Protección de Edificaciones - GEIICO

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Protección de Edificaciones Guillermo Aponte M. Medellín, Julio de 2009

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Protección de Edificaciones

Guillermo Aponte M.Medellín, Julio de 2009

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Esta parte del RETIE tiene como principal objetivo crear una conciencia sobre los riesgos existentes en todo lugar donde se haga uso de la electricidad. Se espera que el personal calificado la aplique en función de las características de una actividad, un proceso o una situación en donde se presente el riesgo.

RETIE Articulo 5. Análisis de riesgos

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La persona calificada responsable de la construcción de una instalación eléctrica debe evaluar el nivel de riesgo asociado a dicha instalación, teniendo en cuenta los criterios establecidos en las normas sobre soportabilidadde la energía eléctrica para seres humanos.

RETIE Numeral 5.1 Evaluación del riesgo

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Efectos de la corriente

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Matriz de riesgos

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Factores de Riesgo

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El rayo es un fenómeno meteorológico de origen natural, cuyos parámetros son variables espacial y temporalmente. La mayor incidencia de rayos en el mundo, se da en las tres zonas de mayor convección profunda: América tropical, África central y norte de Australia. Colombia, por estar situada en la Zona de Confluencia Intertropical, presenta una de las mayores actividades de rayos del planeta; de allí la importancia de la protección contra dicho fenómeno, pues si bien los métodos desarrollados a nivel mundial se pueden aplicar, algunos parámetros del rayo son particulares para esta zona.

RETIE Artículo 18º. Requisitos de protección contra rayos

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“La contribución al circuito global está dominado por una superposición de efectos de las tres mayores

zonas de convección: Suramérica Tropical, Centro de África y el Continente Marítimo”(Wilson – Whipple, 1920 – 1930)

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RETIE Numeral 18.1. Evaluación del nivel de riesgo frente a rayos

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A partir de la entrada en vigencia del presente Reglamento Técnico, las centrales de generación, las líneas de transmisión, las redes de distribución y las subestaciones deben tener un estudio del nivel de riesgo por rayos, soportado en una norma técnica internacional, de reconocimiento internacional o NTC.

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RETIE Numeral 18.1 Evaluación del nivel de riesgo frente a rayos

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Igualmente, en instalaciones de uso final donde se tenga alta concentración de personas, tales como, viviendas multifamiliares, edificios de oficinas, hoteles, centros de atención médica, lugares de culto, centros educativos, centros comerciales, industrias, supermercados, parques de diversión, prisiones, aeropuertos, cuarteles, debe hacerse una evaluación del nivel de riesgo por exposición al rayo.

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Para estos efectos, la evaluación debe considerar la posibilidad de pérdidas de vidas humanas, la perdida del suministro de energía, la perdida o graves daños de bienes, así como los parámetros del rayo para la zona tropical, donde está ubicada Colombia y las medidas de protección que mitiguen el riesgo; por tanto, debe basarse en procedimientos establecidos en normas técnicas internacionales como la IEC 62305-2, de reconocimiento internacional o la NTC 4552-2.

Numeral 18.1. Evaluación del nivel de riesgo frente a rayos

[Tomado del RETIE Agosto 2008]

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RETIE Numeral 18.2 Diseño e implementación de un sistema de protección contre rayos

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La protección se debe basar en la aplicación de un Sistema Integral de Protección, conducente a mitigarlos riesgos asociados con la exposición directa e indirecta a los rayos. En general, una protección contra rayos totalmente efectiva no es técnica ni económicamente viable.

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NTC 4552Protección contra

descargas eléctricasatmosféricas

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Esta norma presenta los principios generales que deben seguirse en la protección contra rayos sobre:

•Estructuras, incluyendo sus instalaciones y contenidos, así como a las personas.•Servicios que entran a la estructura.

