PROTECCION CONTRAPROTECCION CONTRADESCARGAS ELECTRICASDESCARGAS ELECTRICAS
ATMOSFERICASATMOSFERICAS
ASPECTOS FISICOS DE LAS ASPECTOS FISICOS DE LAS DESCARGAS ELECTRICAS DESCARGAS ELECTRICAS
ATMOSFERICASATMOSFERICAS..
SE CONOCE QUE:SE CONOCE QUE:SE CONOCE QUE:SE CONOCE QUE:
la duración de una descarga varía entre 0.1 ms y 1 s
la descarga principal (o de retorno) es siempre hacia arriba
los rayos pueden ser simplemente lineales, arborescentes (ramificados) y excepcionalmente en forma de rosario
la descarga atmosférica es simple, múltiple, positiva o negativa
EL RAYO, FENOMENO NATURAL:EL RAYO, FENOMENO NATURAL:EL RAYO, FENOMENO NATURAL:EL RAYO, FENOMENO NATURAL:
INEVITABLEINEVITABLE
IMPREDECIBLEIMPREDECIBLE
FORTUITO (CASUAL) y por demás...FORTUITO (CASUAL) y por demás...
“ “CAPRICHOSO”CAPRICHOSO”
NIVEL CERAUNICO DE FRANCIANIVEL CERAUNICO DE FRANCIA
NIVEL CERAUNICO EE-UU NIVEL CERAUNICO EE-UU
NIVEL CERAUNICO MINAS
GERAIS BRASIL
NIVEL CERAUNICO MINAS
GERAIS BRASIL
ACTIVIDAD ELECTRICA MUNDIAL ACTIVIDAD ELECTRICA MUNDIAL
VARIACION DEL NIVEL CERAUNICO DE BRASIL EN
EL TIEMPO (1972-1990)
VARIACION DEL NIVEL CERAUNICO DE BRASIL EN
EL TIEMPO (1972-1990)
VARIACION DEL NIVEL CERAUNICO DE COLOMBIA (BOGOTA ) 1972- 1990VARIACION DEL NIVEL CERAUNICO DE COLOMBIA (BOGOTA ) 1972- 1990
VARIACION DE LA POLARIDAD DE LOS RAYOS CON LAS ZONAS
MEDIDAS EN COLOMBIA
VARIACION DE LA POLARIDAD DE LOS RAYOS CON LAS ZONAS
MEDIDAS EN COLOMBIA
EVALUACION DE RIESGOEVALUACION DE RIESGOEVALUACION DE RIESGOEVALUACION DE RIESGO
NECESIDADNECESIDAD
DE DE
PROTECCIONPROTECCION
SELECCION SELECCION ADECUADAADECUADA
DE MEDIDAS DE MEDIDAS
PARAPARA
PROTEGERNOSPROTEGERNOS
NORMAS:NORMAS:NORMAS:NORMAS:
IEC TR2 61662 (1995IEC TR2 61662 (1995--04):04): Evaluación del riesgo Evaluación del riesgo de dade dañño debido al rayoo debido al rayo
IEC 61662 amIEC 61662 am--1 (19961 (1996--05):05): Enmienda a la norma Enmienda a la norma No. 1 IEC 611662No. 1 IEC 611662
IEC TS 61662 (2000IEC TS 61662 (2000--05):05): Riesgo debido al rayoRiesgo debido al rayo
PROBABILIDAD PROBABILIDAD DE DE
OCURRENCIAOCURRENCIA
PROBABILIDAD PROBABILIDAD DE DE
OCURRENCIAOCURRENCIA
EN EL PLANETA:EN EL PLANETA: 2000-5000 tormentas / día
100 rayos impactan el suelo / s
2 billones descargas / año
promedio de 65 descargas / s
Se estima el promedio de ocurrencia de descargas
nube-tierra entre 10 - 15 / s
EFECTO EN EL SISTEMA ELECTRICO
En Cuba esa importancia es singular por dosaspectos:
• Número promedio anual de días tormentas(Td) : el Td mínimo es 40 (4.02 rayos/km2/ año),el máximo es 140 (19.2 rayos/km2/año) y elpromedio anual es 100 (12.7 rayos/km2/año).Estos valores se encuentran entre los más altosreportados en la región caribeña y en el ámbitointernacional.
