Nivel de protección: Clasificación de un spcr según se eficiencia.

Transcripción

1 Guía para el desarrollo de proyectos de protección contra descargas atmosféricas La finalidad de todo sistema de pararrayos es la protección de los inmuebles, mediante la determinación de un punto de impacto (pararrayos) y de un camino bien definido de baja impedancia para la captación y el drenaje de la descarga a tierra. Teniendo en cuenta esta definición se debe mencionar la existencia de dos tecnologías en lo que hace a la protección contra el rayo, una es la tradicional protección con puntas Franklin y la otra es la utilización de pararrayos con dispositivos de cebado, en ambos sistemas el análisis a realizar es el mismo, siendo la principal diferencia los radios de protección asignados a los pararrayos activos respecto de los Franklin, teniendo los pararrayos activos radios de protección considerablemente mayores, lo que se traduce en un menor número de dispositivos captores, economización en los costos de instalación y una instalación estéticamente agradable a la vista. Definiciones: Sistemas de protección externo: sistema encargado de la protección de las estructuras contra descargas atmosféricas. Dicha protección se realiza mediante la instalación del pararrayos de techo y su respectiva puesta a tierra. Riesgo de daño: Probables pérdidas anuales promedio (en personas y en bienes) debido a rayos en una estructura. Las cuales quedan definidas por la frecuencia anual de rayos directos en la estructura y la probabilidad con la cual el rayo causa daños. Eficiencia (E) de un spcr: Es la relación entre el número promedio anual de rayos directos que no pueden causar daño en una estructura y el número de impactos de rayos directo en esa estructura. Nivel de protección: Clasificación de un spcr según se eficiencia. Niveles de protección Eficiencia (E) de un spcr I + medidas complementarias E > 0.98 I 0.95 < E > 0.98 II 0.90 < E > 0.95 III 0.80 < E > 0.90 IV 0 < E > 0.80 Frecuencia aceptada de rayos en una estructura (Nc): frecuencia máxima promedio anual tolerable de rayos que puedan causar daños Dichos valores serán definidos por las autoridades pertinentes en caso de haber riesgo de vidas humanas, culturales y sociales. Mientras que el propietario o diseñador podrá establecer dicho valor cuando las perdidas solo estén relacionadas con los vienes o la propiedad privada. Sistema de protección interna: sistema encargado de la protección del equipamiento eléctrico electrónico contra sobretensiones, como las generadas por los efectos del rayo. Dicho sistema se compone por protectores de sobretensión acorde al equipamiento a proteger. Nivel de tensión de protección Up: tensión residual correspondiente a los protectores de sobretensiones, valor que debe ser compatible con la sensibilidad de los equipos a proteger.

2 Cómo diseñar una protección eficaz contra rayos Se deben tener en cuenta dos subsistemas: Protección externa --> pararrayos (impacto directo) Protección interna --> equipotencialización (limitación de sobretensiones) NO TODO NECESITA PROTECCIóN EXTERNA Esto se puede determinar usando la norma IRAM (IEC ) Sí TODO DEBERíA TENER PROTECCIóN INTERNA las sobretensiones se dan incluso por descargas cercanas ó maniobras y son mucho más frecuentes (se utiliza IRAM ó IEC )

3 PROTECCIÓN EXTERNA: Se procede según el siguiente criterio: 1 Establecer nivel de protección. 2 Elegir tipo de pararrayos a utilizar en función del área a cubrir. 3 Calcular radio de pararrayos. 4 Ubicar el pararrayos con su radio en un plano de planta teniendo en cuenta la altura de cada edificio. 5 El pararrayos debe ser el punto más alto estando al menos a dos metros por encima de cualquier objeto en el entorno. 6 Elegir tipo de bajada. 7 El recorrido de la bajada debe ser lo más corto posible. 8 Establecer elementos metálicos a equipotencializar que se encuentren cercanos al pararrayos o a la bajada e incorporarlos al sistema (conectarlos). 9 Diseñar puesta a tierra, de ser posible en un lugar poco transitado la existente para reducir la tensión del paso. Cálculo del nivel de protección (E) Para la determinación de la eficiencia requerida por el spcr se deberá conocer los valores de frecuencia de impacto directo (Nd) y la frecuencia aceptada de rayos (Nc) Nd = C x Ng x Ae x 10-6 C = Coeficiente ambiental que rodea a la estructura considerada (Anexo IRAM ) Ng = Densidad anual promedio de rayo directo a tierra por Km2 en zona de la edificación Ae = Área equivalente colectora Nc = esta magnitud será definida por las autoridades pertinentes en caso de haber riesgo de vidas humanas, culturales y sociales. Mientras que el propietario o diseñador podrá establecer dicho valor cuando las perdidas solo estén relacionadas con los bienes o la propiedad privada. E = 1 - Nd / Nc El siguiente esquema ejemplifica los diferentes cálculos y las decisiones a tomar en base a lo calculado