NTC 4552: Protección contra descargas eléctricas atmosféricas(2008-11-26)

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Protección contra descargas

La norma NTC 4552 sobre la protección contra descargas eléctricas atmosféricas está compuesta de 5 partes:

Parte 1: Principios generales.Parte 2: Manejo del riesgo.Parte 3: Daños físicos a estructuras y amenazas a la vida.Parte 4: Daños físicos a equipos eléctricos y electrónicos.

(Por publicar)Parte 5: Daños físicos en la prestación de servicios.

(Por publicar)

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• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios básicos para protección de

estructuras y acometidas.

NTC 4552 Parte 1: principios generales

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NTC 4552 Parte 1: principios generales

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• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios Básicos para protección de

estructuras y servicios.

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El rayo es un acontecimiento caprichoso, aleatorio, estocástico e

imprevisible.”

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• La descarga eléctrica atmosférica es conocida comúnmente como “ Rayo”.

• Es un fenómeno natural admirado, temido, interpretado y estudiado por las diferentes culturas a través de los siglos.

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Descarga atmosférica

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Cultura Acadia (2000 a.C.)Mitología Griega (Zeus).Mitología Nórdica (Thor). Cultura Maya (Chacs).Cultura Inca (Illapa).

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Mitos y leyendas

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Campaneros de la Edad Media.Siglo III D.C. (Santa Bárbarapatrona de los rayos 04-12).Iglesia de Santa Bárbara 1790.

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Mitos y leyendas

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Paraguas pararrayos de Barbeu-Dubourg, foto tomada del libro

de C. Gary

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Recuento histórico

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Hacia mediados del siglo XVIII, Benjamin Franklin empezó a experimentar con la electricidad utilizando la botella de Leyden, observando similitudes entre las descargas que obtenía y los rayos. Franklin demostró mediante el experimento de la cometa, que la electricidad del rayo era similar a la obtenida por fricción.

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Recuento histórico

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El principal invento de Franklin relacionado con los rayos fue el de la varilla pararrayos, el cual inicialmente pensó que podría producir descargas que neutralizan las nubes o que podrían guiar los rayos hacia ellos en lugar de que impactaran las casas, esto último es lo que realmente ocurre.

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Recuento histórico

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El invento del "pararrayos Franklin" fue completamente exitoso para las edificaciones, la principal preocupación en aquella época, quizá eso llevó a que no se realizaran mayores investigaciones y desarrollos al respecto.

Cuando aparecieron los sistemas eléctricos, a principios del siglo XX, se encontró que los rayos eran la principal causa de los problemas y se reinició la investigación en este campo.

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Investigación sobre los rayos

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Las descargas atmosféricas se producen por concentración de carga eléctrica en las nubes, originada por las fuertes corrientes de aire que ionizan las partículas de hielo y agua. En puntos de alto gradiente eléctrico se originan pequeñas descargas que van creando un canal ionizado por él que va avanzando la descarga.

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Formación del rayo

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+ + + + ++ + + + +

+++ + PP+ +++ ++++ ++

- -

_ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ N N _ _ __ _ __ _ _ _ _ _

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.

12

10

8

6

4

2

30

15

- 7

- 18

- 33

- 45

- 55

0

[email protected]

Carga en la nube

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Por el canal ionizado va avanzando una descarga en una serie de pasos, se denomina "Descarga Líder", la cual se va acercando al punto de carga opuesta que es la tierra. El líder desciende unos 50 a 100 m. en un microsegundo, unos 50 microsegundos después, cuando se ha acumulado de nuevo la carga, prosigue su avance, por esto se conoce también como líder escalonado.

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Formación de la descarga

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Cuando el líder se acerca a tierra o a algún objeto elevado, en éste se concentran cargas positivas y se producirán pequeñas descargas que van al encuentro del líder. Al cerrarse el camino entre nube y tierra, se produce una gran descarga de tierra hacia nube llamada "descarga de retorno", que es la etapa más energética del rayo y neutraliza la carga existente en la nube.

