarga.
b) -
Las chapas metálicas que recubren el espacio a proteger, teniendo en cuenta que: la continuidad eléctrica entre las diferentes partes se debe realizar de forma perdurable; éstas no deben estar revestidas de material aislante. NOTA: Una ligera capa de pintura protectora, 1mm de asfalto o 0.5mm de PCV se considera aislamiento.
c)
las tuberías metálicas, si están fabricadas en material de menos de 2mm de espesor.
21
NF C 17-102: 1995
3
EQUIPOTNECIALIDAD DE LAS MASAS METÁLICAS E INSTALACIÓN INTERIOR DE PROTECCION CONTRA LAS DESCARGAS ELECRICAS ATMOSFERICAS.
3.1
Generalidades
Al pasar la corriente del rayo por el interior del conductor, aparecen las deferencias de potencial entre éste y las masas metálicas conectadas a tierra que se encuentren próximas. Se pueden formar entonces chispas peligrosas entre los dos extremos del bucle que se ha creado. En función de la distancia que separa los dos extremos del bucle abierto (él o los conductores de bajada por una parte y la masa metálica conectada a tierra por otra), se realizará o no la conexión equipotencial. La distancia mínima en la que no existe riego de chispas peligrosas se denomina distancia de seguridad (ds) y depende del nivel de protección elegido, del numero de bajantes, del material que se encuentre entre los dos extremos del bucle y la distancia de la masa metálica considerada a la toma de tierra. A menudo es difícil asegurar el aislamiento en el momento de instalar un sistema de protección contra la descarga (falta de información cuando se toma la decisión), o asegurarlo con el paso del tiempo (modificaciones en la estructura, obras ...) Así pues es preferible realizar la conexión equipotencial Sin embargo, en ciertos casos no se realizara la conexión equipotencial (conducto inflamable o explosivo...) Entonces se encaminarán el o los conductores de bajada a una distancia mayor que la distancia de seguridad ds (ver 3.2.1.c.). 3.1.1
Unión equipotencial
En la medida de lo posible, la unión equipotencial se realizará mediante conductores de equipotencialidad en el punto de mayor proximidad entre el conductor de bajada o el PDC por el que pasa la corriente del rayo y el elemento que se encuentra al mismo potencial situado sobre la estructura en sus paredes o en el interior de las mismas. 3.1.2.
Distancia de seguridad
La distancia de seguridad es la distancia mínima para la que no hay formación de chispas peligrosas entre un conductor de bajada por el que pasa la corriente del rayo y una masa conductora próxima unida a tierra (ver fig. 4.5). Con relación a las chispas peligrosas para que exista aislamiento se necesita que la distancia que separa el sistema de protección contra el rayo del elemento conductor considerado superior a ds. Distancia de seguridad:
K S(m)_________. l (m) Km.
(Fórmula 3)
donde: -
n depende del número de bajantes interconectados en la parte alta por PDC antes del punto de contacto considerado:
n=1 cuando hay una bajante n=0.6 cuando hay dos bajantes n=0.4 cuando hay tres o más bajantes; -K K K K
depende del nivel de protección escogido: = 0.1 para el nivel 1 = 0.075 para el nivel ll = 0.05 para el nivel lll
-Km. depende del material entre los dos extremos del bucle: Km = 1 para el aire Km = 0.5 cuando esté relleno de material (a excepción de metal)
22
NF C 17-102: 1995 -
l: distancia vertical entre el punto en que se tiene en cuenta la proximidad de la toma de tierra de la masa metálica o la unión equipotencial más próxima. NOTAS (1) Cuando la masa conductora próxima no está eléctricamente unidad a tierra, no se realizará unión equipotencial. (2) En el caso de que el sistema de protección contra el rayo esté conectado a estructuras de hormigón armado con armazones de acero interconectadas y a estructuras de carpintería metálica o con una protección equivalente, las condiciones de proximidad se respetan habitualmente.
3.2
Equipotencialidad de las masas metálicas exteriores
En la mayoría de los casos, es posible una unión mediante conductores de equipotencialidad. En el caso de que no sea posible o no esté autorizada por los servicios competentes, se deberá realizar la unión mediante limitadores o descargadores. 3.2.1.
Unión equipotencial mediante conductores de equipotencialidad.
Se realizara una unión equipotencial en los siguientes entornos: a) Al nivel del suelo o en el subsuelo Las diferentes tomas de tierra de la estructura deben ser unidas entre ellas según las disposiciones de los puntos 4.4 y 4.5. b) La o las exigencias de proximidad no sean respetadas (d
En el caso de canalizaciones exteriores de gas situadas abajo del manguito aislante. s=3m.
3.2.2.
equipotencialidad por descargadores
Una antena o poste de líneas eléctricas se unirá a la bajante los más cerca posible mediante un descargador de mástil de antena. En el caso de canalizaciones (agua, gas...) que constituyan las partes aislantes del espacio considerado éstas deben ser cortocircuitadas mediante un descargador. 3.3.
Equipotencialidad de las masas metálicas embebidas en las paredes
Las reglas de los puntos 3.2.1 a) y b) se aplican allí donde se hayan previsto bornes de conexión a tal efecto. Se prestará una particular atención a los problemas de hermeticidad. NOTA: En caso de estructuras ya existentes, se contactara con los servicios competentes. 3.4.
Equipotencialidad de las masas metálicas interiores: instalación interior de protección contra la descarga.
Los conductores de equipotencialidad fabricada y dispuesta de forma que permite una desconexión fácil para su comprobación. Tendrán una sección mínima de 16mm2 cuando sean de cobre o aluminio y de 50mm2 si son de acero. La barra de equipotencialidad será conectada lo más cerca posible a la toma general de tierra de la estructura. En el caso de grandes estructuras, se pueden instalar varias tomas de tierra, siempre que estén interconectadas. Cada una de las barras de equipotencialidad será de cobre o de material idéntico al conductor de equipotencialidad y de una sección mínima de 75mm2.
23 NF C 17-102: 1995 En el caso de instalaciones eléctricas o de telecomunicación, si los conductores están apantallados o dispuestos en el anterior de un conductor metálico, habitualmente es suficiente con unir únicamente la pantalla o los conductores metálicos a tierra. En caso contrario, los conductores activos serán unidos al sistema de protección contra la descarga por medio de limitadores. 4 TOMAS DE TIERRA 4.1 Generalidades Se realizara una toma de tierra por cada conductor de bajada. Dado el carácter de impulso de la corriente del rayo y para asegurar el camino más fácil posible hacia tierra, minimizando siempre el riesgo de aparición de sobretensiones peligrosas en el interior del volumen a proteger, es importante ocuparse de la forma de y dimensiones de la toma de tierra asi como su valor sobre la toma de tierra asi como de su valor de resistencia Las tomas de tierra deben responder a los criterios si guientes: - resistencia medida por los medios convencionales inferior y lo más próximo posible a 10 ohmios. Se debe tomar este valor sobre la toma de tierra aislada de todo otro elemento de naturaleza conductora. -
valor de impedancia de onda o de inductancia, lo mas baja posible, para minimizar la fuerza contra electromotriz que viene a añadirse al potencial óhmico en el momento de la descarga del rayo. A este efecto es conveniente evitar las tomas de tierra constituidas por un único elemento de gran longitud, horizontal o vertical.
