PROTECCION CONTRADESCARGAS ATMOSFERICAS. RETIE. ESTE MATERIAL ES PROPIEDAD DEL GRUPO DE CAPACITACION RETIE G.C.R. Y SOLO PODRA SER DICTADO EN LOS PROGRAMAS DE CAPACITACION RETIE POR SUS AUTORES Y/O POR QUIENES ELLOS AUTORICEN. CUALQUIER APLICACIÓN O UTILIZACION COMERCIAL UNICAMENTE PODRA HACERSE CON LA DEBIDA AUTORIZACION ESCRITA DE SU AUTORES GENERANDO EL PAGO DE REGALIAS [email protected] Julio de 2005. Av 3H 38 N 97 Cali. Teléfonos: 2 665 49 81 / 82 Protección contra descargas atmosféricas La protección contra los rayos y sus efectos se hace actualmente, a NIVEL EXTERNO de una edificación, con un dispositivo llamado punta captadora de descargas atmosféricas, conocido popularmente como pararrayos y a NIVEL DE ACOMETIDAS E INTERNO a una instalación con dispositivos del tipo DPS. El RETIE nos señala los parámetros para determinar cuándo se requiere el uso de pararrayos y cuando se requieren DPS y las características de cada uno de los componentes. 2 PARARRAYOS. 3 Protección contra descargas atmosféricas Todo pararrayos se compone de tres partes: Punta captadora. Bajantes. Electrodo. Los DPS tienen zonas de protección muy bien definidas y su aplicación debe obedecer a un estudio que se realice para determinar la ubicación y las potencias de los mismos. 4 EVALUACION DEL RIESGO. ARTÍCULO SEXTO. 1. “Evaluación del Nivel de Riesgo”. Se entenderá que una instalación eléctrica es de ALTO RIESGO, cuando carezca de protección frente a condiciones tales como: ausencia de la electricidad en instalaciones hospitalarias, arco eléctrico, contacto directo e indirecto, cortocircuito, rayo o sobrecarga, que de no ser eliminadas pueden causar la muerte, graves efectos fisiológicos en el cuerpo humano o efectos sobre el entorno de la instalación eléctrica, como contaminación, incendio o explosión. 5 EVALUACION DEL RIESGO. la situación debe ser evaluada por una persona calificada en electrotecnia teniendo en cuenta los siguientes criterios orientadores: 6 . Continuación Para determinar la existencia del alto riesgo. Que existan condiciones peligrosas.EVALUACION DEL RIESGO. y contaminación. condiciones ambientales de lluvia. 7 . Continuación a. productos o conexiones defectuosas de la instalación eléctrica. tormentas eléctricas. plenamente identificables. tales como instalaciones que carezcan de medidas preventivas específicas contra el riesgo eléctrico. equipos. Esto significa que la muerte o una lesión física grave. es decir. Que el peligro tenga un carácter inminente.EVALUACION DEL RIESGO. puede ocurrir antes de que se haga un estudio a fondo del problema. Continuación b. para tomar las medidas preventivas. que existan indicios racionales de que la exposición al riesgo conlleve a que se produzca el accidente. 8 . un incendio o una explosión. que conlleve a que una parte del cuerpo o todo. lesión física grave. es decir. pueda ser lesionada de tal manera que se inutilice o quede limitado su uso en forma permanente o que se destruyan bienes importantes cercanos a la instalación. incendio o explosión. que haya gran probabilidad de muerte. Continuación c. 9 .EVALUACION DEL RIESGO. De gravedad máxima. deben reportar todo accidente de origen eléctrico que tenga como consecuencia la muerte o graves efectos fisiológicos en el cuerpo humano. 10 .EVALUACION DEL RIESGO. Continuación d. las empresas responsables de la prestación del servicio público de energía eléctrica. el evaluador del riesgo debe referenciar al menos un antecedente ocurrido con condiciones similares. Con el fin de verificar la efectividad del Reglamento en la reducción de la accidentalidad de origen eléctrico. Que existan antecedentes comparables. siguiendo las condiciones establecidas por la Superintendencia de Servicios Públicos en su calidad de administrador del SUI. causa del accidente. Continuación Dicha información deberá reportarse cada seis (6) meses al SUI. tipo de lesión.EVALUACION DEL RIESGO. lugar y fecha del accidente y parte del cuerpo afectada”. 11 . el reporte debe contener como mínimo el nombre del accidentado. Evaluación del nivel de riesgo según la NTC 4552 12 . Evaluación del nivel de riesgo según la NTC 4552 13 . Evaluación del nivel de riesgo según la NTC 4552 14 . Evaluación del nivel de riesgo según la NTC 4552 15 . Evaluación del nivel de riesgo según la NTC 4552 Modelo de Evaluación de Riesgos 16 . lo cual es su modelo físico matemático y supuestamente su principal ventaja. El RETIE solo prohíbe expresamente el uso de puntas radioactivas. 