[email protected]

Formación de la descarga

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-- -- - - -

--- - - --+ +

+ ++ +

Evolución de la descarga

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----- - -

--- --

-

Evolución de la descarga

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----- - -

--- --

-

Evolución de la descarga

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-----

------- - -

--- --

-

Evolución de la descarga

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-----

------- - -

--- --

Evolución de la descarga

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-----

-

Evolución de la descarga

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-----

-

Evolución de la descarga

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- - ---

------- - -

--- --

-

Descarga con ángulo

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[email protected]

Descarga con ángulo

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[email protected]

Descargas a tierra y entre nubes

+ + + + ++ + + + +

+++ + PP+ +++ ++++ ++

- -

_ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ N N _ _ __ _ __ _ _ _ _ _

_ + + +

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+ + + + ++ + + + +

+++ + PP+ +++ ++++ ++

- -

_ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ N N _ _ __ _ __ _ _ _ _ _

_ + + +

+ PP

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Descargas a tierra y entre nubes

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[email protected]

Evolución de la descarga

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Características de la descarga atmosférica

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•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

[email protected]

Descarga atmosférica: parámetros

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•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

[email protected]

Descarga atmosférica: parámetros

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El número de descargas varía en cada sitio y no se han determinado maneras de calcularlo. La información debe ser obtenida con base en datos históricos. El indicativo mas simple de la actividad atmosférica de una región, es el nivel ceráunico, el cual estádefinido como el número de días al año en los cuales se escucha al menos un trueno

[email protected]

Cantidad de descargas

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Nivel Cerá[email protected]

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“Para obtener resultados que permitan comparación, se recomienda contar solamente

como días de tormenta aquellos en los cuales un trueno es oído y un relámpago es observado”

(International Meteorological Committee, Vienna, 1873

[email protected]

Cantidad de descargas

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[email protected]

Niveles Isoceraunicos

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NC - Minas Gerais, [email protected]

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QUIBDO

VENEZUELA

BRAZILECUADOR

PERU

PANAMA

PAC

IFIC

OC

EAN

EL BAGRE

BOGOTA D.C.

CHINU

MONTERIA

MEDELLIN

CALI

SAMANÁ

BARRANQUILLA

SABANALARGA

BUCARAMANGA

-78.0 -76.0 -74.0 -72.0 -70.0 -68.0

LONGITUDE

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

LATI

TUD

E

NC Colombia

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60

70

90

61

8087

8173

78

105

78

105

94

76

107

9399

78

92

7478

66

53

88

68

575562

81

64

2928

y = -0,1536x2 + 608,9x - 603482R2 = 0,5864

25

35

45

55

65

75

85

95

10519

7019

7119

7219

7319

7419

7519

7619

7719

7819

7919

8019

8119

8219

8319

8419

8519

8619

8719

8819

8919

9019

9119

9219

9319

9419

9519

9619

9719

9819

9920

0020

01

Año

Día

s Tor

men

toso

s Año

Nivel Ceráuneo TENDENCIA

[email protected]

Variación temporal en Bogotá

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La cantidad de descargas a tierra se denomina como Densidad de Descargas a tierra DDT y esta definida

como el numero de rayos que caen a tierra por kilómetro cuadrado por año.

Se relaciona con el Nivel Ceráunico con ecuaciones del tipo:

[email protected]

Densidad de descargas

xNC K = DDT a

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Densidad de descargas a tierra

Existen diferentes aproximaciones que relacionan la densidad de descargas a tierra con el numero de días tormentosos por año. Estas relaciones poseen parámetros que son en alguna medida encontrados estadísticamente.