Así, la utilización de un único electrodo vertical, buscando gran profundidad en terrenos húmedos no es interesante si la resistividad de la superficie es particularmente elevada. Sin embargo, es de señalar que tales tomas de tierra a profundidad presentan una impedencia de onda elevada cuando la profundidad es superior a 20m. Se debe entonces aumentar él numero de picas horizontales y verticales que deben estar siempre perfectamente unidas eléctricamente entre sí. De la misma forma, son preferibles los conductores de cobre o los de acero ya que para estos últimos la sección necesaria para obtener una conductividad equivalente haría impracticable su montaje en obra. Las tomas de tierra se realizarán y dispondrán conforme a las indicaciones anteriores así como a aquellas de la sección 544 de la norma NF C 15-100. Salvo absoluta imposibilidad, las tomas de tierra deberán en cualquier caso estar orientadas hacia el exterior de los edificios. 4.2
Diferentes tipos de tomas de tierra
Las dimensiones de las tomas de tierra dependen de la resistividad del suelo en el que son realizadas. La resistividad puede variar considerablemente según la naturaleza de la tierra (arcilla, arena, roca...) . Esta resistividad puede estimarse según la tabla que sigue o medida por un método apropiado con la ayuda de un medidor de tierra. Cuando se conozca la resistividad, la longitud de un electrodo puede estimarse por las siguientes formulas simplificadas: Electrodo horizontal lineal L=2p/R (formula 4) L: longitud del electrodo (m) p: resistividad del suelo (en Ωm) R: resistencia a obtener ( ≤ 10 Ω )
Electrodo vertical L = p/R (formula 5)
24 NF C 17-102: 1995
Naturaleza del terreno
Resistividad del terreno en ohms
Terreno pantanoso Limo Humus Turba húmeda
de 0 a 3ª 20 a 100 10 a 150 5 a 100
Arcilla plástica Margas y arcillas compactadas Margas del jurásico
50 100 a 200 30 a 40
Arena arcilla Arena de silicio Suelo empedrado desnudo Suelo empedrado recubierto de césped
50 a 500 200 a 3000 1500 a 3000 300 a 500
Caliza blanda Calizas compactadas Calizas agrietadas Esquistos Micacitas
100 a 300 1000 a 5000 500 a 100 50 a 300 800
Granitos y areniscas impuras Granitos y areniscas muy alterados
1500 a 10000 100 a 600
Tabla 4.2 Las tomas de tierra estarán constituidas, como mínimo, para cada conductor de bajada: a)
Los conductores deberán ser de la misma naturaleza y sección que los conductores de bajada salvo para el aluminio, dispuestos en forma de pata de ganso de grandes dimensiones y al menos a 50 cm. de profundidad. Ejemplo: tres conductores de 7-8 m. De longitud, horizontalmente al menos a 50 cm. de profundidad. b) o por la unión de muchas piquetas verticales de una longitud total mínima de 6m. -dispuestas en línea o triángulo y espaciadas entre ellas por una distancia al menos igual a su longitud enterrada. -unidas entre ellas por un conductor, idéntico o compatible en sus características a aquél utilizado en la bajada, enterrado de canto al menos 50 cm. De profundidad.
NOTA: La forma recomendada es el triángulo. Junta de control xx Conexión desconectable
D: Conductores de bajada del pararrayos B: Bucle en el fondo de la excavación del edificio P: Toma de tierra de las instalaciones del pararrayos
Figura 4.2 Esquemas de tipos de tomas de tierra
25
NF C 17-102:1995 4.3
Disposiciones complementarias
Cuando la resistividad elevada del terreno no permita obtener, con las disposiciones habituales arriba indicadas, una toma de tierra inferior a 10 ohmios, se pueden util izar las disposiciones siguientes: - poner alrededor de los conductores de tierra un material natural de menor resistividad, - añadir piquetas de tierra en forma de pata de ganso o con piquetas ya colocadas, - multiplicar el número de las tomas de tierra uniéndolas entre sí, - aplicar un tratamiento que permita una disminución de la i mpedencia y posea un alto poder de disipación, - si tras la aplicación de las disposiciones enunciadas no se consigue disponer de una resistencia menor de 10 ohmios, se considerará que la toma de tierra asegura un paso aceptable de la corriente del rayo siempre que esté constituida por un mínimo de 100 m. De electrodo enterrado, sabiendo que la longitud de cada el emento vertical u horizontal no pasa de 20 m 4.4
Equipotencialidad de las tomas de tierra
Cuando el edificio o el volumen a proteger disponga de una toma de tierra en el fondo de la excavación para las masas de las instalaciones de pararrayos se unirán a ellas mediante un conductor normalizado (ver tabla 2.3.4) (figura 4.5). Para las instalaciones nuevas, esta disposición debe ser tenida en cuenta desde el estudio inicial, y realizar la interconexión con el circuito de tierra en el fondo de la excavación directamente al pie de cada bajada mediante un dispositivo que permita la desconexión, emplazado en un registro de inspección que lleve el símbolo. Para las instalaciones y registros ya existentes, se deberán realizar las interconexiones preferentemente sobre las partes enterradas, y deberá existir la posibilidad de una desconexión para controles posteriores. En el caso de una interconexión en el interi or de un edificio, la trayectoria del conductor de unión se debe realizar de forma que evite una eventual inducción sobre los cables y materiales situados en las inmediaciones. Cuando otras estructuras separadas se incluyen dentro del volumen a proteger, la torna de tierra del PDC se interconectará a la red de la tierra equipotencial enterrada que une las diferentes estructuras. 4.5
Condiciones de proximidad
Los elementos constitutivos de las tomas de tierra de los pararrayos deben distar al menos 2m. De toda canalización metálica o eléctrica enterrada. Estas dist ancias mínimas se indican en la tabla 4.5 siguientes:
Canalizaciones enterradas
Canalización eléctrica MAT Canalización eléctrica BT sin toma de tierra Toma de tierra Red de distribución BT Conductores metálicos de gas
Distancias mínimas (m) Resistividad del terreno ≤ 500 Ω m 0.5 2
Resistividad del terreno ≤ 500 Ω. M 0.5 5
10
20
2
5
TABLA 4.5 Estas distancias sólo son aplicables en el caso de canalizaciones que no están eléctricamente conectadas a la unión equipotencial principal del edificio.
NOTA: en el caso de canalizaciones no metálicas no hay que respetar una distancia mínima. 4.6
Materiales y dimensiones
26 NF C 17-102:1995
Los materiales y dimensiones mínimas de electrodos de tierra se dan en la tabla siguiente.
Tabla 4.6 Electrodos de tierra Material
Recomendaciones
Cobre electrolítico desnudo o estañado (1)
Recomendado por su buena Conductividad eléctrica y su Resistencia a la corrosión.
Dimensiones mínimas
Platina 30 x 2 mm. Redondo o 8 mm. Rejilla en hilo de sección min. 10 mm. Piqueta plana o 15 mm. L=1m Piqueta tubular o 2 ext. L =1m Acero cobrizado (250 u) Piqueta o 15 mm L =1m Acero inoxidable (250 u) Recomendado en ciertos Pletina 30 x 2 mm 18/10-304 Ambientes corrosivos. Redondo o 10 mm Piqueta o 15 mm Acero galvanizado en caliente Reservado para instalaciones Pletina 30 x 3.5 mm Provisionales y de corta vida, Redondo o 10 mm Debido a su mala resistencia a Piqueta o 19 mm, L =1m La corrosión. (1) Teniendo en cuenta las propiedades físicas, mecánicas y eléctricas (conductividad, maleabilidad, resistencia a la corrosión, etc...), el cobre estañado también es recomendable.