El rayo y sus efectos ...
DENSIDAD DE DESCARGAS A TIERRA:DENSIDAD DE DESCARGAS A TIERRA:Ng Ng
Número promedio descargas a tierra Número promedio descargas a tierra [[ km km² / año² / año ] ]
DENSIDAD DE DESCARGAS A TIERRA:DENSIDAD DE DESCARGAS A TIERRA:Ng Ng
Número promedio descargas a tierra Número promedio descargas a tierra [[ km km² / año² / año ] ]
DIAS CON TORMENTAS:DIAS CON TORMENTAS:
TdTd Número de días con tormentas Número de días con tormentas [[ año ] año ]
MAPA ISOCERAUNICOMAPA ISOCERAUNICO
Número de días / tormenta / anualNúmero de días / tormenta / anual (1979) (1979)
8080
100100 120120
bb Ng Ng = = aa Td [ Td [ km² / añokm² / año]] bb Ng Ng = = aa Td [ Td [ km² / añokm² / año]]
a = 0.04 a = 0.04 b = 1.25b = 1.25
NORMA NORMA IEC 61024-1-1 (1993-08):IEC 61024-1-1 (1993-08):
Protección de estructuras contra el rayoProtección de estructuras contra el rayoParte 1: Principios generalesParte 1: Principios generales
Sección 1: Guía A – Selección de los niveles Sección 1: Guía A – Selección de los niveles de protección para los sistemas de de protección para los sistemas de
protección contra el rayoprotección contra el rayo
RIESGO DE IMPACTO Y SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCION RIESGO DE IMPACTO Y SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCION
FRECUENCIA ESPERADA DE IMPACTOSFRECUENCIA ESPERADA DE IMPACTOS
( OTRO ENFOQUE)( OTRO ENFOQUE)
Donde:1,1 ----Factor de seguridad ligada a
la evaluación de impactos.Ng --- Densidad anual de impactos
de rayos en la región; (número de impactos/año.km2).
Ae --- Superficie de captura equivalente de la estructura aislada; (m2).
Ce --- Coeficiente relacionado con el entorno.
LA DENSIDAD DE IMPACTO DE RAYOS SOBRE EL TERRENO SE DETERMINA POR LA FORMULA:
LA DENSIDAD DE IMPACTO DE RAYOS SOBRE EL TERRENO SE DETERMINA POR LA FORMULA:
SUPERFICIE DE CAPTURA PARA INSTALACIONES DE BASE RECTANGULAR
SUPERFICIE DE CAPTURA PARA INSTALACIONES DE BASE RECTANGULAR
SUPERFICIE DE CAPTURA PARA INSTALACIONES QUE TENGAN UNA PARTE PROMINENTE
SUPERFICIE DE CAPTURA PARA INSTALACIONES QUE TENGAN UNA PARTE PROMINENTE
CALCULO DEL COHEFICIENTE Ce A TRAVES DEL CUAL SE TIENE EN CUENTA LA TOPOGRAFIA DEL LUGAR Y LOS OBJETOS A UNA DISTANCIA MENOR QUE 3H DE LA ESTRUCTURA
CALCULO DEL COHEFICIENTE Ce A TRAVES DEL CUAL SE TIENE EN CUENTA LA TOPOGRAFIA DEL LUGAR Y LOS OBJETOS A UNA DISTANCIA MENOR QUE 3H DE LA ESTRUCTURA
El tipo de construcción.El contenido de la estructura.La ocupación de la estructura.La consecuencia sobre el
entorno.