4 Inicio Datos de entrada - Dimensiones y posición de estructura - Densidad de rayos a tierra (Ng) - Tipo de estructura Estimar el área equivalente Ae y calcular la frecuencia de los rayos directos en la estructura. Nd=Ng x Ae x 10-6 Establicer la frecuencia aceptada de rayos (Nc) según el tipo de esctructura. SI Es Nd <= Vc? Calcular Ec = 1 - Nc / Nd Prever un spcr de eficiencia Ec >= Ec Es Nd <= Vc? SI Protección innecesaria Establecer el nivel de protección adecuado al valor E y las dimensiones del spcr de acuerdo con ese nivel Establecer el nivel de protección adecuado al valor E y las dimensiones del spcr de acuerdo con ese nivel. Diseñar atras de protección complementarias

5 Elección del dispositivo captor Parámetros a tener en cuenta: Área a proteger Ubicación estratégicas de los pararrayos Radios de protección de los dispositivos captores En el plano de planta de la edificación a proteger se marcan las posiciones que se crean convenientes instalar los dispositivos captores, dichas marcas se utilizaran como centro de las circunferencias que determinan el área de protección de los dispositivos captores cuyo radio queda determinado por el valor del radio de protección de los pararrayos (datos obtenidos de la tabla Radios de protección de los dispositivos captores, que es función del nivel de protección calculado en la etapa 2º y de la altura a la que se instalará el pararrayos). Graficados las circunferencias que determinan las áreas de protección se deberá verificar que la superficie a proteger quede totalmente cubierta por las circunferencias, en caso contrario se deberán reubicar o agregar dispositivos captores hasta lograr la cobertura total de la superficie a proteger, terminada la etapa se procederá a elegir los modelos de los dispositivos captores que cubran con mayor eficientemente el área a proteger. Ejemplo. Nota: se utilizaran como posibles dispositivos captores los modelos Leader PCC30 y PCC60 1º. Calculo (E) Ubicación geográfica de la edificación a proteger: Buenos Aires Estructuras que rodean al predio: no existen Ng = 5 Ae = m2 C = 1 Nd = 1 x 5 x x 10-6 = 0,39 Nc = 2,2 x103 E = 1 0,39 / 103 = 0,99 2º. Nivel de protección NP = I Radio de protección (Rp) de los pararrayos activos PCC60 y PCC30 a 6mts de altura. Modelo PCC60 Rp = 79 mts Modelo PCC30 Rp = 48 mts

6 Elección del dispositivo captor

7 Típicos de instalación

8 Típicos de instalación

9 Protección interna: Se deben atacar todos los ingresos y los egresos del inmueble. Conviene analizar, si ya ha habido problemas de quemaduras de equipos, por donde está ingresando la sobretensión. Por ejemplo, si se quema la fuente viene por la línea. Si se queman las plaquetas, pueden ser los cables de señal. 1 Establecer zonas. 2 En la entrada a cada zona se le coloca un protector (escalón). 3 La separación entre cada escalón debe ser de diez metros de cable para garantizar la coordinación de los protectores sino se deberán instalar una impedancia de desacople. 4 Verificar la equipotencialización de las diferentes tierras y que los caminos a tierra sean los más corto posible. 5 En ambientes explosivos se debe verificar la equipotencialización de todas las masas metálicas para evitar chispas peligrosas. 6 El tipo de protector a utilizar se dimensiona en función de la presunta corriente de impulso y de la tensión residual deseada (teniendo en cuenta la tensión de aislación que soporta el equipo protegido). Consideraciones de la protección contra sobretensiones en la planificación. Tanta la protección primaria como la secundaria necesitan de una puesta a tierra con una baja impedancia, motivo por el cual la protección se debe planificar desde los inicios de la construcción edilicia debiendo considerarse la fase de excavación y cimentación asegurando la continuidad galvánica de las distintas partes metálicas con el sistema de puesta a tierra, situación que hace inmejorables la eficiencia del sistema de protección y la minimización de costos. Le sigue al estudio por orden de prioridad el análisis de la protección contra descargas atmosféricas, finalizándose con el análisis de la protección contra sobretensiones inducidas.