27 NF C 17-102:1995 5
PROTECCION CONTRA LA CORROSION
5.1 Generalidades La corrosión de los metales depende del tipo de metal utilizado y de la naturaleza del ambiente. Los factores como el moho, las sales solubles (electrolitos), grado de aireación, temperatura y evolución de la electrólisis constituyen las condiciones mas completas. El efecto de contacto entre materiales diferentes unido a los fenómenos de electrolisis debido al entorno, provocan un aumento de la corrosión del metal más anodico o activo y una disminución de la corrosión del metal más catódico o inerte. La corrosión del metal más catódico debe ser impedida. El electrilito de esta reacción puede ser un suelo humeo, o una condensación retenida en las fisuras. 5.2 Precauciones y medidas a tomar A fin de reducir la corrosión, es necesario: - evitar el uso de metales no apropiados dentro de un ambiente agresivo: - Evitar los contactos entre metales distintos: los pares galvánicos diferentes; - utilizar la sección adecuada de los conductores y fijaciones resistentes a la corrosión; - prever en los casos críticos los revestimientos protectores según las influencias externas. Para satisfacer las condiciones de aluminio no deben estar directamente enterrados o encerrados dentro del hormigón, salvo si están enfundados de forma perdurable y adecuada - los conductores de aluminio no deben estar directamente enterrados o encerrados dentro del hormigón, salvo si están enfundados de forma perdurable y adecuada. - Las uniones cobre/aluminio deben, si es posible, ser evitadas. En caso contrario, las uniones se realizaran mediante la conexión bimetal apropiada. - Generalmente el cobre es apropiado para la toma de tierra, salvo en ciertas condiciones ácidas en presencia de oxigeno o de sulfatos. - Los conductores de bajada en cobre necesitan un revestimiento de plomo o PVC si están sometidos a humos de naturaliza sulfúrica o amoniacal,. -
6.
NOTA: Se admite el empleo de un material aisl ante de espesor inferior o igual a 0.5 mm. Las fijaciones de los conductores se harán en material sintético apropiado en el caso de ambiente corrosivo.
DISPOSICIONES PARTICULARES
6.1 Atenas La existencia de una antena sobre el tejado de un edificio aumenta los riegos de impacto de rayo y se convierte en el primer elemento susceptible de recibir la descarga del rayo. Cuando se trata de una antena receptora de radiodifusión. Individual o colectiva, conforme a la norma (1) el mástil que soporta la antena debe estar unido por medio de un limitador o de un descargador a los conductores de bajada de la instalación mediante un conductor normalizado excepto sí la antena esta fuera de la zona protegida o sobre otro tejado. Se puede utilizar un mástil común en las condiciones siguientes: -
el mástil común está constituido por los tubos de sujeción lo suficientemente resistentes como para no necesitar vientos, los PDC están fijados en la punta del mástil, la punta de PDC sobrepasa al menos en dos metros la antena más próxima. La fijación del conductor de bajada está efectuada por medio de una abrazadera de unión fijada directamente sobre la punta.
_________________________________________________________________________________________________ Material electrónico y de telecomunicaciones- Antenas individuales o colectivas de radiodifusión sonora o visual; reglas(Norma NF C 90-120-octubre 1983, editada por la Unión Técnica de la Electricidad).
28 NF C 17-102:1995
-
la trayectoria del cable coaxial de la antena se realiza por el interior del mástil de la antena. En el caso de una torreta, es preferible pasar el cable coaxial por el interior de un tubo metálico.
6.2 Tejados de paja La protección mediante un PDC instalado en la chimenea es la opción en tales casos. El conductor de bajada será un conductor redondo de cobre recocido de 8mm de diámetro; recorre el tejado sobre soportes aislantes, separados entre sí de 20 a 25 cm, bajando sobe las rampas de paja. 6.3 Chimeneas de fabricas Por su gran altura y la ionización del aire que producen los humos y los gases calientes, las chimeneas de las fabricas son los puntos de impacto preferentes de la descarga. La parte alta de la chimenea debe estar provista de un PDC, preferentemente de material adaptable a un ambiente corrosivo, a la temperatura de los desechos y posesionado del lado del viento dominante. Para las chimeneas de altura igual o superior a 40m se dispondrán al menos dos bajantes de forma simétrica una de ellas expuesta del lado de los vientos dominantes. Estas bajantes se unirán entre sí en la parte alta y en la base s de la chimenea mediante un anillado. Cada bajante estará provista de una toma de tierra. Los elementos metálicos externos e internos se unirán al conductor de bajada el punto más próximo en las mismas condiciones que las indicadas en capitulo 3. 6.4 Areas de almacenamiento de productos inflamables o explosivos Conforme a los reglamentos en vigor los depósitos que contengan líquidos inflamables deben estar conectados a tierra, pero solo con esta puesta a tierra no es suficiente para constituir una protección contra las descargas atmosféricas. Por lo tanto es necesario un estudio complementario en profundidad. Los pararrayos con dispositivo de cebado se sitúan sobre mástiles, postes, pilares o cualquier estructura exterior al perímetro de seguridad, de forma que domine las instalaciones a proteger. Su instalación debe tener en cuenta los radios de protección conforme a la presente norma. La ubicación de las tomas de tierra se hará en la zona opuesta a las instalaciones de almacenamiento. Las tomas de tierra de los PDC y de las instalaciones a proteger deben ser equipotenciales. NOTA: El Decreto Ministerial del 28 de enero de 1993 concerniente a la protección contra la descarga de ciertas instalaciones, establece como obligatorio la colocación de un contador de descargas. 6.5
Edificios religiosos
Los campanarios, torres y minaretes, son los puntos de impacto preferentes de la descarga debido a su prominencia. La o las principales prominencias serán provistas de PDCs unidos al suelo por una bajante directa realizada a lo largo de la torre principal. Se prevé la realización de una segunda bajante recorriendo en horizontal el tejado de la nave, siempre que al menos una de estas condiciones se cumpla: -
la altura total del campanario sea superior a 40m. Por su longitud la nave salga de la zona de protección de PDC.
En este caso, la segunda bajante comenzara en la cima de la torre principal.
29 NF C 17-102:1995 En el caso de una iglesia con dos bajantes, si hay una cruz o una estatua no metálica en la extremidad de la nave, esta será provista de una punta de captura (ver ejemplos figura 6.5) Las dos tomas de tierra del pararrayos así como la tierra eléctrica se unirán entre sí preferentemente mediante un conductor de tierra. Algunos edificios religiosos tienen campanas eléctricas. Su alimentación eléctrica se protegerá contra las sobretensiones con la ayuda de un limitador conforme al articulo 3.
H< 40 M
H > 40 m Figura 6.5 Edificios religiosos
6.6.
Estructuras ubicadas en puntos elevados
Los restaurantes situados en puntos elevados, los refugios estaciones de teleféricos están particularmente expuestos a la caída de rayos. El PDC se puede instalar conforme a las disposiciones de esta norma, la realización de las uniones equipotenciales y de las tomas de tierra debe ser especialmente cuidadosa. 6.6
Zonas abiertas, áreas de ocio o deportivas
Terrenos de deporte, campings, caravanings, piscinas hipódromos, circuitos automovilísticos, parques de atracciones,... Los PDCs se instalarán sobre los mástiles de las banderas, los postes de alumbrado, los pilares o todo otra estructura existente. Su numero y su instalación depende de la naturaleza e importancia de las superficies a proteger y cumplirá con las disposiciones de esta norma.
30
NF C 17-102:1995 6.8.
Arboles
Ciertos árboles aislados constituyen potenciales puntos de impacto preferentes del rayo, debido a s u altura y a su forma. En aquellos lugares en los que exista un riesgo para la seguridad del entorno (por ejemplo proximidad de un edificio) o cuando el árbol sea de interés estético o histórico, se puede proteger al árbol de forma efectiva instalando un PDC en el punto más elevado del mismo conforme a las disposiciones de la presente norma. Para un montaje en obra de la bajante más sencillo, no entorpecer el crecimiento del árbol y dañarlo lo menos posible, a lo largo del tronco del árbol. 7.
