COMITÉ TÉCNICO DE PARARRAYOS
PRESENTACIÓN DE LAS NORMAS IEC 61024-1 IEC 61024-1-1 IEC 61024-1-2 Dr. Armando A. Pascual García Organismo: SEISA E-Mail:
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El objetivo de la presente exposición es informarle acerca de las normas NC IEC 61024-1, NC IEC 61024-1-1 y NC IEC 61024-1-2 , las que están ya aprobadas para su uso.
La norma NC IEC 61024-1 establece los principios generales y definiciones fundamentales de la protección contra el rayo. Tratando el proyecto, materiales, instalación, inspección y mantenimiento de los mismos.
La norma NC IEC 61024-1-1 permite la selección del nivel de protección para el sistema de pararrayos.
Mientras que la norma NC IEC 61024-1-2 es un complemento de la primera donde se recoge la experiencia práctica para la proyección, construcción, mantenimiento y chequeo de los sistemas de protección contra el rayo.
Está en preparación la norma IEC 62305 que sustituirá estas, mejorándolas y actualizándolas.
Alcance
Esta norma no cubre los sistemas de protección contra el rayo destinados a: • Ferrocarriles • Sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica exteriores a una edificación. • Sistemas de telecomunicación exteriores a una edificación. • Vehículos, navíos, aeronaves e instalaciones en el mar. • Edificaciones con peligro de incendio o explosión. • Edificaciones comunes de más de 60 m de altura.
SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO
• SISTEMA EXTERNO DE PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO • SISTEMA INTERNO DE PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO
Ningún Sistema protege totalmente contra la acción del rayo, sin embargo la aplicación de estas normas reducirá de forma significativa el riesgo de los daños producidos por el rayo en la edificación protegida.
Es esencial que haya consultas regulares entre los diseñadores del Sistema de Protección Contra el Rayo (SPCR), los arquitectos, ingenieros y los constructores, durante la proyección y la construcción del sistema de la edificación a proteger.
SISTEMA DE EXTERNO PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO
• Determinar si la estructura a proteger está dentro del alcance de la norma. •Determinar si necesita un SPCR. •Determinar en caso de que necesite un SPCR que Nivel de Protección es necesario.
Clasificación de las estructuras y ejemplos • Estructuras Comunes: Son aquellas utilizadas para fines con propósitos simples (comercios, empresas, granjas, viviendas, etc). • Estructuras con daños considerables: Son estructuras que el material del que están hechas, su contenido u ocupantes las hace altamente vulnerables a los efectos del rayo (Centrales de Telecomunicaciones, Plantas Eléctricas, etc). • Estructuras con peligro para los alrededores (Refinerías, Servicentros, etc). •Estructuras con peligro para el medio ambiente (Planta Nucleares, Plantas Químicas, etc).
En la norma NC IEC 61024-1-1 aparecen los términos y definiciones necesarios para a partir del cálculo de la frecuencia permitida de impactos de rayos a una estructura y la frecuencia de impactos directos de rayos esperada, determinar el nivel de protección necesario a tener en cuenta.
Nd es la frecuencia esperada de incidencia de descargas eléctricas de acuerdo al mapa isoceráunico. Nc es la frecuencia de impacto esperada de acuerdo a las características de la edificación a proteger teniendo en cuenta su forma, superficie, etc. Si Nd es menor o igual a Nc no se requiere sistema de protección externa contra el rayo.
En caso de ser necesario utilizar un SPCR, se calcula el Nivel de Protección necesario de acuerdo a la eficiencia obtenida mediante la formula:
E= 1- Nc/Nd E- Es la eficiencia del SPCRE, que deberá ser igual o mayor ya que en caso contrario tendrán que tomarse medidas adicionales.
Correspondencia de la eficiencia del SPCR Externo de acuerdo al Nivel de Protección Nivel de Protección.
Eficiencia del SPCR
I II III IV
0,98 0,95 0,9 0,8
Componentes del Sistema de Protección Exterior Contra el rayo ¾ Sistema Dispositivo Captador. ¾ Sistema de Bajantes. ¾ Sistema de Toma de Tierra.