10 Que criterio utilizamos para proteger una instalación contra sobretensiones? La Protección contra sobretensión consiste en la equipotencialización de todos los ingresos a una estructura, así como también la concepción de una instalación que no permita el acoplamiento de sob ret ens ion es d esd e el ext eri or n i ta mpo co interferencias entre circuitos eléctricos diferentes, como pueden ser circuitos de alimentación de redes eléctricas y redes de comunicación o datos dentro de la estructura edilicia. Esta separación electromagnética puede lograrse mediante la instalación ductos o cañerías metálicas, en donde los circuitos de alimentación de redes eléctricas y redes de comunicación o datos deben disponerse apantallados unos de los otros en cañerías separadas. Una vez realizadas las equipotencializaciones de los distintos circuitos mediante los protectores de sobretensiones correspondientes se deberán incluir al sistema de PAT (puesta a tierra) todas las piezas eléctricamente conductoras como cañerías de agua, gas étc. De acuerdo a lo dicho se puede introducir el concepto de protección contra sobretensiones en la fase de construcción y planificación. En la práctica se utilizan dos pasos que han demostrado efectividad y sencillez en lo que refiere a la planificación y elección de los protectores de sobretensiones. Determinación del grado de exposición de las Zonas proteger (Zonas LPZ). Determinación de los niveles de resistencia de tensión eléctrica (Up) de las instalaciones eléctricas, electrónicas y del equipamiento a proteger Definiciones de "zonas" (LPZ) (ver la fig. 3) LPZ 0A: Zona donde los elementos de las instalaciones están sometidos a impactos directos del rayo, y, por lo tanto, pueden tener que conducir a tierra, toda la corriente del rayo. Aquí se produce el campo electromagnético no atenuado. LPZ 0B: Zona donde los elementos no están sometidos a impactos directos del rayo, aunque se produce el campo electromagnético no atenuado. LPZ 1: Zona donde los elementos no están sometidos a los impactos directos del rayo y donde las corrientes, en todas las piezas conductoras dentro de esta zona, se reducen aún más en comparación con las zonas 0B. En esta zona (LPZ1), el campo electromagnético también puede estar atenuado (lo que dependerá de las medidas de "apantallamiento"). Una vez obtenidos los datos recién mencionados se vuelcan en la tabla Nº xx y se determina los protector a instalar en las distinta zonas. Alimentación LPZ 0A Instalación exterior pararrayos LPZ 0B LPZ 1 Línea de datos tubería agua División y realización de zonas de protección contra sobretensiones

11 ELECCIÓN DE DESCARGADORES ZONA Tipo de equipamiento a proteger Resistencia a la aislación (Up) Protectores a instalar LPZ 0A Electrónico 2,5KV Ht-100 / PLXXX-80 * Electrónico poco sensible 1,8KV PLXXX-800 Electrónico sensible 1,3KV Ht-100 coordinado c/ PLXXX-40 Electrónico muy sensible 0,8KV Ht-100 coordinado c/ PLXXX-60 ZONA Tipo de equipamiento a proteger Resistencia a la aislación (Up) Protectores a instalar LPZ 0B Electrónico Electrónico poco sensible 2,5KV 1,8KV Ht-100 / PLXXX-80 ** PLXXX-80 Electrónico sensible 1,3KV PLXXX-60 Electrónico muy sensible 0,8KV PLXXX-60 coordinado c/ Cd20 ZONA Tipo de equipamiento a proteger Resistencia a la aislación (Up) Protectores a instalar LPZ 1 Electrónico Electrónico poco sensible 2,5KV 1,8KV PLXXX-20 PLXXX-40 Electrónico sensible 1,3KV PLXXX-20 coordinado Cd20 Electrónico muy sensible 0,8KV PLXXX-40 coordinado CD20 * La elección del protector depende de la distancia entre el tablero y la subestación transformadora. (Consultar) ** La elección del protector depende de si hay instalado dispositivos captores.(consultar)