VERIFICACION Y MANTENIMIENTO
El mantenimiento de un sistema de protección contra la descarga es indispensable. En efecto, ciertos componentes pueden perder su eficacia con el transcurso del tiempo, debido a la corrosión, inclemencias atmosféricas, golpes mecánicos y los impactos del rayo. Las características mecánicas y eléctricas de un sistema de protección contra la descarga deben ser mantenidas durante toda su vida, con el fin de sat isfacer las prescripciones de la norma. 7.1
Verificación inicial
Desde la realización de la instalación de un PDC, ésta debe ser objeto de verificaciones destinadas a asegurar que están correctamente realizada conforme a las presente reglas. Esta verificación se basa en los siguientes puntos: - asegurar que la PDC esté al menos 2 metros por encima de cualquier elemento de la zona a proteger; - naturaleza y sección de los materiales utilizados para los conductores de bajada; - trayectoria, emplazamiento y continuidad eléctrica de los conductores de bajada; - fijación mecánica de los diferentes elementos de la instalación; - respetar las distancias de seguridad y/o presencia de las uniones equipotenciales; - resistencia de las tomas de tierra; - interconexión de las tomas de tierra. Estas verificaciones se efectuaran mediante un examen visual siguiendo las condiciones indicadas en el apartado 6 de la norma NF C 15-100. En cualquier caso, cuando la totalidad o parte de un conductor no sea visible, es aconsejable realizar una medida de su continuidad eléctrica. Esta verificación deberá ser conforme al apartado 6 de la norma NF C 15-100. 7.2
Verificación periódica
La periodicidad viene recomendada por el nivel de protección. Se recomiendan las periodicidades siguientes: Periodicidad Normal Periodicidad Especial NIVEL I 2 AÑOS 1 AÑO NIVEL II 3 AÑOS 2 AÑOS NIVEL III 3 AÑOS 2 AÑOS NOTA: En el caso de atmósfera corrosiva, es aconsejable aplicar la periodicidad especial. Además, un sistema de protección contra la descarga deberá ser verificado cuando se produzca cualquier modificación o reparación de la estructura protegida, o tras cualquier impacto del rayo registrado sobre la estructura.
31
NF C 17-102:1995 NOTA: Tal registro puede hacerse mediante un contador de impactos de rayo instalado en una de las bajantes. 7.2.1.
Procedimiento de verificación
Se debe realizar una inspección visual para asegurar que: - Ninguna extensión o modificación sobre la estructura protegida domina sobre la instalación de las disposiciones complementarias de protección. - La continuidad eléctrica de los conductores sea buena; - La fijación de los diferentes componentes y protecciones mecánicas estén en buen estado; - Ninguna parte esté afectada por la corrosión; - Las distancias de seguridad sean respetadas y las uniones equipotenciales sean suficientes y estés en buen estado Se deben realizar medidas para verificar: -
la continuidad eléctrica de los conductores no visibles, La resistencia de las tomas de tierra (se debe analizar toda evolución).
7.2.2.
Informe de verificación
Cada verificación periódica debe ser objeto de un informe detallado que recoja el conjunto de las constataciones e indique las medidas correctivas a tomar. 7.3
Mantenimiento
Cuando una verificación periódica muestre que existen fallos en el sistema de protección contra la descarga, es conveniente realizar la reparación con el menor retraso a fin de mantener l a eficacia óptima del sistema.
32
NF C 17-102: 1995
ANEXO A (Normativo)
MODELO DE PROTECCIÓN A.1 DESCRIPCIÓN DE LA FASE DE APROXIMACIÓN A.1.1
Determinación del punto de impacto
La formación o llegada de una nube de tormenta provoca la creación de un campo eléctrico (ambiente) entre la nube y el suelo. Este campo eléctrico puede superar en el suelo los 5 kV/m. Iniciando así la creación de descargas corona a partir de las irregularidades del suelo o de las masas metálicas. El rayo comienza por la formación en el seno de la nube tormentosa de un trazador descendente que se propaga a impulsos hacia el suelo. El trazador descendente transporte las cargas eléctricas, provocando el incremento del campo en el suelo. Un trazador ascendente se desarrolla a partir de una estructura o de un objeto conectado a tierra. Se propaga hasta que encuentra el trazador descendente y la corriente del rayo fluye por el canal así creado. Otros trazadores ascendentes pueden ser emitidos desde diferentes estructuras sobre el suelo. El primero entre ellos que encuentra el trazador descendente determina el punto de impacto de la descarga (figura A1)
Figura A 1 NOTA: Esta descripción es valida solo en le caso de rayo descendente negativo, único caso en que se aplica el modelo electrogeometrico. Este tipo de rayo es, con diferencia, él mas frecuente. A 1.2
Velocidad de propagación de los trazadores
Recientes experimentos realizados, provenientes de la naturaleza, muestran que las velocidades medias de los trazadores ascendente y descendente son comparables durante la fase de aproximación. La relación de las velocidades va/vd es aproximadamente 1 (entre 0.9 y 1.1). Supondremos aquí que v=va=vd=1m/ps (valor medio medido de las velocidades de los trazadores) donde: Va.velocidad del trazador ascendente Vd velocidad del trazador descendente V velocidad común.
A 2 VENTAJA EN LA PROTECCIÓN CON UN PDC
33 NF C 17-102: 1995 A 2.1
Ganancia en tiempo de cebado
Un PDC está diseñado para reducir el tiempo medio estadístico asociado al cebado del trazador ascendente. Un PDC presenta una ganancia en tiempo de cebado respecto a una punta simple emplazada en las mismas condicionales. Esta ganancia se evalúa en laboratorios de alta tensión siguiendo las recomendaciones del párrafo 2.2.2.1 y del Anexo C de la presente norma. A 2.2
Ganancia en longitud del trazador ascendente
La ganancia en longitud del trazador ascendente L viene definida por L(m) =v (m/ps) T(ps)
La zona protegida se determina a partir del modelo de protección descrito a continuación, sobre las bases del modelo electrogeómetrico. A3
MODELO DE PROTECCION
A3.1
Radio de protección de una punta simple
En el caso de una punta simple, según el modelo electrogeométrico, el punto de impacto de la descarga viene determinado por el objeto sobre el suelo que primero se encuentre a la distancia S del trazador descendente, incluso si este objeto es el propio suelo o llano. La distancia D entre el punto de encuentro de los trazadores descendente y ascendente se denomina “distancia de cebado” es también la longitud de desarr ollo del trazador ascendente. Por lo tanto sucede como si el extremo del trazador descendente estuviese rodeado de una esfera ficticia, de radio D, centrada sobre el extremo, y como si esta esfera acompañase rígidamente el extremo del trazador descendente En el caso de una punta simple de altura “h” con respecto a la superficie de referencia (techo del edificio, suelo...) existe tres posibilidades (ver figura A2):
Figura A 2 Método de la esfera ficticia -
si la esfera entra en contacto únicamente con la punta vertical (A) esta constituiría el punto de impacto de la descarga. Si la esfera entra en contacto con la superficie de referencia sin tocar la punta, el rayo tocara únicamente el suelo en S. Si la esfera entre el contacto con la punta simple y la superficie de referencia simultáneamente, hay dos puntos de impacto posibles A y C pero el impacto jamas podrá producirse dentro de la zona sombreada (ver figura A3).
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Figura A 3 La distancia de cebado d viene generalmente dada por la siguiente ecuación: D(m) = 10.l 2/3 donde 1: pico de corriente del primer arco de ret orno. A 3.2.
