Embed Size (px)
Citation preview
Protección de EdificacionesDaños físicos a estructuras y amenazas a la vida
Guillermo Aponte M.Medellín, Julio de 2009
Esta parte de la norma esta relacionada con la protección de una estructura contra daños físicos
y la protección contra lesiones a seres vivos debido a tensiones de paso y de contacto.
NTC 4552 Parte 3: daños físicos a estructuras y amenazas a la vida
– Sistema de protección contra rayos SIPRA.– Sistema de protección externo SPE– Sistema de protección interno.– Mantenimiento e inspección del SIPRA.– Medidas de protección contra tensiones de
contacto y de paso.
NTC 4552 Parte 3: daños físicos a estructuras y amenazas a la vida
– Sistema de protección contra rayos SIPRA.– Sistema de protección externo SPE– Sistema de protección interno.– Mantenimiento e inspección del SIPRA.– Medidas de protección contra tensiones de
contacto y de paso.
NTC 4552 Parte 3: daños físicos a estructuras y amenazas a la vida
Sistema Integral usado para reducir los daños físicos que pueden ser causados por el rayo a un ser vivo o a una estructura. Consiste en sistemas de protección externa e interna, además de medidas de seguridad y protección personal contra rayos.
Sistema Integral de Protección Contra Rayos SIPRA
– Sistema de protección contra rayos SIPRA.– Sistema de protección externo SPE– Sistema de protección interno.– Mantenimiento e inspección del SIPRA.– Medidas de protección contra tensiones de
contacto y de paso.
NTC 4552 Parte 3: daños físicos a estructuras y amenazas a la vida
Está compuesto por un sistema de puntas de captación (pararrayos tipo bayoneta), un sistema de conductores
bajantes y un sistema de puesta a tierra.
Sistema de protección externa
Existen dos tipos de protección externa, uno aislado eléctricamente de la estructura y otro unido directamente a la misma. La decisión de qué tipo de sistema se debe utilizar depende del riesgo de efectos térmicos o explosivos en el punto de impacto del rayo y del tipo de elementos almacenados en la estructura. Algunos ejemplos típicos para usar una protección aislada son en estructuras con paredes combustibles y en áreas con peligro de explosión.
Tipos de protección externa
Captación
– Bayonetas (incluyendo mástiles autosoportados)– Cables colgantes.– Mallas captadoras.
Si están en la estructura, deben ubicarse en las esquinas, puntos expuestos sobresalientes ybordes, con una altura saliente no menor a 0.25 m.
Bayonetas
Bayonetas
AA
Barra deelevación
Base Conector
Abrazadera
Cable
Cable No 2
Bayonetas
Posición del anillo sobre la alfajía
Punta
CORTE
Vacío
MurosAlfajía
Alfajía
Hacia el exterior del edificio
Hacia el interior del edificio
Punta
PLANTA
Longitud total
Altura
Bayonetas
Conducor en forma de anillo
Punta
Altura
Longitud total
Punta
Bayonetas
Mástiles autosoportados y cable
1. Mástil2. Estructura Protegida3. Área protegida sobre plano de referencia4. Cable horizontal aéreos1, s2 separación de distancias de acuerdo con el numeral
6.3
Método del enmallado
SPT (2)B(2)
SPT (1)
P (2)
ANILLO (1)
P(3)
P(1) P(4)
ANILLO (2)
B(1)
ENLACE ENTRE ANILLOS
ENLACE ENTRE ANILLOS
Mallas captadoras
0,25 m
0,25 m
2,00 m2,00 m 2,00 m
Radio de curvatura mayor a 0,2 m
2,00 m
Grapa de cobre
Elemento captador en forma de anillo
CONVENCIONES
Método del enmallado
Tornillo golozo galvanizado de 1/4" x 1"
Chazo plástico de 1"
Conductor de sección transversal 33,62 mm²
Método del enmallado
Dimensiones del enmallado para diferentes niveles de protección
Nivel de Protección Malla [m]I 5*5II 10*10III 15*15IV 20*20
Ubicación de la captación
– Método de la esfera rodante. – Método de ángulo de protección.– Método de enmallado (para superficies
planas como techos y terrazas).