17 . frente a la punta Franklin cuyo radio de acción es relativamente pequeño. Por lo tanto las ionizantes no radioactivas se podrán instalar con la restricción de que deberán manejarse como si fueran puntas Franklin y no como puntas que crean una “zona de protección del tipo elipsoide.PUNTA CAPTADORA. con el fin de disminuir su efectos.. En todos los casos se deben realizar los análisis de tensiones de paso. de contacto y transferidas. La persona calificada. para que una persona con una resistencia de 1000 ohmios. no vaya a soportar más de 30 Joules.PUNTA FRANKLIN Y EL METODO DE CALCULO El único método de calculo admitido por el RETIE es el electro geométrico el cual corresponde con las puntas captadoras del tipo Franklin. Artículo 42. que pueden ser de tipo electromágnético.” 18 . mecánico o térmico. . “El diseño debe realizarse por el método electro geométrico. encargada de un proyecto debe incluir unas buenas prácticas de ingeniería de protección contra rayos. Por ello se ha definido como zona protegida el área bajo el arco que tienen un radio máximo de 45 metros y es tangente a la punta de la antena captadora y a la tierra. 19 .METODO ELECTROGEOMETRICO Las investigaciones científicas indican que los centelleos destructivos de los rayos tienen una distancia igual o superior a 45 metros. METODO ELECTROGEOMETRICO 20 . AREA PROTEGIDA ENTRE VARILLAS DE CAPATACION DE RAYOS 21 .METODO ELECTROGEOMETRICO En un edificio con techo plano el área por debajo de la circunferencia del arco tangente a la tierra y al pararrayos de una de las esquinas es el área protegida. De igual manera el área protegida entre dos varillas es la ubicada debajo de la circunferencia del arco tangente entre varillas. TODA ESTRUCTURA QUE SOBRESALGA DEL NIVEL DEL TECHO DEBERA TENER UNA VARILLA CAPTADORA 22 .METODO ELECTROGEOMETRICO En el techo de edificios altos se debe disponer una varilla captadora en la mitad y otras espaciadas no más de 15 metros entre si. Todas las varillas se deberán interconectar entre si mediante una rejilla de conductores de igual calibre al de los bajantes. La zona de protección se definirá siempre por la esfera virtual. METODO ELECTROGEOMETRICO 23 . 24 .OTROS METODOS DE CALCULO. OTROS METODOS DE CALCULO A manera de ejemplo presentamos el software de calculo de los pararrayos Prevectron producidos por Indelec y algunos ejemplos reales ejecutados por Sertécnica Ltda con excelentes resultados. Indelec 25 . BAJANTES DE PARARRAYOS ARTÍCULO TRIGÉSIMO CUARTO. Para el caso cable de acero galvanizado en caliente. la sección no debe ser menor a 50 mm² y su diámetro no debe ser menor a 8 mm. “.Bajantes: Las bajantes del sistema de protección contra rayos debe cumplir los requisitos de la Tabla 47. Para el caso de cable de acero inoxidable la sección no debe ser menor a 70 mm² y cada alambre no menor de 1. En el caso de usar alambre de acero. Se admite el uso de acero inoxidable y acero galvanizado en caliente para bajantes. 26 .7 mm de diámetro.7 mm de diámetro. Estos requisitos fueron adoptados de la IEC 62305-3. la sección no debe ser menor a 50 mm² y cada alambre no menor a 1. ” en lo relativo al conductor de electrodo de puesta a tierra 10 METROS MINIMO!!!! 27 . Capítulo II del presente Reglamento. debe cumplir con lo establecido en el Artículo 15°. La puesta a tierra de protección contra rayos. estar separadas un mínimo de 10 m y siempre buscando que se localicen en las partes externas de la edificación.BAJANTES DE PARARRAYOS Cada una de las bajantes debe terminar en un electrodo de puesta a tierra. es dos bajantes separados al menos 10 metros. Solo en edificaciones que tengan menos de 10 metros de ancho. 28 . se deberá utilizar un solo bajante.BAJANTES DE PARARRAYOS Lo exigido por el RETIE. COLUMNA METALICA PUENTE EQUIPOTENCIAL 29 . PUESTAS A TIERRA.BAJANTES DE PARARRAYOS “ARTÍCULO 15º. 2. debe ser unida a la bajante.8 m de una bajante de pararrayos. Requisitos Generales Adicionalmente se debe cumplir que si una parte conductora que conforma el sistema de puesta a tierra está a menos de 1. se requieren anillos equipotenciales para protección contra rayos. Igualmente. en el caso de los edificios altos. Aquí es necesario que se cumplan dos condiciones. 