Radio de protección de un PDC
En el caso de un PDC, existe una ganancia en el de cebado T= v. T, y los puntos de impactos posibles so a y C (figura A 4) con un radio de protección Rp tal que: Donde, D: distancia de cebado L : ganancia en longitud de trazador ascendente definido por L =v. T. H: altura de la punta del PDC por encima de la superficie a proteger. Rp: radio de protección del PDC T : ganancia en tiempo de cebado del trazador ascendente continuo.
Figura A 4
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ANEXO B (NORMATIVO) GUIA DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE IMPACTO DE RAYO Y SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN PARA UNA INSTALACION EXTERIOR DE PROTECCIÓN CONTRA LA DESCARGA B1
GENERALIDADES
La guía de evaluación de riesgo de impacto está destinada a ayudar al responsable del estudio en el análisis de los diferentes criterios que permitirán evaluar el riesgo de daños debidos a la descarga, determinar la mejor protección y el nivel de protección requerido. Unicamente se tratan aquí los daños causados por el impacto directo del rayo sobre la estructura a proteger y el paso de la corriente del rayo por el sistema de protección contra descarga. En la mayoría de los casos, la necesidad de protección es evidente. Citaremos, por ejemplo, el caso de: - agrupaciones numerosas de personas, - necesidad de continuidad de los servicios públicos, - zonas de gran densidad de impactos de rayo, - edificios muy altos o aislados, - edificios que contengan materiales explosivos o inflamables, o patrimonio cultural irremplazable, Ciertos ejemplos de efectos causados por un rayo para diferentes tipos de estructuras comunes se relacionan en la tabla B1 a modo de información.
Tabla B 1
Tipo estructura
de
Casa particular
Casa de campo
Teatros escuelas, Grandes superficies, Áreas deportivas. Bancos, compañías de seguros, sociedades comerciales Industrias
Museos emplazamientos arqueológicos
Efecto del rayo Perforación de las instalaciones eléctricas, incendio y daños materiales que se limitan Normalmente a los objetos próximos al punto de impacto o de paso de la descarga. Riesgos de incendio y de chispas peligrosas. Riesgo de corte de corriente: muerta del ganado debido a la pérdida de control de la ventilación y de la distribución de los alimentos. Riesgo de pánico y de fallo de las alarmas de incendio, causando retraso en la lucha contra el fuego. Como los anteriores, más problemas con pacientes en cuidados intensivos y dificultad de auxilio a las personas impedidas.
Efectos adicionales dependiendo del contenido de las fabricas, desde daños menores hasta inaceptables y la perdida de producción. y Pérdidas irremplazables de patrimonio cultural.
NOTA: Los equipos electrónicos sensibles pueden estar instalados dentro de cualquier tipo de estructura que ..
puede ser fácilmente dañada por las sobretensiones debidas a la descarga.
36 NF C 17-102: 1995 No se pueden dar reglas para tales casos, pero se puede realizar una evaluación del riesgo, teniendo en cuenta el peligro de impactos de rayo y los factores siguientes: 1. Entorno del edificio, 2. Naturaleza de la estructura del edificio, 3. Valor de su contenido, 4. Ocupación humana y riesgo de pánico, 5. Consecuencias que tendrían sobre el entorno los daños al edificio.
La situación del edificio dentro de su entorno y su altura serán considerada para el cálculo del riesgo de exposición. En ciertos casos, algunos criterios específicos a una estructura no se pueden evaluar y pueden prevalecer sobre toda otra consideración. Entonces se pueden aplicar medidas de protección más severas que las que resultan de aplicar esta guía. La selección de un nivel de protección adecuado para la colocación de una IEPR en un lugar se basa en la frecuencia de impactos de rayo Na previstas sobre la estructura o la zona a proteger y en la frecuencia anual aceptable de rayos Na. B2
DETERMINACION DE Na y No
B 2.1
Densidad de impactos de rayo sobre el terreno Ng
La densidad de impactos de rayo sobre el suelo, expresado en números de rayos por km se determina por: - La carta de densidad Na en la figura B4. En este caso Ng = Na/2.2 - la consulta de una red de localización = Ng con Ng max. = 2.Ng 1.25 - la utilización del nivel será único local Nk: Ngmax = 0.04 Nk = Nk/10 El valor Ng max. Toma en cuenta la cantidad de impactos máxima y la precisión de detección. Nk 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ngmax. 0.3 0.7 1.2 1.7 2.2 2.8 3.4 4.0 4.7 B 2.2
Frecuencia esperada de impactos directos de rayos (Nd) sobre una estructura
La frecuencia anual media Nd de impactos directos sobre una estructura se evalúa a partir de la expresión: -6 Nd = Ng . Ae . C1 . 10 / año, Donde Ng: densidad anual media de impactos de rayo en la región donde está situada la estructura (número de impactos/año/km). Ae: superficie de captura equivalente de la e structura aislada (m ). C1: coeficiente relacionado con el entorno. La superficie de captura equivalente se define como la superficie sobre el suelo que tiene la misma probabilidad anual de recibir el impacto directo de un rayo que la estructura. Para las superficies aisladas, la superficie de captura equivalente Ae es la superficie comprendida entre las líneas obtenidas por la intersección entre la superficie del suelo y la línea de pendiente 1.3 que pasa por el punto más alto de la estructura y dé la vuelta a ésta (ver figura B 3).
37 NF C 17-102: 1995
Para una estructura rectangular de longitud L, anchura W y altura H, la superficie de captura es igual a : Ae = LW + 9 H . La topografía del lugar y los objetos situados en el interior de una distancia 3H a la estructura influyen de forma significativa en su superficie de captura. Este factor se tiene en cuenta a través de I coeficiente C1 (tabla B 2).
Tabla B 2 – Determinación del coeficiente C1
Situación relativa de la estructura Estructura situada en un espacio donde hay otras estructuras o árboles de la misma altura o mas alto Estructura rodeada de estructura más bajas Estructura aislada Estructura aislada situada sobre una colina o promontorio
C1 0.5 0.75 1 2
- Cuando la superficie de captura equivalente de una estructura cubre completamente otra estructura, ésta última no se tendrá en cuenta. - Cuando se cubre la superficie de captura de varias estructuras, la superficie de captura común correspondiente se considera como una única superficie de captura NOTA: Se pueden utilizar otros métodos más sofisticados para una evaluación más precisa de la superficie de captura equivalente.
Figuras B 3 – Ejemplos de cálculo 1)
La superficie de captura para un edificio rectangular es: Ae = L x W + 6H (L + W) + 9 H
38
NF C 17-102: 1995 2) En el caso de un edificio en que hay una parte prominente. La superficie equivalente de la parte prominente engloba total o parcialmente esta parte más la base: 2.1
Ae = 9 H
B 2.3.
Frecuencia aceptada de rayos (Nc) sobre una estructura
B 2.3.1.
Generalidades
Los valores de Nc se estiman a través del análisis de los riegos de daños teniendo en cuenta los factores apropiados, tales como: -
el tipo de construcción. El contenido de la estructura La ocupación de la estructura Las consecuencias del impacto.
B 2.3.2.