Método de la esfera rodante
Método de la esfera rodante
OBJETO PROTECTOR
rs
Objeto a protegerÁrea de cubrimiento del objeto protector
Método de la esfera rodante
rs
rs
rs
rs
OBJETOS PROTECTORES
Método de la esfera rodante
Método de la esfera rodante
10.61
P(1)
DISTANCIA CRÍTICA 1 DISTANCIA CRÍTICA 2
11.91
P(3)
Método de la esfera rodante
Curvas de protección
Conductor en forma de anillo
Nivel de la cubierta
Conductor en forma de anillo
Elevación del muro (antepecho)
Método de la esfera rodante
) Hg(Rs Rs = L 22 −− ) Hf(Rs Rs 22 −−−
Método electrogeométrico
Nivel de Protección Radio de la esfera (rsc)[m]
Nivel I 35
Nivel II 40
Nivel III 50
Nivel IV 55
Valores máximos del radio de la esfera rodante según el Nivel de Protección
El método del ángulo de protección es una simplificación del método de la esfera rodante, en donde para una altura relativa dada, existe un ángulo de protección de la terminal de captación la cual puede determinarse mediante la siguiente figura.
Método del Ángulo de Protección
Los sistemas de captación no aislados usados para proteger una estructura pueden ser instalados como sigue:
Si el techo está hecho de materiales no combustibles los elementos del sistema de captación pueden ser instalados sobre la superficie del techo.
Construcción
Si el techo está hecho de material de fácil combustión, es necesario considerar cierta precaución con respecto a la dista entre los elementos conductores del sistema de captación y el techo. Para techos cubiertos de paja donde no tiene estructuras de acero se considera adecuada una distancia no menor a 0,12 m. Para otros materiales combustibles se debe considerar una distancia menor no inferior a 0,10 m.
Construcción
Construcción
Las partes fácilmente combustibles de las estructuras no deben permanecer en contacto directo con ninguna parte de las componentes del sistema de protección externo y no debe estar debajo de ninguna lámina metálica que pueda ser perforada por un rayo (véase el numeral 5.2.4). También se debe tener cuidado con láminas menos combustibles como las de madera.
Las siguientes partes de la estructura podrían ser consideradas como parte natural del sistema de captación: a) Cobertizos metálicos que cumplan las siguientes condiciones:- Continuidad eléctrica garantizada y durable entre sus partes (ejemplo: soldadura, grapas o abrazaderas metálicas, atornilladas, etc).- Espesor suficiente para soportar el impacto directo de acuerdo con la Tabla 4.- No esté revestido por un material aislante.
Componentes naturales
b) Componentes metálicos del material del techo (acero de refuerzo interconectado) debajo de superficie no metálica.c) Partes metálicas tales como ornamentación, rieles, tuberías metálicas, etc., con secciones transversales no menores a las especificadas para los componentes del sistema de captación.d) Tuberías metálicas y tanques sobre el techo que tengan un espesor de acuerdo con la Tabla 5.
Componentes naturales
e) Tuberías metálicas y tanques que transportan elementos combustibles o mezclas explosivas, siempre y cuando estén construidas con materiales de espesores no menores a los valores apropiados dados en la Tabla 4 y que el incremento de temperatura de la superficie interna en el punto de impacto no constituya peligro de explosión.
Si no se cumplen las condiciones de espesor, los tubos y tanques deben ser integrados dentro de la estructura a ser protegida.
Componentes naturales
Clase deSIPRA Material Espesor a
(mm)Espesor b
(mm)
I a IV
Plomo - 2.0Acero (inoxidablegalvanizado) 4 0.5
Titanio 4 0.5Cobre 5 0.5Aluminio 7 0.65Zinc - 0.7
a previene perforaciones, puntos calientes o ignición.b sólo para láminas metálicas si no es importante prevenir perforaciones, puntos calientes o ignición.
Espesor mínimo de cobertizos y tuberías
Tabla 4,
Material ConfiguraciónMínima área
cuadriculada8)
(mm2)Comentarios
Cobre
Cinta sólida 2 mm min. de espesor
Alambre 7) 8 mm de diámetroTrenzado 1,7 mm min. de
diámetro por hiloAlambre 3),4) 16 mm de diámetro
Cobre recubiertode plata 1)
Cinta sólida 2 mm min. de espesor
Alambre 8 mm de diámetroTrenzado 1,7 mm min. de
diámetro por hilo
Material, configuración y mínima área…
Tabla 5.