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xNC = DDT 56.10017.0

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Correlaciones entre DDT y NC

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Densidad de descargas a tierra

[email protected]

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DDT [email protected]

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DDT España

[email protected]

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Ciudad Latitud Longitud Densidad promedio

Barranquilla 10.9 -74.8 1

Bogotá 4.7 -74.2 1

Cali 3.6 -76.4 1

Ibagué 4.4 -75.2 2

Medellín 6.1 -75.4 1

Pasto 1.4 -77.3 1

Pereira 4.8 -75.7 4

Popayán 2.4 -76.6 1

Densidad de descargas para algunas ciudades de Colombia

[email protected]

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[email protected]

-78.00 -76.00 -74.00 -72.00 -70.00 -68.00-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

02468101214161820222426283032

DDT Colombia

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•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

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Descarga atmosférica: parámetros

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[email protected]

Multiplicidad

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23.12.02 / S2930

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•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

[email protected]

Descarga atmosférica: parámetros

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Forma de onda de la descarga

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Forma de onda de la descarga

La descarga es de muy corta duración, alcanzando su valor máximo en tiempos que varían entre 0.1 y 10 microsegundos, luego decreciendo exponencialmente entre 20 y 200 microsegundos.

Tiempo de frente: tiempo en el cual la onda alcanza su valor máximo.

Tiempo de cola: tiempo en que la onda decrece al 50% de su valor máximo.

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Tiempo de frente

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Tiempo de cola

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Forma de onda normalizada: 1.2 x 50 microsegundos

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Ecuación de la onda tipo rayo

( )tt eeVmtV βα −=)(

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Forma de onda de la descarga de corriente ( 8x20 microsegundos)

Page 95: Protección de Edificaciones - GEIICO

•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

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Descarga atmosférica: parámetros

Page 96: Protección de Edificaciones - GEIICO

Magnitud de la corriente pico

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Los rayos generan corrientes de altísimo valor y de muy corta duración. Los valores pico de la corriente varían normalmente entre 3 y 400 kA, siendo su valor completamente aleatorio.

Page 97: Protección de Edificaciones - GEIICO

Magnitud de la corriente pico

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Curvas acumulativas típicas de corriente A: de la AIEE B: de Popolansky C: de Anderson

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Probabilidad acumulada de una corriente pico

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Magnitud de la corriente pico

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Medias de la corriente pico

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País Medida (kA)Estados unidos 23

Suiza 30Suecia 30Polonia 31Malasia 36Brasil 43

Rodesia 42Colombia 43

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Probabilidad de una la corriente pico

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La probabilidad de que una descarga seaigual superior a un determinado valor I, puedecalularse mediante ecuaciones como la de Anderson - Eriksson:

P(I) = 1 . 1 + (I/31)2,6

Page 102: Protección de Edificaciones - GEIICO

•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

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Descarga atmosférica: parámetros

Page 103: Protección de Edificaciones - GEIICO

Polaridades promedio multianuales(1997-2001) para Colombia

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Page 104: Protección de Edificaciones - GEIICO

Polaridades promedio (1997-2001) en algunas ciudades colombianas

[email protected]

POLARIDADES PROMEDIO CIUDADES

68,8

89,9

76,9

60,070,5

15,829,5

40,026,3

23,110,1

73,784,2

31,2

0102030405060708090

100

BO

GO

TA

SA

MAN

A

PTO

BE

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IO

EL

BA

GR

E

NE

CH

I

MAG

AN

GU

E

BQ

UIL

LA

CIUDAD

PO

RC

EN

TAJE

[%]

POSITIVOS NEGATIVOS

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Variación temporal de la polaridad

[email protected]

POLARIDAD MES A MES PROMEDIO NECHI 1997-2001

0

20

40

60

80

100

120EN

ERO

FEB

RE

RO

MA

RZO

ABR

IL

MA

YO

JUN

IO

JULI

O

AGO

STO

SE

PTI

EM

BR

E

OC

TUBR

E

NO

VIE

MB

RE

DIC

IEM

BR

E

PO

RC

EN

TAJE

[%]

POSITIVOS NEGATIVOS

Page 106: Protección de Edificaciones - GEIICO

•Cantidad.•Multilicidad.•Forma de onda.•Magnitud de la corriente.•Rata de crecimiento de la corriente.•Polaridad.•Distancia de rompimiento.