Determinación de Nc
Según lo dicho anteriormente, cuatro factores determinados dados por los coeficientes C2. C3, C4 y C5 deben ser evaluados con la ayuda de las tablas B5 a B8, la estructura. Llamamos C=C2,C3, C4, C5
39
NF C 17-102: 1995 Nc se expresa como Nc =
5,510 C
Tabla B 5
C2 coeficiente de estructura Tejado Estructura Metal Común Inflamable
Metal
Común
Inflamable
0.5 1 2
1 1 2.5
2 2.5 3
Tabla B 6 C3 contenido de la estructura Sin valor o no inflamable Valor común o normalmente inflamable Gran valor o particularmente inflamable Valor excepcional, irremplazable o muy inflamable, explosivo
0,5 1 2 3
Tabla B 7 C4 ocupación de la estructura No ocupada No ocupada normalmente De difícil evaluación o riesgo de pánico
0.5 1 3
Tabla B 8 C5 consecuencias sobre el entorno Sin necesidad de continuidad en el servicio y ninguna consecuencia sobre el entorno Necesidad de continuidad en el servicio y ninguna consecuencia sobre el entorno Consecuencias para el entorno
1 2 5
NOTA: Algunas reglamentaciones especificas podrían imponer otros valores de Nc, en ciertos casos particulares B3
METODO DE SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCION
El valor de la frecuencia establecida de rayos Nc será comparable con el valor de la frecuencia esperada de rayos sobre la estructura Nd. Esta comparación permite decidir si es necesario un sistema de protección contra el rayo y, si lo es, que nivel de protección: - Si Nd < Nc, el sistema de protección no es necesario; - Si Nd > Nc, se debe instalar un sistema de protección contra descarga de eficacia E > 1 – Nc/Nd y el nivel de protección correspondiente se seleccionará según la tabla B 10. La concepción de un sistema de protección contra la descarga deberá respetar las especificaciones dadas en la norma para los niveles de protección seleccionados. Si se instala un sistema de protección contra el rayo de eficacia E` menor que la E calculada, las medidas complementarias serán efectuadas en la obra. Las medidas adicionales de protección son, por ejemplo:
40
NF C 17-102: 1995 - las medidas que limitan la tensión de paso o de contacto, - las medidas que limitan la propagación del fuego, - las medidas que pueden reducir los efectos de las sobretensiones inducidas por la descarga sobre los equipos sensibles. En el diagrama lógico de la figura B 9 se da un método práctico para escoger el nivel de protección. La tabla B 10 adjunto al diagrama B 9 se da un método practico para escoger el nivel de protección. La tabla B 10 adjunta al diagrama B 9 da los valores críticos de la eficacia Ec correspondiente a los limites entre los diferentes niveles de protección y los niveles de protección correspondientes a las eficacias calculadas E. Tabla B.9 – Determinación de la necesidad y el nivel de protección Entrada de datos Cálculos formulas Superficie de captura equivalente: L = Ae = LW + 6H (L+W) + 9 H I= (en el caso de un volumen H = paralelepédico) H= Frecuencia establecida de Ng = impactos directos sobre una Ae = estructura C1 = Nd=Ngmax. Ae C1.10 Frecuencia establecida de C2 = impactos sobre una estructura; C3 = 5 10 C4 = Nc = C = C2.C3.C4.C5 C5 = C C - Si Nd < Nc : PROTECCION POCIONAL - Si Nd > Nc : PROTECCION NECESARIA
Resultados Ae =
Nd =
Nc =
- Determinar el nivel de protección requerido calculando la eficiencia E = 1 – Nc/Nd - Instalar una IEPR de nivel de protección correspondiente a la calculada (ver tabla B 10)
Tabla B 10
E
Eficiencia calculada E > 0,98 0,95 < E < 0,98 0,80 < E < 0,95 0 < E < 0,80
Nivel de protección correspondiente Nivel l + medidas complement. Nivel l Nivel ll Nivel lll
I (kA) Corriente de Cresta máxima -
D(m) Distancia de cebado -
2,8 9,5 14,7
20 45 60
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NF C 17-102: 1995 Para conocer la densidad de impactos de rayo sobre uno de los 36000 municipios de Francia: 3617 METEORAGE.
Figura B4 – Carta general de densidad de arcos (Na) en Francia Esta carta se basa en datos estadísticos procedentes de medidas registradas desde 1987 por la red nacional de supervisión de las tormentas.
ANEXO C (Normativo) TEST DE EVALUACION DE UN PDC C.1 CONDICIONES EXPERIMENTALES Se evalúa la eficacia de un PDC comparando, en un laboratorio de alta tensión, los tiempos de cebado del trazador ascendente con el que emite un PR. Para ello, se ensayaran uno después del otro bajo las mismas normas condiciones eléctricas y geométricas, simulando los ensayos de laboratorio las condiciones naturales de iniciación de la descarga de captación (trazador positivo ascendente ) C 1. 1.
Simulación del campo a nivel del suelo
El campo natural a nivel del suelo previo a la descarga. Tiene consecuencias sobre las condiciones de formación del efecto corona y las cargas especiales preexistentes. Por ello es necesario similar: su valor estará comprendido entre 10kV/m y 25 kv./m. C 1.2
Simulación del campo impulsional
Para respetar el fenómeno natural de la forma mas parecida posible, se simula el crecimiento del campo al nivel del suelo mediante una onda de trabajo de tiempo de subida comprendido entre 100 ps y 1000 ps. Dentro de la zona de iniciación del trazador ascendente la pendiente de onda debe est ar comprendida entre 5.108 y 2.109 V/m/s.
C2
MONTAJE EXPERIMENTAL
C 2.1
Posicionamiento de los pararrayos a comparar
La distancia entre el plato superior y punta debe ser suficiente para que la propagación de la descarga ascendente se efectúe en espacio libre, y en todo caso, superior a 1m (d> 1 m). Es necesario garantizar que los dos objetos comparados estén bajo condiciones eléctricas idénticas e independientes de su emplazamiento. Se prueban uno después del otro, colocados en el centro del plato interior y a la misma altura. C 2.2.
Dimensionamiento del montaje experimental
La distancia suelo/plato (H) superior debe ser superior a 2m. La relación h/H altura de la punta/altura del plato sobre el suelo debe estar comprendida entre 0.25 y 0.5 el plato superior tendrá como dimensión horizontal mínima la distancia suelo/plato superior.
42
C3 MAGNITUDES A CONTROLAR – MEDIDAS A EFECTUAR C 3.1 -
NF C 17-102: 1995
Parámetros eléctricos
Forma y amplitud de las tensiones aplicadas (calibrando del campo ambiental, onda de tensión impulsional, corriente asociada, ....) Ajuste de la polarización continua. Ajuste del cebado sobre el aparato de referencia (pararrayos de punta simple): la probabilidad de cebado es igual a 1.
C 3.2
Condiciones geométricos
La distancia D será la misma estrictamente en cada configuración; se debe verificar antes de cada configuración. C.3.3.
Parámetros climáticos
Es necesario anotar las condiciones climáticas al principio y al final de los ensayos para cada configuración (presión, temperatura, humedad absoluta). C 3.4.
Numero de impactos por configuración
Es necesario hacer para cada configuración un numero de impactos estadísticamente suficiente: Por ejemplo, una centena por cada configuración. C 3.5
Instante de cebado
El criterio escogido para evaluar la eficacia de un PDC es su capacidad para iniciar el cebado de un trazador ascendente antes que un PR situado en las mismas condiciones. Se mide el valor T para cada impulso que impacte sobre el PR y sobre el PDC (instante de cebado de un trazador ascendente).
C4
EFICACIA DEL PDC
C.4.1
Evaluación experimental de los instantes medios de cebado
A partir de las medidas de tiempo de cebado de los trazadores ascendentes para un pararrayos de punta simple y para un PDC, se calculan los tiempos medios de cebado y a partir de los impulsos que han impactado, respecto a los parámetros de la curva experimental escogida.
C 4.2
Forma de onda de referencia
La onda de referencia se define por un tiempo de subida TM igual a 650 ps y de pendiente por el croquis adjunto.