Conductores bajantes
Protección Interna
Protección Externa
Sistema de Alarma
Bajantes Sistema de Puesta a Tierra
Guía de Seguridad Personal
Interceptación
Bajantes
– Existencia de varios caminos paralelos para la corriente.
– Longitud minima para los caminos.– Equipotencialización de las partes
conductoras de la estructura.
Bajantes
Tipo de nivel de protección
Distancia típica promedio [m]
I 10
II 10
III 15
IV 20
Tabla Nº 6.
Distancia de separación promedio para conductores bajantes
La longitud de los bajantes debe ser la menor posible, evitando la formación de lazos o curvaturas en su trayectoria y en el caso que éstas últimas sean inevitables, su ángulo interior no debe ser menor de 90º y su radio de curvatura no menor a 200 mm.
Construcción
ANILLO
Conector
Conector
Soldadura exotérmica
Soldadura exotérmica
Masa metálica
Elementos adicionales
Elementos adicionales
1) Radiador/calentador metálico2) Caldera3) Barrajes de equipotencial4) Sistema de Puesta a tierra5) Conexión al SPT o conductor
bajante
Estructura con viga voladiza
d distancia actual >ss distancia de
separación de acuerdo con el numeral 6.3
l longitud para evaluación de la distancia de separación s
Las siguientes partes de la estructura pueden ser consideradas como conductores bajantes naturales:a) Elementos metálicos que garanticen que:- La continuidad eléctrica entre sus partes sea durable (ejemplo: soldadura, grapas o abrazaderas metálicas, atornilladas, etc.)- Sus especificaciones sean al menos iguales a la Tabla 5.Tuberías que lleven mezclas fácilmente combustibles o explosivas, no deben ser consideradas como bajantes naturales, si contienen juntas o uniones no equipotencializadas apropiadamente.
Componentes naturales
b) Un elemento que puede ser considerado es el acero del concreto reforzado, siempre y cuando se garantice una unión sólida entre todas las interconexiones y que se garantice que los esfuerzos mecánicos que se ejerzan por las corrientes de rayo no provoquen ruptura del concreto.
c) Los marcos metálicos de la estructura.
Componentes naturales
d) Los elementos de fachada, de perfiles o rieles metálicos garantizando que:- Sus dimensiones cumplan con los requisitos para los conductores bajantes y que para láminas metálicas o tuberías metálicas su espesor no sea inferior a 0,5 mm.- Su continuidad eléctrica en dirección vertical cumpla con los requisitos del numeral 5.5.2
Componentes naturales
Se puede instalar una unión de prueba en las conexiones a tierra de cada bajante, excepto para bajantes naturales combinadas con los electrodos de tierra de los cimientos.
Las uniones deben ser capaces de desconectarse y conectarse fácilmente para propósitos de medición. En uso normal deberán garantizar la conexión eléctrica.
Uniones de prueba
TERRENO
0,30
Grapas de cobre cada 1.2 m
Junta de medición del STP (conectores tipo perro)
Cable de Cu desnudo de sección transversal 33,62 mm ² (2 AWG) 7 hilos
Grapas de cobre cada 1.2 m
Ducto de PVC rígido de 1/2 "
Abrazaderas cada metro
Grapa de cobre
Grapa de cobre
radio de curvatura de 0,2 m Conductor en forma de anillo
Rarura en alfajía y/o muro con
2,00
con radio de curvatura de 0,2 mCodo en PVC rígido de 1/2 "
Unión de prueba en los bajantes
Clase de SIPRA Material Espesor a (mm) Espesor b (mm)
I a IV
Plomo - 2.0Acero (inoxidable galvanizado) 4 0.5
Titanio 4 0.5Cobre 5 0.5Aluminio 7 0.65Zinc - 0.7
a previene perforaciones, puntos calientes o ignición.b sólo para láminas metálicas si no es importante prevenir perforaciones, puntos calientes o ignición.