[email protected]

Descarga atmosférica: parámetros

Page 107: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Al acercarse un rayo a tierra hay un momento en que se produce el salto o rompimiento hacia el sitio más cercano.La distancia de rompimiento depende de la magnitud de la corriente de la descarga. Rayos con mayor carga, ocasionan rompimiento desde más grandes distancias

Distancia de rompimiento

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- - ---

------- - -

--- --

-

Distancia de rompimiento

Page 109: Protección de Edificaciones - GEIICO

--- - -

--

------- - -

--- --

-

Distancia de rompimiento

Page 110: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 111: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 112: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 113: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 114: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 115: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 117: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Distancia de rompimiento

+ + + + +

Page 118: Protección de Edificaciones - GEIICO

[email protected]

Distancia de rompimiento

bIARs *=

( ) 65.0max.10 IRs =

Page 119: Protección de Edificaciones - GEIICO

[email protected]

Descarga atmosférica: efectos

Respecto a los rayos hay consenso mundial que no existen ni medios para evitarlos ni

sistemas de protección 100% eficaces.

Sin embargo, existen medidas para mitigar los riesgos para los seres humanos y bienes, cuya

efectividad depende de las instituciones en exigirlas y la actitud de las personas para

cumplirlas.

Page 120: Protección de Edificaciones - GEIICO

•En las personas.•En los sistemas eléctricos.•En las edificaciones.•En equipos eléctricos y electrónicos.

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Descarga atmosférica: efectos

Page 121: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Descarga en sistemas eléctricos

Una descarga atmosférica sobre un sistema eléctrico puede originar voltajes muy superiores a los que soportan los aislamientos causando así rupturas o flameos .

•Descarga sobre los conductores de fase.•Descarga sobre una torre.•Descargas sobre el hilo guarda. •Descargas sobre una subestación.

Page 122: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Flameo

Page 123: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Flameo inverso

Page 124: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Interrupción del servicio

Las descargas atmosféricas son responsables de cerca de 65% a 70% de las salidas de las líneas en sistemas con Vn ≤ 300 kV

Page 125: Protección de Edificaciones - GEIICO

[email protected]

Afectación a las personas

Page 126: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Afectación a las personas

Page 127: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Afectación a las edificaciones

Rayos a la estructura.

Rayos cerca a la estructura.

Rayos a las acometidas de servicios.

Rayos cerca a las acometidas de servicios.

Page 128: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Afectación a las edificaciones

Page 130: Protección de Edificaciones - GEIICO

[email protected]

Afectación a las edificaciones

Page 131: Protección de Edificaciones - GEIICO
Page 132: Protección de Edificaciones - GEIICO

[email protected]

• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios Básicos para protección de

estructuras y servicios.

NTC 4552 Parte 1: principios generales

Page 133: Protección de Edificaciones - GEIICO

Efecto de los rayos en estructuras….

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Los efectos se relacionan con características dela estructura como:

• Tipo de construcción (madera, ladrillo etc.)• Función (vivienda, oficina, escuela etc.,)• Ocupantes y contenido (personas y animales,

combustibles etc.)• Acometidas entrantes (energía, telecomunicaciones etc.)• Medidas de protección.• Grado del peligro (dificultad de evacuación, peligro en

alrededores etc.)

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Tipo de estructura según la función y/o el contenido Efectos del rayo

Casa de habitación Perforación de instalaciones eléctricas, fuego y daños materiales. Daño limitado normalmente a objetos expuestos al punto de toque o a la trayectoria de la corriente del rayo.Falla de equipo eléctrico y electrónico y de sistemas instalados.

Edificación rural Riesgo primario de fuego y tensiones de paso peligrosas, así como daño material.Riesgo secundario causado por pérdida de energía y peligro de vida del ganado debido a la falla de control electrónico de ventilación y de suministro de alimento, etc.

