NORMA ARGENTINA IRAM 2184-1-1* Primera edición 1997-09 IEC 1024-1-1 2184-1-1 1997 Edición 1993 Esta impresión tiene incorporada la Fe de erratas N°1:2003 Protección de estructuras contra descargas eléctricas atmosféricas Parte 1: Principios generales Sección 1 - Guía A: “Elección de los niveles de protección para los sistemas de protección contra el rayo (spcr)” Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1 - Guide A: Selection of protection levels for lightning protection systems. * Corresponde a la revisión de la norma IRAM 2184:1964 e incluye la modificación Nº 1 de junio de 2000. Referencia Numérica: IRAM 2184-1-1:1997 IRAM 1997 No está permitida la reproducción de ninguna de las partes de esta publicación por cualquier medio, incluyendo fotocopiado y microfilmación, sin permiso escrito del IRAM. IRAM 2184-1-1:1997 Prefacio El Instituto Argentino de Normalización (IRAM) es una asociación civil sin fines de lucro cuyas finalidades específicas, en su carácter de Organismo Argentino de Normalización, son establecer normas técnicas, sin limitaciones en los ámbitos que abarquen, además de propender al conocimiento y la aplicación de la normalización como base de la calidad, promoviendo las actividades de certificación de productos y de sistemas de la calidad en las empresas para brindar seguridad al consumidor. IRAM es el representante de la Argentina en la International Organization for Standardization (ISO), en la Comisión Panamericana de Normas Técnicas (COPANT) y en la Asociación MERCOSUR de Normalización (AMN). Esta norma IRAM es el fruto del consenso técnico entre los diversos sectores involucrados, los que a través de sus representantes han intervenido en los Organismos de Estudio de Normas correspondientes. 3 IRAM 2184-1-1:1997 Índice Página 0 NORMAS PARA CONSULTA ......................................................................................5 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................5 1 GENERALIDADES.......................................................................................................6 2 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS................................................................7 3 PARÁMETROS DEL RAYO .........................................................................................9 4 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE PROTECCIÓN PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS (SPCR) ....................................................................10 Anexo A (Normativo) ......................................................................................................18 Anexo B (Informativo IRAM)...........................................................................................22 Anexo C (IRAM Normativo)............................................................................................26 Anexo D (Informativo) ....................................................................................................28 Anexo E (IRAM Informativo)...........................................................................................29 Anexo F (Informativo).....................................................................................................32 4 IRAM 2184-1-1:1997 Protección de estructuras contra descargas eléctricas atmosféricas Parte 1: Principios generales Sección 1 - Guía A: “Elección de los niveles de protección para los sistemas de protección contra el rayo (spcr)” Nota IRAM: Esta norma IRAM es equivalente a la primera edición de la norma de la Comisión Electrotécnica Internacional IEC 1024-1-1: 1993. "Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1: Guide A - Selection of protection levels for lightning protection systems". Por ello, sigue la misma estructura del documento internacional, con excepción de algunos cambios de redacción y de forma, considerados necesarios para mantener una unidad de criterio con el conjunto de las normas IRAM, y de la referencia a otras normas IRAM equivalentes a las normas IEC citadas en el documento original y a los agregados que se detallan a continuación: - en el apartado 3.2, una Nota IRAM aclaratoria de la unidad de medida de Ng y una llamada de cita del anexo B (Informativo IRAM); - en el apartado 4.1, una Nota IRAM que menciona el anexo C (Normativo IRAM); - el anexo B (Informativo IRAM) con los niveles y densidades ceraúnicas continentales argentinas; - el anexo C (Normativo IRAM) con un método para estimar la frecuencia Nc (Ver 4.1). 