Mínimo espesor para cobertizos metálicos o tuberías en sistemas de
captación
Puesta a tierra
Protección Interna
Protección Externa
Sistema de Alarma
Bajantes Sistema de Puesta a Tierra
Guía de Seguridad Personal
Interceptación
V - V = TENSIÓN DE PASO
V V1 2
1 2
I
CORRIENTE DISIPADA EN LA TIERRA
I
V - V = TENSIÓN DE TOQUE43
TOQUE PASO
V4
V3
Puesta a tierra
El sistema de puesta a tierra es usado para dispersar y disipar la corriente de rayo que viene por las bajantes reduciendo al mismo tiempo el peligro de tener tensiones de paso y de contacto peligrosas. La forma de la puesta a tierra y sus dimensiones son un criterio importante en su diseño. En términos generales para el sistema de protección externo se debe buscar un bajo valor de resistencia de puesta a tierra (si es posible valores menores a 10 Ω a baja frecuencia).
Sistema de puesta a tierra
Para los sistemas de puesta a tierra de la protección contra rayos es recomendable que éstos estén integrados con todos los demás sistemas de puesta a tierra (comunicaciones, potencia) por medio de uniones que garanticen la equipotencialidad en todas las condiciones de operación.
Sistema de puesta a tierra
Pararrayos
Líneaprincipalde tierra
TuberiaEléctrodos
Resistencia
Bobinade
choque
Neutro
Otros sistemas
Sistemas decomunicación
Puesta a tierra
El riesgo es reducido a un nivel tolerable:
a)Si la probabilidad de personas próximas a la estructura, o la duración de su presencia fuera de la estructura y cerca de los conductores bajantes es bastante baja.b)Si el sistema natural de conductores bajantes consiste en muchas columnas con marcos metálicos en la estructura o de gran cantidad de acero interconectado a la estructura, con continuidad eléctrica asegurada.c)Si la resistividad de la capa superficial del suelo, a 3 m de un conductor bajante, no es inferior a 5000 Ωm.
Medidas de protección contra tensiones de paso
ρ[Ω]m ZI [Ω]Impedancia de puesta a tierra convencional en relación con el tipo de SIPRA Z [Ω]
I II III-IV≤100 8 4 4 4200 13 6 6 6500 16 10 10 10
1000 22 10 15 202000 28 10 15 403000 35 10 15 60
Valores convencionales de impedancia de puesta a tierra z y zi en función de
la resistividad del suelo
Tabla A.1
Arreglos de sistemas de puesta a tierra
Para los sistemas de puesta a tierra, aplican dos tipos básicos de configuración:
Configuración Tipo A o radialPara estructuras bajas (como casas), en estructuras existentes. Es una combinación de electrodos de puesta a tierra verticales (varillas) y horizontales (contrapesos) conectados a las bajantes.
Es preferido para sistemas de captación enmallados y para SIPRA con diferentes bajantes.
Consiste en un anillo conductor externo a la estructura y en contacto con el suelo en por lo menos un 80 % de su longitud total, o a un electrodo de puesta a tierra de la cimentación, los cuales deben estar enmallados.
Configuración tipo B
Material
Uso Corrosión
Al aire libre Enterrado En concreto Resistencia Acelerada por
Destruida por reacción
galvánica con:
Cobre Sólido Trenzado
Sólido Trenzado
como cubierta
Sólido Trenzado
como cubierta
Bueno en muchos ambientes
Componentes sulfúricos Materiales orgánicos
-
Acero galvanizado en caliente
Sólido Trenzado Sólido
Sólido Trenzado
Aceptable en aire, en concreto y en suelos benignos
Altas concentraciones de cloruro
Cobre
Acero inoxidable
Sólido Trenzado
Sólido Trenzado
Sólido Trenzado
Bueno en muchos ambientes
Altas concentraciones de cloruro
-
Aluminio Sólido Inadecua-do Inadecua-do
Aceptable en atmosferas con bajas concentraciones de cloruros y sulfuros
Soluciones alcalinas
Cobre
Plomo Sólido Como Cubierta
Sólido Como Cubierta
Inadecua-do Sólidos Ácidos
Cobre y acero inoxidable
Material Configuración
Dimensiones mínimas
ComentariosVarilla[∅ mm]
Conductor
Placa[mm]
Cobre
Trenzado 3 50 mm2 1,7 mm diámetro mín. decada trenza
Redondo sólido 3 50 mm2 8 mm diámetro
Cinta sólida 3 50 mm2 2 mm espesor mín.