Existen tres métodos para la ubicación de los Dispositivos de Captación: ¾ Ángulo de Protección ¾ Esfera Rodante ¾ Mallado o Reticulado Estos métodos se pueden utilizar de forma combinada
Espacio a proteger por el método del ángulo y por la esfera rodante.
Colocación del dispositivo captador en función del nivel de protección h (m) R (m)
Ancho Nivel de de la protección malla (m) I 20 25 * * * 5 II 30 35 25 * * 10 III 45 45 35 25 * 10 IV 60 55 45 35 25 20 * La esfera rodante y la malla se emplean sólo en estos casos. 20 30 45 60 α(0) α(0) α(0) α(0)
Ejemplos de los métodos de la Esfera Rodante y del Mallado
Espesor mínimo de las chapas o de las canalizaciones metálicas en los sistemas de dispositivos captadores.
Nivel de protección I a IV
Material Fe Cu Al
Espesor t (mm) 4 5 7
Sistema de Bajantes Objetivo de esta componente es conducir la descargas eléctricas del elemento captador a la toma de tierra sin riesgo alguno. Los bajantes se deberán instalar rectos y verticales para obtener el trayecto más corto y el más directo posible a tierra. Se evitará formar bucles y lazos. Se exponen los casos en que se pueden utilizar los elementos naturales como bajantes.
Separación media de los bajantes en función del nivel de protección
Nivel de protección I II III IV
Distancia media (m) 10 15 20 25
Dimensiones mínimas de los conductores de conexión por los que circula un gran parte de la corriente de descarga atmosférica
Nivel de protección
Material
I a IV
Cu Al Fe
Sección transversal (mm2) 16 25 50
Dimensiones mínimas de los conductores de conexión por los que circula una parte insignificante de la corriente de descarga atmosférica Nivel de protección
Material
I a IV
Cu Al Fe
Sección transversal (mm2) 6 10 16
Ejemplo de bucle en un bajante
Toma de Tierra Para asegurar la dispersión de la corriente de descarga atmosférica en la tierra sin provocar sobretensiones peligrosas, son más importantes la disposición y las dimensiones de la toma de tierra que un valor específico de la resistencia del electrodo de tierra. Sin embargo, en las normas se recomienda un valor bajo de la resistencia del electrodo de tierra, específicamente se recomienda que ese valor sea menor a 10 ohms.
Toma de Tierra Se deberán utilizar los tipos de electrodos de tierra siguientes: • Uno o varios conductores en anillo. • Electrodos verticales (o inclinados). • Conductores radiales. • El electrodo de tierra de la cimentación.
En la Figura se muestra las longitudes mínimas de los electrodos de tierra correspondientes a los niveles de protección dados para diferentes resistividades del terreno.
Los electrodos de tierra hincados profundamente son eficaces cuando la resistividad del terreno disminuye con la profundidad y si se encuentra un subsuelo de baja resistividad a profundidades superiores a aquellas a las que penetran habitualmente los electrodos en forma de pica.
Fijación y uniones Los sistemas captadores y los bajantes deberán fijarse firmemente para que las fuerzas electrodinámicas o esfuerzos mecánicos accidentales (por ejemplo, vibraciones, etc.) no hagan que los conductores se rompan o se suelten. Se recomienda tres fijaciones por metro.
Materiales Los materiales empleados deberán soportar, sin deterioro, los efectos electromagnéticos de las corrientes de descarga atmosférica y los esfuerzos accidentales. Se deberán elegir los materiales y las dimensiones en función de los riesgos de corrosión de la edificación a proteger o del SPCR.
Dimensiones mínimas de los materiales del SPCR Nivel de protección
Material
Dispositivo captador (mm2)
Bajantes (mm2)
Toma de tierra (mm2)
I a IV
Cu Al Fe
35 70 50
16 25 50
50 — 80
Sistema interno de protección contra el rayo Conexión equipotencial La equipotencialidad constituye un medio muy importante para reducir el peligro de incendio y explosión y el peligro contra la vida en el espacio a proteger. Se consigue la equipotencialidad uniendo el SPCR, la armadura metálica de la edificación, las instalaciones metálicas, los elementos conductores accesibles y los circuitos eléctricos y de telecomunicaciones del espacio a proteger con ayuda de conductores de equipotencialidad o de supresores de sobretensiones.