FRECUENCIA ACEPTABLE DE IMPACTOS DE RAYO SOBRE UNA ESTRUCTURAFRECUENCIA ACEPTABLE DE IMPACTOS DE RAYO SOBRE UNA ESTRUCTURA
C C TOMA EN CUENTA LOS 4 FACTORES ANTES VISTOSTOMA EN CUENTA LOS 4 FACTORES ANTES VISTOS Y Y CADA UNO DE ELLOS ESTA REPRESENTADO POR C1, C2, C3 Y CADA UNO DE ELLOS ESTA REPRESENTADO POR C1, C2, C3 Y C4C4
FACTOR C1FACTOR C1
FACTOR C2
FACTOR C3FACTOR C3
FACTOR C4
SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN ANTES DE PASAR A DETERMINAR EL NIVEL DE
PROTECCIÓN ES NECESARIO EVALUAR SI SE REQUIERE O NO IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.
PARA LA SELECCIÓN FINAL DEL NIVEL DE PROTECCIÓN ES NECESARIO DETERMINAR EL VALOR DE EFICIENCIA DEL SISTEMA REQUERIDO (E..valor de eficiencia del sistema)
PARA LA SELECCIÓN FINAL DEL NIVEL DE PROTECCIÓN ES NECESARIO DETERMINAR EL VALOR DE EFICIENCIA DEL SISTEMA REQUERIDO (E..valor de eficiencia del sistema)
NIVEL DE PROTECCION REQUERIDO EN FUNCION DEL VALOR DE “ E”NIVEL DE PROTECCION REQUERIDO EN FUNCION DEL VALOR DE “ E”
EL FENOMENOEL FENOMENOY SUY SU
INTENSIDADINTENSIDAD
EL FENOMENOEL FENOMENOY SUY SU
INTENSIDADINTENSIDAD
Características:Características:
Q Q 100 C100 C 15 km15 km
EEint int 100 kv/m100 kv/m
300 000 Ton 300 000 Ton aguaagua
2 km2 km 10 km10 km
SUELOSUELO
++ ++++
++++
-- -- ---------- -- ----
-- ----
++++ ++ ++
-- -- ---- -- ------ -- -- -- -- ---- -- -- -- -- -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- -- -- -- ---- -- -- -- -- -- -- -- -- --
++ ++ ++ ++
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++
BASE DE LA NUBE
TERRENO
70µs
40ms
2ms
30ms
1ms
LÍDERDARDO
LÍDERDARDO
DESCARGARETORNO
2 a 3 km
DESCARGARETORNO
TIEMPO
20 ms
TOTAL DE DESCARGAS
100 %DESCARGA
NUBE – NUBE
> 50 %
DESCARGA NUBE – TIERRA
30 % al 40 %
DESCARGA NUBE – AIRE
< 10 %
Ascendente
“+”
< 5 %
Descend.
“+”
< 10 %
Ascendente
“-”
< 5 %
Descend.
“-”
80 % a 90 %
PARAMETROSDE LA
CORRIENTEDE DESCARGA
PARAMETROSDE LA
CORRIENTEDE DESCARGA
Distribución IEC de las amplitudes de Distribución IEC de las amplitudes de corrientecorriente
Distribución IEC de las amplitudes de Distribución IEC de las amplitudes de corrientecorriente
% [ i % [ i II ] ]
II [ kA ] [ kA ]33 2020 200200
9898
8080
11
NORMA NORMA IEC 61312IEC 61312-1 (1995 – 02):-1 (1995 – 02):NORMA NORMA IEC 61312IEC 61312-1 (1995 – 02):-1 (1995 – 02):
Protección contra el impulso Protección contra el impulso electromagnético del rayo (IER)electromagnético del rayo (IER)
Parte 1: Principios generalesParte 1: Principios generales
EFECTOS DE LAS
DESCARGAS
EFECTOS DE LAS
DESCARGAS
ESPECTACULAR, ESPECTACULAR, PERO...PERO...