0 NORMAS PARA CONSULTA Los documentos normativos siguientes contienen disposiciones, las cuales, mediante su cita en el texto, se transforman en prescripciones válidas para la presente norma IRAM. Las ediciones indicadas eran las vigentes en el momento de su publicación. Todo documento es susceptible de ser revisado y las partes que realicen acuerdos basados en esta norma se deben esforzar para buscar la posibilidad de aplicar sus ediciones más recientes. Los organismos internacionales de normalización y el IRAM, mantienen registros actualizados de sus normas. IRAM 2184-1:1996 - Protección de las estructuras contra las descargas eléctricas atmosféricas. Parte 1: Principios generales. (IEC 1024-1: 1990). IRAM 2425 (por estudiar) - "Guía para la evaluación de los riesgos de daños producidos por las descargas atmosféricas" (Informe técnico de la IEC, CE 81). (IEC 1662: 1995-04). INTRODUCCIÓN La parte 1, de esta norma IRAM 2184, titulada "Principios generales", establece las definiciones esenciales y los principios generales de la protección contra descargas atmosféricas, como así también brinda la información necesaria en relación con el diseño, la construcción y los materiales para la instalación de sistemas de protección interna y externa contra descargas atmosféricas en estructuras comunes. Asimismo, esta parte ofrece los requisitos básicos para efectuar un buen programa de mantenimiento e inspecciones. La guía A contiene la información en relación con la asignación de niveles de protección para las estructuras que han de ser protegidas. Proporciona pautas para la selección de sistemas de protección contra descargas atmosféricas y representa la opinión en consenso de expertos de muchos países en lo concerniente a la mejor práctica general basada en el estado actual de la tecnología. No obstante lo antedicho, debe tenerse en cuenta que, debido a los parámetros que intervienen, el tema resulta tan complejo que sólo 5 IRAM 2184-1-1:1997 un análisis exhaustivo de los riesgos podrá brindar la correcta evaluación del nivel de protección requerido. 1.2.4 duración del rayo (T): Tiempo durante el cual fluye la corriente del rayo en el punto de impacto. Cuando la selección de los niveles de protección de estructuras se base en la evaluación del riesgo de daños debidos a descargas atmosféricas, un Informe Técnico (la futura norma 1024-1-2 de la IEC) podrá asistir a las autoridades competentes. 1.2.5 carga total (Qtotal): Integral de la corriente del rayo respecto del tiempo durante toda la duración del rayo. La presente guía se debe utilizar conjuntamente con la Parte 1, cuando se consideren aspectos específicos de la evaluación de la protección, el diseño y la construcción de un sistema de protección contra el rayo (spcr). 1 GENERALIDADES 1.1 Alcance y objeto La presente guía se aplica para la selección de niveles de protección en relación con los sistemas de protección contra el rayo (spcr) que trata la norma IRAM 2184-1. Suministra información respecto de la clasificación de estructuras de acuerdo con los efectos que resultan del impacto de un rayo y de los procedimientos tendientes a la selección de un sistema de protección contra rayos que brinde un nivel de protección adecuado. 1.2 Términos y definiciones A los fines de la presente guía, se aplican las definiciones siguientes: 1.2.1 corriente del rayo (i): Corriente que fluye en el punto de impacto. 1.2.2 valor de cresta (l): Valor máximo de la corriente del rayo. 1.2.3 pendiente promedio de la corriente del rayo (di/dt): Diferencia entre los valores de la corriente del rayo al comienzo y al final de un intervalo de tiempo especificado [i(t2) - i(t1)] dividido por el intervalo de tiempo especificado [t2 - t1]. 6 1.2.6 carga impulsional o del impulso (Qimpulso): Integral de la corriente del rayo respecto del tiempo correspondiente a la duración del impulso durante el rayo. 1.2.7 energía específica (W/R): Energía disipada por la corriente del rayo en una resistencia de valor unitario. Es la integral del cuadrado de la corriente del rayo respecto del tiempo en toda la duración del rayo. 1.2.8 probabilidad de daño (p): Probabilidad de que un rayo pueda causar daños en una estructura. 1.2.9 riesgo de daño: Probables pérdidas anuales promedio (en personas y en bienes) debidas a rayos en una estructura. 1.2.10 frecuencia de rayos directos en una estructura (Nd): Número promedio anual esperado de rayos directos en una estructura. 1.2.11 frecuencia de daños por rayos directos: Número promedio anual de rayos directos que pueden causar daños en una estructura. 