30 . El RETIE no restringe el concepto de electrodo al de varilla y eso es importante. La gran dificultad radica en encontrar el electrodo que sea capaz de hacerlo con las menores consecuencias negativas para la instalación que está protegiendo. toda vez que se pretende con ello inyectar a la tierra la energía del rayo sin que esto vaya a causar mayores problemas. que se presente la menor impedancia posible a la energía que fluye a tierra y que la gran mayoría de esta se pueda disipar de manera rápida y segura.CONEXIÓN AL SUELO Una parte importantísima de la instalación de un pararrayos es la conexión al suelo. ALTA FRECUENCIA (C) ULTRA ALTA FRECUENCIA Fig 4. se requiere de otro tipo de electrodo para hacerlo. (A) BAJO VOLTAJE. Un electrodo tipo varilla se comporta de la siguiente manera a la corriente de descarga de un rayo. Circuitos equivalentes de electrodos de tierra sobre rangos de ondas de voltajes y frecuencias.CONEXIÓN AL SUELO Puede una varilla de tierra manejar la energía de un rayo? A todas luces NO. BAJA FRECUENCIA ELECTRODO CON CORRIENTE DE DESCARGA (B) ALTO VOLTAJE. 31 . De la expresión anterior se deduce que el valor de la resistencia depende más de su longitud que de su diámetro y que para los valores de resistividad normales del terreno. su valor de resistencia es mayor a 10 Ohmios como lo determina el RETIE. Resistencia en la Varilla 32 . ℓ su longitud y γ la admitancia del suelo. La resistencia de propagación de un electrodo tipo 1 2l varilla es: R= R 0 = L l2 π γ 2πγl Ln d Donde d es el diámetro del electrodo.ELECTRODO. para este caso S = 1) se calcula mediante la siguiente expresión: V paso max ⎡ s ⎤ = I Ln ⎢1 + ⎥ ρ0⎦ 2 πγ l ⎣ 1 Voltaje de paso 33 . El Voltaje de paso máximo ( cuando se está pisando el electrodo con al menos un pie.ELECTRODO. Corrientes en el cuerpo Por lo anterior.ELECTRODO. Para las condiciones planteadas las corrientes de circulación por el cuerpo humano exceden las máximas admisibles por la Tabla Nº 21 del RETIE. aceptable. 34 . desde el punto de vista de seguridad. conectar un bajante de un pararrayos a un electrodo tipo varilla no es. Qué recomiendan algunos fabricantes? Conectar los bajantes a contrapesos así.ELECTRODO. 35 . Los bajantes se deberán conectar a una malla de tierra? A todas luces NO. 36 . Los caminos cerrados presentan una altísima impedancia a las corrientes de los rayos y solo contribuirían a que una buena parte de la energía del rayo se refleje y busque otros caminos por donde drenarse a tierra.ELECTRODO. se podrá pensar en utilizar tierras capacitivas tipo tanque con hidrosolta. Existen otras alternativas? Si. 37 . cuando por múltiples razones se dificulte hacer las patas de ganso.ELECTRODO. según criterio adoptado de IEC-61000-5-2. tal como aparece en la Figura 10. todas ellas deben estar interconectadas eléctricamente.EQUIPOTENCIALIZACION Cuando por requerimientos de un edificio existan varias puestas a tierra. 38 . EQUIPOTENCIALIZACION Se deberá utilizar una bobina de choque en el punto de equipotencialización del bajante de los pararrayos? No. puesto que cualquier camino impedante se contrapone con el concepto de equipotencialización. Las Bobinas de choque no están admitidas por el RETIE Aquí también va otra bobina? 39 . NTC 4552: NOTA: Para descargas atmosféricas no se debe hablar de resistencia de puesta a tierra si no de impedancia de puesta a tierra. pueden tomarse los siguientes valores máximos de resistencia de puesta a tierra adoptados de las normas técnicas IEC 60364-4-442. ANSI/IEEE 80.RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA. NTC 2050. Valores de resistencia de puesta a tierra En razón a que la resistencia de puesta a tierra es un indicador que limita directamente la máxima elevación de potencial y controla las tensiones transferidas. 40 . ARTÍCULO DECIMOTERCERO. PUESTAS A TIERRA 4. DISPOSITIVOS DE PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES DPS 41 . IEC 60071. las personas que podrían someterse a una sobretensión y los equipos a proteger. IEC 60364-5-534. deben disponer de DPS. Tal evaluación técnica. la coordinación de aislamiento. Numeral 6. Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS) Se establecen los siguientes requisitos para instalación de DPS. deberá tener en cuenta entre otros factores. las condiciones topográficas de la zona. IEC 60364-4-443. IEC 60099. IEC 61000-5-6. IEC 60664. En los demás equipos de media. alta o extra alta tensión o en redes de baja tensión o uso final. la densidad de rayos a tierra. adaptados de normas como IEC 61643-12. IEC 61312. el uso de la instalación. la necesidad de DPS dependerá de una evaluación técnica objetiva del nivel de riesgo por sobretensiones transitorias a que pueda ser sometido dicho equipo o instalación. 42 .RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. IEEE 141. IEEE 142 y NTC 4552: Toda subestación y toda transición de línea aérea a cable aislado de media. alta o extra alta tensión. de tal manera que la inductancia sea mínima. 43 .RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. Para la instalación de un DPS se debe tener en cuenta que la distancia entre los bornes del mismo y los del equipo a proteger debe ser lo más corta posible. Numeral 6. En baja tensión los conductores de conexión a la red y a tierra no deben ser de calibre inferior a 14 AWG en cobre. Numeral 6. El DPS debe estar instalado como lo indica la figura 18. alta y extra alta tensión los conductores de conexión a la red y a tierra no deben ser de calibre inferior a 6 AWG. En media. Se debe tener como objetivo que la tensión residual del DPS sea casi igual a la aplicada al equipo.29 mm2 (6AWG) Un solo bajante a electrodo junto con carcasa y neutro de transformador 44 .RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. Calibre mínimo 13. es decir. PRD 45 . se debe dar preferencia a la instalación en el origen de la red interna. La instalación de los DPS debe ser en modo común. Se permite instalar DPS en interiores o exteriores. Numeral 6. Clase I. pero deben ser inaccesibles para personas no calificadas. Cuando se requieran DPS.RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. entre conductores activos y tierra. Se permite que un bloque o juego de DPS proteja varios circuitos. PRF1 Clase II. Numeral 6.RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. debe aplicarse una metodología de zonificación y deben coordinarse por energía y no sólo por corriente. 46 . Cuando se instalen varias etapas de DPS. La capacidad de cortocircuito del DPS debe estar coordinada con la capacidad de falla en el nodo donde va a quedar instalado. el cual será demostrado con la instalación ya construida. este requisito se puede reemplazar por un encerramiento a prueba de impacto. el material aislante no debe lanzar fragmentos capaces de hacer daño a las personas o equipos adyacentes. 47 . No se deben instalar en redes eléctricas de potencia DPS construidos únicamente con tecnología de conmutación de la tensión. V Descargador de Gas Combinado Gas-Varistor Descargador tipo varistor En caso de explosión del DPS. En baja tensión. Numeral 6.RETIE Artículo 17 Requisitos de Productos. DPS TIPO VARISTOR. b)Tiempo de reacción • rápido(10-9 seg). c)Corriente de fuga • despreciable pero que aumenta con un impulso de tensión. d)Envejecimiento con el tiempo. y sucesivas descargas. 48 . Un DPS tipo Varistor tiene las siguientes características: a)Limita la sobretensión a una tensión residual que será función del varistor. b) Corriente de fuga nula a tensiones nominales. 49 .DPS TIPO DESCARGADOR. Un DPS tipo descargador a gas tiene las siguientes características: a) Fuerte poder de disipación de energía. c) Tiempo de respuesta menos • rápido debido a la necesidad de cebamiento. 50 .DPS TIPO COMBINADO. Un DPS tipo descargador a gas tiene las siguientes características: a)Respuesta rápida a una onda transitoria. b)Tensión residual menor a la residual. • de c) Mayor poder de disipación energía. d) Envejecimiento limitado. b)Nivel de protección Aparatos Industriales U (máx) = 4 kV media.5 kV basta. • Contador eléctrico U (máx) = 6 kV c) Nivel de protección fina: MC MC MC MC segun norma CEI 60364-4-443 51 . se definen tres niveles de protección: Aparatos electrónicos U (máx) = 1. Cuando se tiene una protección en cascada.5 kV a)Nivel de protección Electrodomésticos U (máx) = 2.PROTECCION EN CASCADA. • 52 .PROTECCION EN CASCADA. PROTECCION EN CASCADA. • 53 .