12 Cómo Funcionan los Protectores contra Sobretensiones? Si bien se habla de Sobretensiones, muchas veces se trata de sobrecorrientes porque son impulsos de corriente que generan, debido a las impedancias del sistema, una tensión superior a la de la alimentación. Existen muchos tipos de protección que apuntan a diferentes problemas que puedan haber en las lineas de alimentación: Protectores contra sobretensiones en la línea de 50 Hz. Protectores que limitan un exceso de corriente en la alimentación. Protectores contra impulsos de tipo atmosférico. En el primer caso se trata de la tensión de alimentación, que usualmente debería ser de 220 V, llega al usuario o bien a un valor superior o inferior. En cualquiera de los dos casos puede haber daño en equipos que estén conectados a la línea en éstas condiciones. Éste tipo de protectores normalmente corta el suministro cuando se supera el máximo o el mínimo establecidos. El segundo caso corresponde a las conocidas llaves térmicas o fusibles cuya función consiste en desconectar cuando se supera cierto consumo de corriente. Los protectores de los dos casos anteriores, suelen ser muy lentos en el caso de una sobretensión de tipo atmosférico. Habitualmente trabajan en tiempos de respuesta de orden de los ms mientras que una sobretensión de tipo atmosferica tiene una duración de unos pocos µs. Los protectores contra sobretensiones SURGER corresponden al tercer tipo, generalmente lo que hace un protector contra sobretensiones de tipo atmosférico es drenar el exceso de corriente que ingresa al sistema hacia la tierra. Es decir que el impulso de corriente genera una sobretensión que cuando supera la tensión de enclavamiento del protector, éste cambia su estado. Por debajo de la tensión de enclavamiento el protector se muestra como un circuito abierto con una muy pequeña corriente de fuga. Por encima de la tensión de enclavamiento, el protector muestra una impedancia muy baja ( en el orden de 1ohm ó menos) EL SIGUIENTE CUADRO MUESTRA LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN PROTECTOR ATMÓSFERICO Características técnicas MODELO PL PL PL PL Umáx (V) 275 V 275 V 275 V 275 V Un (V) 220 V 220 V 220 V 220 V Ures (kv) <1.4 KV <2.0 KV <1.4 KV <2.0 KV Tresp (hs) 25 ns 25 ns 25 ns 25 ns Imáx (ka) 60 KA 80 KA 60 KA 80 KA Inom (ka) 18 KA 24 KA 18 KA 24 KA Cant. de módulos F + N F + N 3F + N 3F + N Indicación de fallo normal/encendido normal/encendido normal/encendido normal/encendido

13 En el cuadro se observaron los principales parámetros que caracterizan a un protector. La tensión nominal es la tensión a la que debe trabajar un protector, la tensión máxima (275 V) es la maxima tension de alimentacion a la que puede estar sometido el protector sin que drene energía de la línea hacia tierra. El Tiempo de respuesta (25 µs) es el tiempo que tarda el protector en reaccionar cuando viene el impulso o visto de otro modo es el tiempo que tarda en cambiar de estado. In es la corriente nominal del protector y es la corriente que soporta al menos 20 veces. Como se puede ver los protectores tienen un desgaste o tiempo de vida, el cual depende de la cantidad y de la severidad de los impulsos que reciba. Sin embargo la cantidad de impulsos no es lineal con la corriente, es decir que el protector a 24 KA resiste 20 impulsos, mientras que a 1 KA resiste miles. Los dos parámetros mas importamtes son IMAX y In. IMAX es la corriente pico máxima que soporta el protector una sola vez tomando como base la onda de corriente 8/20 ms. Normas IRAM y Normas ISO en Pararrayos Normalmente cuando una está por comprar un Pararrayos y, y en particular un Pararrayos Activo que involucra tecnología se puede encontrar con una gran variedad de ofertas. Lo mas difícil, dado que nadie es especialista en pararrayos activos, es decidir si lo que se esta ofreciendo tiene las garantías necesarias para su funcionamiento, es aquí dónde uno se puede encontrar con alternativas desde muy bajo precio pero que a la hora de hacer su trabajo no lo realiza. En general, para garantizar un producto hay dos aspectos fundamentales: Que cumpla los ensayos que determinan su funcionamiento. que se fabrique de un modo que todos los productos cumplan con ese ensayo. El primer caso para un pararrayos activos equivale a cumplir en la IRAM Esta norma establece la metodología de ensayo para un pararrayos activo en un laboratorio de alta tensión. Hoy día en nuestro país, es el INTI el único laboratorio de alta tensión que posee tecnología para este ensayo. El INTI emite un informe donde se calcula el AT del Activo con el cual va a la norma y establece el radio del pararrayos. NADIE PUEDE SABER QUE RADIO TIENE SU PARARRAYOS SIN REALIZAR ESTE ENSAYO, MUCHOS FABRICANTES NO MENCIONAN O ELUDEN MOSTRAR ESTE DATO, PORQUE NO LO POSEEN. El segundo aspecto esta referido al sistema de calidad que posee la empresa que lo fabrica. Si bien no puede llevar un equipo al laboratorio, ensayarlo y funcionar bien, no deja de ser un prototipo ensayado. Y el resto de la producción? Funciona Igual? Aquí es donde entra en juego el sistema de calidad, si la empresa por ejemplo, está certificada en ISO, es porque posee un método de fabricación que se encuentra estandarizado y por lo tanto todo los equipos salen con las mismas características. En general el procedimiento en estos casos consiste en extraer una muestra de la producción y llevarla a ensayar y si funciona entonces es garantía de que los pararrayos están fabricados acorde a la norma.