1.2.12 frecuencia aceptada de rayos en una estructura (Nc): Frecuencia máxima promedio anual tolerable de rayos que pueden causar daños en una estructura. 1.2.13 eficiencia de un spcr (E): Relación entre el número promedio anual de rayos directos que no pueden causar daños en una estructura y el número de impactos de rayos directos en esa estructura. IRAM 2184-1-1:1997 2 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Las estructuras pueden clasificarse de acuerdo con los efectos resultantes de los impactos de rayos que pueden ponerlas en peligro, al contenido de éstas o a sus alrededores. Los efectos directos de los rayos que pueden ser peligrosos son: incendio, daños mecánicos, lesiones a personas y animales y daños a los equipos eléctricos y electrónicos. Los efectos de los rayos pueden generar pánico; además de provocar explosiones y emisiones de sustancias peligrosas tales como materiales radioactivos, agentes químicos, sustancias tóxicas, contaminantes bioquímicos, bacterias y virus. Los efectos de los rayos pueden resultar particularmente riesgosos en sistemas de computación, sistemas de control, sistemas de regulación y suministros eléctricos y dar como resultado la pérdida de servicios para el público, pérdidas de datos, de producción y comerciales. En todo tipo de estructuras hay instalados equipos electrónicos sensibles que pueden requerir una protección especial. En la tabla 1 se dan ejemplos de cuatro clasificaciones de diferentes tipos de estructuras; sin embargo, en la Parte 1 de la presente Guía se consideran las estructuras comunes solamente. 2.1 Estructuras comunes Las estructuras comunes son aquéllas que se utilizan para propósitos generales, sean comerciales, industriales, rurales, institucionales o residenciales. En la Parte 1 no se considerarán las estructuras de más de 60 m de altura. 2.2 Estructuras especiales A continuación, se dan las descripciones de cuatro tipos de estructuras especiales: 2.2.1 Estructuras con peligros circunscriptos a ellas (peligro confinado). Estructuras cuyos materiales de construcción, su contenido o sus ocupantes, hacen solamente que el volumen total de la estructura sea vulnerable a los efectos peligrosos de los rayos. 2.2.2 Estructuras peligrosas para sus alrededores inmediatos Estructuras cuyos contenidos pueden resultar peligrosos para sus alrededores inmediatos como consecuencia de la caída de un rayo. 2.2.3 Estructuras peligrosas para ambientes sociales y físicos Estructuras que podrían causar emisiones biológicas, químicas y radioactivas como consecuencia de la caída de un rayo. 2.2.4 Estructuras varias - estructuras elevadas o altas (de más de 60 m); - carpas, solares para campamentos y campos de deportes; - instalaciones provisorias; - estructuras en construcción. 7 IRAM 2184-1-1:1997 TABLA 1 - Ejemplos de clasificación de estructuras (ver notas) Clasificación de las estructuras Tipo de estructura Efectos de los rayos Estructuras comunes Vivienda unifamiliar Perforación de la aislación de las instalaciones eléctricas, incendio y daños materiales Por lo general, los daños se limitan a los objetos expuestos en el punto de impacto o en la trayectoria del rayo. Granja Riesgo primario de incendio y tensiones del paso peligrosas. Riesgo secundario debido a pérdida de energía eléctrica y peligro de vida del ganado debido a falla del control electrónico de los sistemas de suministro de alimentos y ventilación, etc. Teatro Escuela Local de compras Área de deportes Es probable que puedan generar pánico los daños a las instalaciones eléctricas (por ej.: iluminación eléctrica) El desperfecto de las alarmas contra incendios provoca una demora en tomar medidas para la lucha contra incendios. Banco Compañía de seguros Compañía comercial, etc. Igual que en el caso anterior, más los problemas por pérdidas de la comunicación, desperfectos en las computadoras y pérdidas de datos. Hospital Geriátrico Prisión Igual que en el caso anterior, más los problemas con las personas en la sala de cuidados intensivos y dificultades para rescatar a quienes están inmovilizados. Otros efectos que dependen de los contenidos de las fábricas, que van desde daños menores a daños inadmisibles y pérdidas de producción. Pérdida de herencias culturales irreemplazables. Industria Museos y sitios arqueológicos Estructuras con daño confinado Estructuras peligrosas para los alrededores Telecomunicaciones Centrales eléctricas Industrias con riesgo de incendios Pérdidas inaceptables de servicios al público. Refinería Estación de servicio Fábrica de pirotecnia Fábrica de municiones Consecuencias de incendio y explosión en la planta y sus alrededores. Estructuras peligrosas para el medio Planta química ambiente Central nuclear Laboratorios y plantas bioquímicas Peligros consiguientes en los alrededores inmediatos provocados por incendio, etc. Incendio y mal funcionamiento de las instalaciones con consecuencias perjudiciales para el entorno local y global. Notas 1: Puede haber equipos electrónicos sensibles en todo tipo de estructuras, incluyendo las estructuras comunes, que podrían verse fácilmente dañados por sobretensiones debidas a rayos. 