Teatro, Hotel, Escuela, Almacén grande, aérea deportiva

Daño de instalaciones eléctricas probablemente causa de pánico.Fallo de alarmas contra incendio, dando por resultado retrasos en las medidas de extinción del fuego.

Banco, Compañía de seguros, Centros comerciales, etc.

Situaciones como las anteriores, más problemas resultado de la pérdida de comunicaciones, falla de computadores y pérdidas de datos.

Telecomunicaciones, Centrales Eléctricas Pérdidas inaceptables de servicio al público.

Efecto de los rayos en estructuras….

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Tipo de acometida Efectos del Rayo

Líneas de telecomunicaciones

Daños mecánicos de la línea, derretimiento de pantallas y conductores, falla del aislamiento del cable y falla primaria del equipo principal a causa de inmediata pérdida del servicio.Fallas secundarias en los cables de fibra óptica con daño del cable pero sin pérdida del servicio.

Líneas de Energía

Daños en los aisladores de líneas aéreas de baja tensión. Perforaciones del aislamiento del cable de la línea, falla de aislamiento del equipo de línea y de transformadores con la consecuencia de perder servicio.

Tuberías de agua Daños a los equipos de control eléctrico y electrónico, probablemente causando la pérdida del servicio .

Tuberías de gas, Tuberías de combustible

Perforaciones de empaques no metálicos probablemente causando fuego y/o explosiones.

Efectos del rayo en acometidas

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Page 136: Protección de Edificaciones - GEIICO

• S1: Rayos a la estructura

• S2: Rayos cerca a la estructura

• S3: Rayos en las acometidas de servicios

• S4: Rayos cerca a las acometidas de servicios

Fuente de daño: posición del impacto

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• D1: Lesiones a seres vivos.

• D2: Daño físico a la estructura o acometida de servicios.

• D3: Falla de sistemas eléctricos o electrónicos.

Tipos básicos de daño

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• L1: Pérdida de vidas humanas• L2: Pérdida de servicio público• L3: Pérdida de patrimonio cultural• L4: Pérdida de valor económico

Las perdidas L1, L2 y L3 son de valorsocial.

Tipo de perdidas

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Punto de Impacto Fuente de Daño

Tipo de Daño

Tipo de Pérdida

Estructura

S1

D1 D2 D3

L1 L1, L2, L3, L4

L1, L4

Cerca de la estructura

S2 (D2)**, D3*** L1*, L2, L4

Acometida de servicio entrando a la estructura

S3 D1, D2, D3 L1, L2, L3, L4

Cerca de la acometida de servicio

S4 D3 L1*, L2, L4

Nota: Sin paréntesis: daños inmediatos y pérdidas. En paréntesis: Posibles daños críticos y pérdidas * En el caso de hospitales y de estructuras con riesgo de explosión ** En el caso de estructuras con riesgo de explosión *** En el caso de estructuras con sistemas electrónicos

Page 140: Protección de Edificaciones - GEIICO

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• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios Básicos para protección de

estructuras y servicios.

NTC 4552 Parte 1: principios generales

Page 141: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Para definir si se requiere una protección se evalúa cual es el riesgo asociado a cada perdida, de acuerdo a NTC 4552-2 y se verifica si el riesgo total es mayor al tolerable.

R1: Riesgo de pérdida de vidas humanas.R2: Riesgo de pérdida de servicio público.R3: Riesgo de pérdida de patrimonio cultural.

Necesidad de protección contra rayos

Page 142: Protección de Edificaciones - GEIICO

Riesgo, perdidas y daños

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Page 143: Protección de Edificaciones - GEIICO

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La protección contra rayos es necesaria si el riesgo (Rt, R1, R2, R3) es mayor al que el valor tolerable y se adopta en orden de reducirlo a un valor dentro de lo tolerable.