Cuando se instala un SPCR, la estructura metálica externa al espacio a proteger se puede ver afectada. Esto se deberá tener en cuenta durante el diseño de dicho sistema; puede ser necesaria, igualmente, una conexión equipotencial para la estructura metálica exterior. La conexión equipotencial constituye la protección más importante contra el peligro para la vida en el espacio a proteger.
Conexión equipotencial para instalaciones metálicas Se deberá asegurar una conexión equipotencial como mínimo en los puntos siguientes: ¾ En el sótano o cerca del nivel del suelo. Los conductores de la conexión equipotencial se conectarán a una barra de conexión equipotencial, realizada y montada de tal forma que sea fácil el acceso con fines de inspección. La barra de conexión equipotencial se conectará a la toma de tierra. Para edificaciones grandes se podrán montar varias barras de conexión equipotencial, interconectándolas.
¾ Por encima del suelo, con separaciones verticales de 20 m como máximo para estructuras de más de 20 m de altura. Las barras de conexión equipotencial se conectarán a los conductores en anillo horizontales que unen a los bajantes ¾ Allí donde no se respetan las exigencias de proximidad en el caso de: - Edificaciones de hormigón armado con armaduras de acero interconectadas - Edificaciones con armadura de acero - Estructuras con comportamiento equivalente a una pantalla. Si las canalizaciones de gas o de agua contienen insertados elementos aislados, serán interconectados mediante supresores de sobretensiones.
En el caso de un SPCR aislado, se realizará únicamente una conexión equipotencial a nivel del suelo.
Conexión equipotencial de las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones en los casos comunes Se realizará una conexión equipotencial de las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones. Esta conexión equipotencial se realizará tan cerca como sea posible del punto de entrada a la edificación. Si los conductores están apantallados o están dentro de un conducto metálico, basta con unir estos blindajes con la condición de que la resistencia eléctrica que resulte no produzca caídas de tensión peligrosas para el cable o para los equipos conectados a él.
s ≥d
Proximidad de instalaciones al SPCR Para evitar chispas peligrosas cuando no se una conexión equipotencial, se aumentará entre el SPCR y las instalaciones metálicas, conductores extraños y las líneas, respecto a seguridad d.
puede realizar la distancia s los elementos la distancia de
s ≥d kc d = ki l (m) km donde: Ki- depende del nivel de protección elegido para el SPCR
Kc- depende de la configuración dimensional (kc= 1, 0,66 y
0,44)
Km- depende del material separador l (m)-es la proximidad a lo largo del bajante, desde el punto en que se tiene en cuenta la proximidad, hasta el punto de proximidad equipotencial más próximo.
Proximidad de las instalaciones al SPCR. Valores del coeficiente ki
Nivel de protección I II III y IV
ki 0,1 0,075 0,05
Proximidad de las instalaciones al SPCR. Valores del coeficiente km
Material Aire Sólido
km 1 0,5
Proximidad de instalaciones al SPCR. Valor del coeficiente kc en una configuración unidimensional
Objeto de las inspecciones Las inspecciones tienen como objetivo asegurar que: a) El sistema de protección contra el rayo esté de acuerdo con el diseño. b) Todos los componentes del sistema de protección contra el rayo estén en buen estado y sean capaces de realizar las funciones para las que están destinados, y que no hay corrosión. c) Todos los servicios y construcciones añadidas últimamente se incorporan en el espacio protegido mediante una unión al sistema de protección contra el rayo o por extensiones de éste.
Orden de las inspecciones Las inspecciones se efectuarán de la forma siguiente: 9 Inspecciones durante la construcción de la edificación, destinadas a controlar los electrodos empotrados. 9 Una inspección después de la instalación del sistema de protección contra el rayo. 9 Inspecciones periódicas a intervalos determinados en función de la naturaleza del espacio a proteger y de los problemas de corrosión. 9 Inspecciones suplementarias, después de toda modificación o reparación, o si se sabe que la edificación ha sufrido la descarga de un rayo.
Mantenimiento Las inspecciones periódicas son una de las condiciones fundamentales para un mantenimiento fiable del sistema de protección contra el rayo. Todos los defectos observados deberán ser reparados inmediatamente.