2: La pérdida del servicio es el producto del tiempo durante el cual un solo usuario no puede hacer uso del servicio, multiplicado por el número de usuarios afectados anualmente. 8 IRAM 2184-1-1:1997 3 PARÁMETROS DEL RAYO los valores de los parámetros del rayo relacionados con los niveles de protección. Por lo general, los parámetros del rayo se obtienen a partir de mediciones tomadas desde objetos altos. 3.2 Densidad de rayos a tierra Los datos proporcionados en la presente guía se relacionan tanto con los rayos descendentes como con los ascendentes. Puede suponerse que la distribución estadística de los parámetros registrados del rayo tienen una distribución logarítmica normal. Sobre dicha base, puede calcularse la probabilidad de ocurrencia de cualquier valor de cada parámetro a partir de los valores proporcionados en el anexo A. La relación de polaridad de los rayos depende de la naturaleza del territorio. En caso de no existir información local disponible, se deberá suponer positiva en un 10 % y negativa en un 90 %. Los valores indicados en la presente guía están basados en una proporción de positivas en un 10 % y negativas en un 90 % 3.1 Parámetros de corriente del rayo empleados para dimensionar los sistemas de protección contra rayos (spcr). Los efectos térmicos y mecánicos de los rayos guardan relación con el valor de cresta de la corriente (l), la carga total (Qtotal), la carga de impulso (Qimpulso) y la energía específica (W/R). Los valores más altos de estos parámetros aparecen en los rayos positivos. Los efectos perjudiciales provocados por la tensión inducida guardan relación con la pendiente del frente de corriente del rayo. A los propósitos del diseño, en la presente guía, se emplean los valores de pendiente promedio comprendidos entre el 30 % y el 90 % de la corriente de cresta. El valor más alto de este parámetro aparece en los impactos negativos subsiguientes, que se producen en casi todos los rayos negativos dirigidos contra una estructura. Deberá determinarse a partir de mediciones, la densidad de rayos a tierra expresada en términos de impactos a tierra por kilómetro cuadrado y por año. En caso de no estar disponible la densidad de impactos a tierra de los rayos (Ng), se la podrá estimar empleando la relación siguiente: rayos a tierra Ng = 0,04 . T1,25 d 2 km . año donde: Td es la cantidad de días de tormentas eléctricas por año obtenida a partir de mapas isoceráunicos*. Nota: Esta relación varía con los cambios de las condiciones climáticas. Nota IRAM: Se reescribió la unidad de medida de Ng de una manera lógica y físicamente significativa. Tabla 2 - Relación de los parámetros de corriente de rayos con los niveles de protección (ver punto 3.1) Niveles de Protección Parámetro del rayo I II III-IV I [kA] 200 150 100 Qtotal [C] 300 225 150 Carga del impulso Qimpulso [C] 100 75 50 Energía específica W/R [kJ/Ω] 10 000 5 600 2 500 Pendiente promedio di/dt30/90% [kA/µs] 200 150 100 Valor de la corriente de cresta Carga total Suponiendo que el 10 % de los rayos son positivos y el 90 % son negativos, en la tabla 2 se dan * Ver el anexo B (informativo IRAM). 9 IRAM 2184-1-1:1997 4 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE PROTECCIÓN PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS (SPCR) El propietario de la estructura o el diseñador del spcr podrá establecer los valores de Nc' cuando las pérdidas tengan que ver solamente con los bienes o la propiedad privada. El propósito de elegir un nivel de protección es reducir el riesgo de daños por rayos directos en una estructura o en un volumen a proteger, por debajo del nivel máximo tolerable. Podrán estimarse los valores de Nc a través del análisis del riesgo de daños, teniendo en cuenta los criterios correspondientes, como por ejemplo: Para cada estructura puede evaluarse el riesgo de daños teniendo en cuenta: la frecuencia anual