Ri ≤ Rti

Necesidad de la protección contra rayos

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La protección contra rayos es conveniente desde el punto de vista económico, si la suma del costo de perdidas con protección CRL más el costo de la protección CPM, es menor que el costo de perdidas sin protección CL.

CRL + CPM < CL

Conveniencia económica de la protección contra rayos

Page 145: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Riesgo, perdidas y daños

Page 146: Protección de Edificaciones - GEIICO

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• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios Básicos para protección de

estructuras y servicios.

NTC 4552 Parte 1: principios generales

Page 147: Protección de Edificaciones - GEIICO

Medidas de protección

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Para seres vivos.• Aislamiento de partes conductoras expuestas.• Equipotencializacion mediante un sistema de

puesta a tierra.• Restricciones físicas y avisos de prevención.

Para estructuras.• Sistema integral de protección SIPRA.

Para acometidas.• Conductor blindado.

Page 148: Protección de Edificaciones - GEIICO

Medidas de protección

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Para equipos eléctricos y electrónicos.

• Dispositivos de protección contra sobretensiones DPS.

• Rutas adecuadas de cableado.• Anexiones a tierra y unión de

conductores.• Apantallamiento de cables.

Page 149: Protección de Edificaciones - GEIICO

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.

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Sistema Integral de Protección Contra Rayos SIPRA

Page 150: Protección de Edificaciones - GEIICO

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• Parámetros del rayo.• Daños debido a rayos.• Necesidad y conveniencia de la protección

contra rayos.• Medidas de protección.• Criterios básicos para protección de

estructuras y servicios.

NTC 4552 Parte 1: principios generales

Page 151: Protección de Edificaciones - GEIICO

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Niveles de protección contra rayos NPR

El factor de riesgo es el indicador que define el nivel de protección contra rayos NPR, que es necesario utilizar para proteger una determinada instalación.

La evaluación del factor de riesgo establece el NPR y este a su vez define la necesidad y tipo del sistema de protección SIPRA requerido.

Page 152: Protección de Edificaciones - GEIICO

Nivel de protección contra rayos NPR Clases del SIPRA

I III IIIII IIIIV IV

Tabla Nº 1.

NPR y SIPRA

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Parámetros máximos del rayo

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Los parámetros máximos del rayo no se superaran con una probabilidad del 99% para el NPRI, se reducen al 75% para NPRII y a 50% para NPRIII y IV. Estos son usados para diseñar los componentes de la protección.

Page 154: Protección de Edificaciones - GEIICO

Primera Descarga Corta NPR

Parámetro Símbolo Unidad I II III IV

Corriente pico I kA 200 150 100

Carga corta Qcorta C 100 75 50

Energía Especifica W/R KJ/Ω 10000 2625 2500

Tabla Nº 5.

Parámetros máximos del rayo…

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Criterio de interceptación NPR

Símbolo Unidad I II III IV

Corriente pico mínima I kA 17 21 26 30

Radio esfera rodante R m 35 40 50 55

Tabla Nº 6.

Parámetros mínimos del rayo

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Page 156: Protección de Edificaciones - GEIICO

Los valores mínimos de corriente para cada NPR se utilizan para derivar el radio de la esfera rodante, en la definición de la zona de protección.

Parámetros mínimos del rayo

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Probabilidad de que los parámetros sean

NPR

I II III IV

Menores al máximo definido en la tabla 5 0.99 0.98 0.97 0.96

Mayores al mínimo definido en la tabla 6 0.99 0.97 0.91 0.84

Tabla Nº 7.

Probabilidades de los límites de los parámetros del rayo

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Page 158: Protección de Edificaciones - GEIICO

•Los efectos mecánicos del rayo se relacionan con el valor pico de la corriente (I) y la energía específica (W/R).

•La protección externa se diseña para la mas baja corriente que puede llegar.

Parámetros máximos y mínimos del rayo

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