Parámetros de la corriente NIVEL DE PROTECCION
I II III - IV
Valor pico de corriente I (kA) 200 150 100
Carga total QTOTAL (C) 300 225 150
Carga de impulso QIMPULSO (C) 100 75 50
Energía específica W/R (kJ/) 10 000 5 600 2 500
Avance promedio di / dt (kA/s) 200 150 100
Se asume que el 10% son impactos “+” y el 90% “-”
EFECTOS:EFECTOS:EFECTOS:EFECTOS:
Térmicos (desprendimiento de calor)Térmicos (desprendimiento de calor) Electrodinámicos (fuerza)Electrodinámicos (fuerza) Electromagnéticos (inducción)Electromagnéticos (inducción) Electroquímicos (corrosión, reacc. galvánicas)Electroquímicos (corrosión, reacc. galvánicas) Acústicos (trueno, ondas de presión)Acústicos (trueno, ondas de presión) Fisiológicos (acción / centros nerviosos, muerte)Fisiológicos (acción / centros nerviosos, muerte)
EFECTOEFECTO DE CONTORNO ENTRE UN CONDUCTOR DEL DE CONTORNO ENTRE UN CONDUCTOR DEL RAYO Y UNA MASA METALICA ADYACENTERAYO Y UNA MASA METALICA ADYACENTE
EFECTO DE CONTORNO ENTRE MASAS METALICAS EXPUESTAS A POTENCIALES DIFERENTES POR ELEVACION DEL GRADIENTE DE POTENCIAL
EFECTO DE CONTORNO ENTRE MASAS METALICAS EXPUESTAS A POTENCIALES DIFERENTES POR ELEVACION DEL GRADIENTE DE POTENCIAL
COMO FRECUENTEMENTE LAS DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS AFECTAN A LAS PERSONAS
COMO FRECUENTEMENTE LAS DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS AFECTAN A LAS PERSONAS
COMO FRECUENTEMENTE LAS DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS AFECTAN A LAS PERSONAS
COMO FRECUENTEMENTE LAS DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS AFECTAN A LAS PERSONAS
Modelo electrogeométricoModelo electrogeométricoModelo electrogeométricoModelo electrogeométrico
Nivel de
Protección
Ancho de la malla
h (m)
R (m)
II
IIII
IIIIII
IVIV
2020 3030 4545 6060
2020
3030
4545
6060
2525
3535
4545
5555
(o) (o) (o) (o)
2525
3535
4545 3535
55
1010
1010
2020
* *
*
*
*
*
2525
2525
* Solo se aplica la esfera rodante y la malla
Ubicación del pararrayos de acuerdo al nivel de protección
Tabla 1 (IEC 61024-1)
Nivel de Esfera Angulo de protección Dimensiones Efectividadprotección Iso- ( ) de malla
geométricar (m)
I 20 5 x 5 98 %
II 30 10 x 10 95 %
III 45 15 x 15 90 %
IV 60 20 x 20 80 %
Determinación del dispositivo captador ( MALLA) en función del nivel de protección
S1151 1151.ppt / 23.01.98 / CG
0 10 20 30 40 50 60h(m)
) 80
70
60
50
40
30
20
10
0
I II III IV
h: Altura del dispostivo captador sobre el nivel del suelo
r: Radio de la esfera isogeométrica :Angulo de protección
Lit.: ENV 61024-1: 1995-01. 1 + 3
h
r
Espacio protegido
Dimensionado instalación captadora
1180.ppt / 02.02.98 / ESC
P. ej, canalón
Nivel de Nivel de DimensionesDimensionesprotección protección mallamalla
II 5 x 5
IIII 10 x 10
IIIIII 15 x 15
IVIV 20 x 20
ENV 61024-1 :Apartado 2.1.2, Tabla 3S1180
Volumen protegido por una malla captadora
1184.ppt / 23.01.98 / ESC