43
Forma de onda de referencia
Figura C 2
NF C 17-102: 1995
C. 4 .3 Determinación del avance en el cebado del PDC
Sobre esta forma de onda de referencia, en la que se ha fijado el valor del campo E M igual al valor de campo máximo experimental Emexp se yuxtapone la curva experimental. Por ultimo se trasladan los TPDC y T´PR al punto medio de la curva experimental de los campos E. Se deducen de estos campos E en el medio de la forma de onda de referencia los instantes medios de cebado. Referidos a la curva de referencia y >TPDC>, que sirven para él calculo del tiempo de avance en el cebado T( ps)= Y T´PDC T´PR Onda de referencia Onda experimental
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Figura C3 NOTA: El método que aquí se describe permite determinar un valor de T en laboratorio. Utilizando los campos de iniciación del trazador ascendente que es función únicamente de la altura h del pararrayos, se puede determinar un valor T Independiente de d. El modelo del campo umbral de iniciación de líder continuo, desarrollado por Rizk y Berger, permite esta transportación.
45 NF C 17-102: 1995
ANEXO D (Informativo) PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DEL RAYO Y SUS EFECTOS
D1
Formas de las componentes impulsionales (descargas) de un rayo
La figura D 1 presenta algunas formas de onda de corrientes del rayo. Esta corrientes han sido registradas en la estación de estudio de tormentas del monte San Salvatore, en Suiza. Las tablas D3 a D15 presentan la distribución de las frecuencias acumuladas de las características de las descargas. Tiempo (ps) Tiempo (ps) Tiempo (ps) -Corrientes de descarga negativa y positiva obtenidas en el monte San Salvarote de Lugano (Suiza)
Figura D1- Distribución de las frecuencias acumuladas De las características de la descarga.
D 1.2
Distribución de los diferentes parámetros del rayo
Los parámetros utilizados para describir el impulso de los rayos (o los impulsos en el caso de impactos de descarga negativa múltiple) son numerosos. Se pueden citar en particular amplitud de la corriente, tiempo de subida, ti empo de cola, carga y energía especifica. Estos parámetros hacen referencia a las formas de los impactos de rayo reales tal como han sido medidos para establecer las estadísticas de distribución. Se puede en una primera aproximación, considerar que la amplitud, el tiempo de cola y el tiempo de subida están definidos como en el laboratorio. La carga como tal corresponde a integral (idt) y la energía especifica a INTEGRAL (¡z) La utilidad de estos parámetros será estudiada más adelante. La brusquedad de la subida (la pendiente más grande de la corriente expresada en Ka/ps) también algunas veces un dato interesante para caracterizar un impulso aunque están ligados a ella otros parámetros ya definidos: tiempo de subida y amplitud. El impacto de rayo total, que comprende él o los impulsos y la corriente persistente que circula entre dos impulsos, viene caracterizado esencialmente por su duración total. D 2 EFECTOS TERMICOS DE LOS PARÁMETROS DE LA DESCARGA Los diferentes parámetros evocados anteriormente no conducen a los mismos efectos ni a las mismas formas de fallo, en general, de los diferentes materiales.
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NF C 17-102: 1995 La amplitud de corriente se utiliza ara tratar los problemas de sobretensiones y los problemas de choques mecánicos generados por los impactos del rayo. El tiempo de subida solamente sirve para tratar el problema de las sobretensiones. El tiempo de cola esta ligado a los efectos mecanicos en este sentido sirve para determinar la duración de aplicación de la fuerza electromagnética. Este tiempo de cola es principalmente represent ativo de la energía de un rayo conjuntamente con la amplitud. Para representar esta energía, el binomio amplitud/tiempo de cola se puede reemplazar por. -
La energía especifica INTEGRAL P1zdt (amplitud y tiempo de cola), para el Dimensionamiento de los componentes del pararrayos (conectores, conductores...). La carga INTEGRAL idt (amplitud y tiempo de cola), para caracterizar los proyectores de sobretensiones ligados los sistemas de protección (PDC+ tomas de tierra) o la fusión de una meta en el punto de impacto del rayo.
D 2.1
Efectos térmicos ligados a la cantidad de carga Q
Acerca de las instalaciones de protección contra el rayo, se observan estos efectos sobre todo cobre los puntos agudos, donde se puede producir una fusión del extremo de algunos milímetros como máximo. Aun tratándose de superficies planas (chapas), se constatan los trazos de fusión que pueden l legar hasta abrir una brecha completa. Un impacto de rayo de excepcional (300 C) es capaz desde chapas de hasta 2 a 3 mm de espesor. Por este motivo, para que una pared metálica se utilice o pueda servir de captador de rayos deberá tener un espesor mínimo que varia según el tipo de metal (por ejemplo 4mm para el hierro, 5mm para el cobre). Las descargas de poca intensidad pero de larga duración provoca fácilmente la aparición de fuego. Como generalmente las descargas impulsionales del rayo vienen acompañadas de una corriente persistente, rara vez los impactos de rayo tienen una temperatura baja. La madera seca puede incluso incendiarse con este tipo de descargas con largas corrientes persistentes. Los malos contactos son puntos particularmente peligrosos en la trayectoria de la corriente del rayo. Las resistencias de contacto de alguna milésimas de ohmio provocan un desprendimiento de calor los suficientemente grande como para que se puedan derretir cantidades de metal apreciables y saltar como chispas. Si un material fácilmente inflamable se encuentra próximo a uno de estos puntos de contacto defectuoso, se pueden producir fuegos indirectamente. Este tipo de chispas es especialmente peligroso en establecimientos expuestos a explosiones y en fabricas de explosivos. D 2.2.
Efectos térmicos ligados a la integral de corriente INTEGRAL ¿zdt
Cuando la corriente del rayo ha penetrado en un conductor metálico en el que se puede propagar, se desprende calor debido a la ley de joule donde interviene el cuadrado de la intensidad l, el tiempo t de paso de corriente y la resistencia ohmica R. Por lo tanto, los efectos térmicos importantes aparecen sobre todo en los puntos de resistencia alta. Sin embargo, no se toma como valor de la resistencia de un conductor mas que la medida en que la corriente continua. Con las breves ondas de choque que suponen las corrientes del rayo aparece, como en alta frecuencia, el efecto pelicular, es decir, la corriente se encuentra confinada dentro de una capa delgada de algunas décimas de milímetro de espesor en la superficie del conductor medido para la corriente continua, que corresponde a la sección total. En conductores de sección suficiente, no aparecen mas consecuencias visibles que un recalentamiento, aun con el efecto pelicular. Los calentamientos que llegan hasta la temperatura de fusión solo se producen en conductores de sección muy pequeña o de resistividad muy alta. Se observan a menudo efectos de fusión por ejemplo sobre los cables de antenas y los
47
NF C 17-102: 1995 alambres. Por él contrario, raramente se observan sobre los cables más gruesos, de algunos milímetros de diámetro (por ejemplo los alambre de espino de hierro). Jamas s e ha constatado un caso de fusión en las bajantes de los pararrayos que presentan las secciones recomendadas en la presente norma. Por el contrario en los malos conductores mucha de esta energía se libera en forma de calor por el paso de la corriente. Debido a esto, el agua contenida en la madera, la mampostería y los materiales análogos se recalienta y se vaporiza. Por la brevedad del fenómeno en su conjunto y como consecuencia del aumento de presión, se produce la explosión de árboles, de postes de madera, de viguetas y murallas. Este tipo de fenómenos explosivos tiene lugar con preferencia en entomos donde la humedad se acumula en puntos de entrada o de salida de corriente entre un material mal conductor (ladrillo) y un material buen conductor (abrazaderas de fijación de una bajante de pararrayos dañada, crampones de canalizaciones eléctricas abrazaderas de hierro en conductos de gas y agua) Abrazaderas de hierro en conductos de (gas y agua). D 2.3
Efectos electrodinamicos
Los esfuerzos mecánicos de cierta importancia solamente se pueden manifestar en la o las partes de la trayectoria recorrida por la descarga que están situadas unas respecto a las otras de forma que una de ellas se encuentra en el campo magnético creado por la otra. En este caso cuanto más pequeña sea la separación entre estas partes, mayores serán los esfuerzos mecánicos. Las pequeñas espiras tienden a aumentar con una fuerza grande. En un anillo de 10cm de diámetro de cable redondo de 8mm y en el caso de una fuerte corriente del rayo de 100kA, se le esta aplicando a cada centímetro del perímetro una fuerza de 1200N; si el diámetro es de 2m, la fuerza no será de mas de 140N. Por la interacción reciproca entre la corriente del rayo dentro de un conductor y el campo magnético terrestre, se pueden producir unos efectos mecánicos del orden de 10N por metro de conductor como mucho; los efectos son insignificantes. Junto con las fuerzas de repulsión, que rara vez pueden causar deformaciones en los conductores, hay también potentes fuerzas de atracción entre caminos paralelos de la corriente del rayo, cuando su separación en lo bastante pequeña. Esta es la causa de que las Atenas tubulares delgadas se aplasten y los conductores paralelos se entrechoquen. D 2.4
Diferencias de potencial y cebados
La desconcertante abundancia de señales de chispas que aparecen después del impacto violento de un rayo, a veces incluso dentro de los edificios provistos de pararrayos se puede explicar por dos efectos bien conocidos en electrotecnica; el aumento de potencial en las tomas de tierra, que depende principalmente de la intensidad de pico l (amplitud) de la corriente de paso, y de los fenómenos de inducción, que dependen principalmente de la pendiente di/dt (pendiente de subida). De esta corriente. D 2.4.1.