Redondo sólido 15
Tubería 20
Placa sólida 500 x 500
2mm espesor mín. del muro
Placa sólida 600 x 600 2 mm espesor mín.
25 mm x 2 mm de secciónLongitud mín. de la config.cuadriculada: 4,8 m
SIPRA-Protección Interna
Protección Interna
Protección Externa
Sistema de Alarma
Bajantes Sistema de Puesta a Tierra
Guía de Seguridad Personal
Interceptación
Tiene como fin evitar la ocurrencia de chispas (descargas eléctricas) peligrosas dentro de la estructura, a causa de la circulación de la corriente del rayo en el SPE y en otras partes conductoras de la estructura.
Sistema de protección interna
Las descargas eléctricas peligrosas entre diferentes partes de una instalación pueden ser evitadas con:
– Uniones equipotenciales.– Aislamiento eléctrico.
Sistema de protección interna
Uniones equipotenciales de:
• Partes metálicas de la estructura.• Instalaciones metálicas.• Partes conductoras externas y líneas de servicio
conectadas a la estructura.• Sistemas eléctricos y electrónicos internos.
Uso de dispositivos de protección DPS.
Sistema Interno
Clase de SIPRA Material Sección Transversal mm2
I a IVCobre 14
Aluminio 22Acero 50
Dimensiones mínimas de los conductores que conectan barras equipotenciales o a estas con el sistema de puesta a tierra
Clase de SIPRA Material Sección Transversal mm2
I a IVCobre 5
Aluminio 8Acero 16
Dimensiones mínimas de los conductores que conectan instalaciones internas
metálicas a la barra equipotencial
Nivel de tensión de
operación de los equipos V
BIL requerido en (kV)
ContadoresTableros,
interruptores, cables, etc.
Electrodomésticos,
herramientas portátiles
Equipo electrónico
Categoría IV Categoría III Categoría II Categoría I120/240;120/208 4 2.5 1.5 0.8254/440;277/480 6 4 2.5 1.5
Tensión al impulso que deben soportar los equipos
Protección interna
Pararrayos en baja tensión
Optoacopladores
Sistema de puesta a tierra equipontencial
Blindaje
Equipos (4552-4)
VaristoresCortapicos
Sistema Interno
Alarma Instalaciones BPAlarma Instalaciones BP
SensorSensor PortPortáátiltilMolino de Campo PAASMolino de Campo PAAS--UNUN
Sistemas de alarma
Guía de Seguridad Personal
Protección Interna
Protección Externa
Sistema de Alarma
Bajantes Sistema de Puesta a Tierra
Guía de Seguridad Personal
Interceptación
El diseño debe realizarse aplicando un método reconocido por normas técnicas internacionales como la IEC 62305-3, de reconocimiento internacional o NTC 4552, las cuales se basan en el método electro-geométrico.
Para efectos de este Reglamento, se considera que el comportamiento de todo terminal de captación debe tomarse como el de un terminal tipo Franklin.
RETIE Art.18. Protección contra rayos
Han creado una gran controversia dentro de la comunidad académica internacional, hasta el momento solamente han sido aceptados por algunas normas nacionales ( francesa, española…)
Dispositivos no convencionales de protección contra rayos
Pararrayos ionizante ( Pulsar)
h´
hRF RP
F P
Tierra
Edificación
α
α
Dispositivos no convencionales
Los sistemas y medios de protección deben proteger físicamente a las personas, reducir el riesgo de fuego y
evitar la degradación de los equipos y las interrupciones en la producción, a niveles tolerables. Para llenar estos requerimientos y evitar acciones legales, incluyendo demandas por pérdidas económicas, las normas de
protección contra rayos deben estar basadas en principios científicos probados y argumentos técnicos
incuestionables. ( CIGRE WG33.01, Comité ICLP)
Posición de la comunidad científica