ENV 61024-1 : Anexo B
h
depende de la altura y del nivel de protección
Vista en planta
S1184
Soportes cubiertas planas Tipo FB
Soporte hormigónTipo FBArt. Nr.: 253 015
Soporte hormigónTipo FBArt. Nr.: 253 015
Conexión flexible
~ 1m
S1982 1982.ppt / 23.12.99 / OB
Latiguillo de empalmeArt. Nr.: 377 007Latiguillo de empalmeArt. Nr.: 377 007
Junta de dilatación
2293.ppt / 09.12.99 / OB2293_d
ESPACIO PROTEGIDO POR UNA PUNTA CAPTADORAEN FUNCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN
(°)8070
605040
3020
100
0 10 20 30 40 50 60hh (m)
Nivel de Nivel de II IIII IIIIII IVIVprotecciónprotección
hh
El ángulo depende del nivel deprotección y de la altura de la punta
1189.ppt / 02.02.98 / ESC
ENV 61024-1 : Anexo B, Tabla 3S1189
Cobertura protección de una punta Franklin
1179.ppt / 02.02.98 / ESC
DIN V ENV 61024-1 (VDE V 0185 Teil 100) 1996-08: Abschnitt 2.1.2, Tabelle 3S1179
h
Puntas captadora para pequeñas instalacioneseléctricas en cubierta
Protección de ventilación mediantepunta Franklin. DIN VDE 0185 T1
Conexiónde ventilación a travésde vía de chispas. DIN VDE 0185 T1
Conexión ventilación directamente. ABB 8
S369/1 k:\pm-01\folien\powerpnt\369-1-c.ppt
45°
Equipamientos eléctricos en cubierta
S1535 1535.ppt / 03.11.96
Conexión a través devía de chispas
CPU PASCD
Línea de datos
Primera PlantaPrimera Planta
CubiertaCubierta
Planta BajaPlanta Baja
SotanoSotano
Conexión Directa
Puntas captadoras para equipos en cubierta
2293.ppt / 09.12.99 / OB2293_a
DERIVADORES O BAJANTES
DISTANCIA MEDIA DE LOS DERIVADORESEN FUNCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN
1167.ppt / 27.01.98 / ESC
I 10
II 15
III 20
IV 25
UNE 21.185 y ENV 61024-1 : Tabla 5
Nivel de protección Nivel de protección distancia mediadistancia media
en metrosen metros
S1167
Instalación delsistema derivador
medianteconductor redondode 8 mm de con
posibilidad deinstalación externa
por fachada ointernor en
estructura dehormigón.
Derivadores o BajantesInstalación mediante conductor redondo
1188.ppt / 31.01.98 / ESC
DIN V ENV 61024-1 (VDE V 0185 Teil 100) 1996-08: Abschnitt 2.2.4
Caja seccionadora
S1188
Puntode
corte
1996.ppt / 14.12.99 / OBS1996
Detalles instalaciónSoporte derivador exterior DEHNsnap
Art. Nr.: 204 227+Art. Nr.: 276 007Art. Nr.: 204 227+Art. Nr.: 276 007
1990.ppt / 13.12.99 / OBS1990
Detalle instalaciónEstructura metálica del edificio a proteger
Art. Nr.: 455 000Art. Nr.: 455 000
Art. Nr.: 377 005Art. Nr.: 377 005
PARARRAYOS PARARRAYOS
ACTIVOS.ACTIVOS.
)L)hD2(hRp
RADIO DE PROTECCION DE UNRADIO DE PROTECCION DE UN
PARARRAYO DE CEBADOPARARRAYO DE CEBADO
D: Adquiere valores distintos para los
diferentes niveles de protección.
20m Nivel de protección I
45m Nivel de protección II
60m Nivel de protección III
PararrayoPararrayo
de cebadode cebado
satelite +satelite +
PRS-EC-SAC-SACPRS-EC-SAC-SAC
PREVECTRONPREVECTRON
SAINT- ELMSSAINT- ELMS