Aumento de potencial de las tomas de tierra
La existencia de una cierta resistencia R de la toma de tierra, debida a la propia resistividad del suelo, hace que la bajante del pararrayos presente, durante el paso de la corriente, una diferencia de potencial respecto a puntos próximos. El aumento del potencial total, respecto a la tierra lejana no afectada (que permanece por convenio a potencial cero), se expresa por la ley de Ohm: U = Rl Así el paso de una corriente de 100 kA en una toma de tierra de 5 ohmios provocara un aumento de potencial en el dispositivo de paso de la descarga de 500 kV respecto a puntos del suelo lejanos. En realidad este aumento del potencial de la estructura que está concentradas de alguna forma a tierra (instalaciones de calefacción, redes de canalización, instalaciones eléctricas, revestimientos de cables), sufre también un aumento del potencial, si no están conectadas entre ellas. La única forma de impedir los tirones es unir eléctricamente los conductores de bajada con las partes unidas a la toma de tierra independientemente. De este modo, estas ultimas se convierten en parte
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NF C 17-102: 1995 Integrantes de la instalación de protección contra el rayo y pueden conducir una fracción de corriente según las leyes de circuitos en derivación. Gracias a su unión con los conductores de bajada, ellas mismas son integrantes de la instalación de protección.
Como no se pueden establecer conexiones conductoras con líneas eléctricas de baja tensión, la presente norma recomienda el montaje en los puntos apropiados de dispositivos de protección contra las sobretensiones llamados “protectores” (varistores o descargadores). Sin embargo los protectores deben estar dimensionados para soportar una parte no despreciable (de algún % hasta el 50% aproximadamente en el peor caso) de la corriente del rayo que afecta al sistema de protección contra la descarga.
NOTA: teniendo en cuenta las frecuencias que entran en juego en los fenómenos del rayo, no es suficiente considerar el valor de la toma de tierra medida en continua, sino también su i mpedancia. D 2.4.2.
Fenómenos de inducción
Por acercamiento entre la bajante a tierra y las estructuras metálicas del edificio. Un conductor de bajada del pararrayos forma bucles abiertos con las diversas estructuras metálicas de un edificio (canalizaciones de agua, calefacción central, alimentación eléctrica, etc...). Est os bucles serán el origen de fenómenos de inducción y aparecerán entre sus extremos abiertos fuerzas electromotrices. La presente norma tiene en cuenta estos fenómenos dentro del párrafo 3.1.2.
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TABLAS D 2 a D 14 ESTAS TABLAS ESTÁN EXTRAÍDAS DE LA CEI 1024- 1: 1993; Guía A, elección de los niveles de protección. Valores fundamentales de la corriente del rayo Distribución de las frecuencias acumuladas
Tabla D 2 – Corriente de pico (kA) (min. 2 kA) Frecuencia acumulada Impactos del rayo 98% 95% 80% 50% Primeros rayos negativos 4 20 Rayos negativos posteriores 4,6 12 Impactos positivos 4,6 35
5% 90 30 250
Tabla D 3- Carga total (C) Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 1,1 5,2 24 0,2 1,4 11 1,3 7,5 40 20 80 350
Impactos del rayo Primeros rayos negativos Rayos negativos posteriores Relámpagos positivos Relámpagos negativos
Tabla D 4- Carga impulsional (onda de choque) (C) Impactos del rayo Primeros rayos negativos Rayos negativos posteriores Relámpagos positivos
Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 1,1 4,5 20 0,22 0,95 4 2 16 150
Tabla D 5 – Tiempo de subida (us) Primeros rayos negativos Tiempo total de subida Tiempo medio entre 30% y 90% de la corriente de pico 10% y 90% de la corriente de pico
Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 1,8 5,5 18 1,5 2,2
3,8 5,6
10 14
Tabla D 6 Rayos negativos posteriores Tiempo total de subida Tiempo medio entre 30% y 90% de la corriente de pico 10% y 90% de la corriente de pico
Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 0,2 1,1 4,5 0,1 0,2
0,6 0,8
3,0 3,5
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TABLAS D 7 Relámpagos positivos Tiempo total de subida
Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 3,5 22 200
Tabla D 8- Duración del rayo (ps) Impactos del rayo Primeros rayos negativos Rayos negativos posteriores Relámpagos positivos
Frecuencia acumulada 95% 50% 30 75 6,5 32 25 200
5% 200 140 2000
Tabla D 9 – Energía especifica (J/ohmio) Impactos del rayo Primeros rayos negativos Rayos negativos posteriores Relámpagos positivos
Frecuencia acumulada 95% 50% 5% 6,5 x 10 5,5 x 10 5,5 x 10 5,5 x 10 6,0 x 10 5,2 x 10 2,5 x 10 6,5 x 10 1,5 x 10
Tabla D 10 – Pendiente de subida (kA/ps) Primeros rayos negativos Tiempo total de subida Tiempo medio entre 30% y 90% de la corriente de pico 10% y 90% de la corriente de pico
95% 9,1
Frecuencia acumulada 50% 5% 24 65
0,1 1,7
7,2 5
20 14
5% 162 99 72
Tabla D 11 Rayos negativos posteriores Tiempo total de subida Pendiente media entre 30% y 90% de la corriente de pico
95% 10 4.1 3.3
Frecuencia acumulada 50% 40 20 15
Relámpagos positivos Pendiente máxima de subida
95% 0.2
Frecuencia acumulada 50% 5% 2.4 32
51
NF C 17-102: 1995
Tabla D 13 Duración total del relámpago (ps) Rayos negativos posteriores Todos los relámpagos negativos Rayos negativos posteriores Relámpagos positivos
Frecuencia acumulada 95%
50%
5%
0.15
13 180 85
1100 900 500
14
Tabla D 14 – Intervalos de tiempo entre rayos (ms) Impactos de rayo Rayos negativos múltiples
Frecuencia acumulada 95% 7
50% 33
Los ejemplos de la forma de corriente de rayo están indicadas en la figura D1.
5% 150