de rayos directos en la estructura (Nd), la probabilidad con la cual el rayo causa daños, y la cantidad posible de pérdidas promedio que pudieren tener lugar como consecuencia de la caída del rayo en la estructura. Nota: Hay casos en que hay que considerar los impactos indirectos para evaluar el riesgo. El daño depende de varios parámetros, entre los cuales pueden mencionarse: el uso y el contenido (vidas humanas y bienes) del volumen objeto de protección, los materiales de construcción y las medidas adoptadas para reducir los efectos resultantes de los rayos. La estructura está clasificada de acuerdo con los efectos resultantes de los rayos, según lo indicado en el capítulo 2. Una vez elegido el nivel máximo tolerable de riesgo de daños a la estructura, podrá evaluarse el valor máximo aceptado Nc de la frecuencia anual de rayos que pueden causar daños en la estructura. Por lo tanto, la elección del nivel de protección adecuado de los spcr a instalarse podrá estar basada en la frecuencia esperada Nd de rayos directos en la estructura a proteger y en la frecuencia anual aceptada Nc de los rayos. - el tipo de construcción; - la presencia de sustancias inflamables y explosivas; - las medidas adoptadas para reducir los efectos consiguientes de los rayos; - la cantidad de personas relacionadas con el daño; - el tipo y la importancia del servicio público de que se trate; - el valor de los bienes que han sufrido daños; - otros criterios (ver la tabla 1). Nota: En las reglamentaciones locales se podrán imponer valores de Nc, en casos particulares. Nota IRAM: En el anexo C (IRAM Normativo) se indica un método rápido y sencillo para estimar la frecuencia Nc. En la futura norma IRAM 2425 (IEC 1662:1995) se establecen otros métodos de evaluación de riesgos más detallados. 4.2 Frecuencia esperada de rayos directos en una estructura (Nd) Podrá evaluarse la frecuencia anual promedio Nd de rayos directos en una estructura, aplicando la fórmula siguiente: Nd = Ng . A e 10 4.1 Frecuencia aceptada de rayos en una estructura (Nc) La adopción de los valores de Nc corresponderá a las autoridades competentes, en caso de que hubiere riesgos de pérdidas de vidas humanas, culturales o sociales. 10 -6 rayos directos año donde: Ng es la densidad anual promedio de rayos a tierra, en rayos por kilómetro cuadrado y por año, propia de la región donde está localizada la estructura (ver 3.2); IRAM 2184-1-1:1997 Ae es el área colectora equivalente de una estructura (m2). Nota: Según IEC existen otros métodos más elaborados que pueden utilizarse para obtener otras evaluaciones del área colectora equivalente. Se entiende por área colectora equivalente de la estructura a un área de superficie del suelo con la misma frecuencia anual de rayos directos que la estructura. Nota IRAM: En el Anexo E (IRAM Informativo) se desarrolla el método de la norma francesa NF C 17-100 (1997:12) que se corresponde con la prenorma europea ENV 61024-1(1995:01). En el caso de las estructuras aisladas, el área colectora equivalente Ae es el área encerrada por una línea límite b1 obtenida a partir de la intersección entre la superficie del suelo y una línea recta con una inclinación de 1:3 que va de las partes superiores de la estructura ( y la toca allí) y gira alrededor de ella (ver la figura 1 según se trate de un suelo llano y las figuras 2A y 2B en el caso de un suelo montañoso). En el caso de una topografía compleja (ver las figuras 2C y 2D), la construcción geométrica puede simplificarse teniendo en cuenta algunas partes características del perímetro y reemplazándolas con líneas rectas o secciones circulares. Los objetos circundantes ejercen una influencia significativa en el área equivalente, si sus distancias medidas desde la estructura son menores que 3 (h + hs), donde h es la altura de la estructura en consideración; mientras que hs, es la altura del objeto circundante. En este caso, se superponen las áreas equivalentes de la estructura y del objeto cercano (ver fig. 3). Por ello se debe reducir el área equivalente Ae hasta una distancia Xs, según la fórmula siguiente: Xs = d + 3 (hs - h) 2 donde: d es la distancia horizontal entre la estructura y el objeto (ver figura 3). Sólo se tendrán en cuenta los objetos de durabilidad permanente y de resistencia adecuada contra los esfuerzos de rayos. En todos los casos, se supondrá un valor mínimo del área colectora equivalente igual a la proyección horizontal de la estructura en sí. 4.3 Procedimiento para la elección de un spcr Para cada estructura considerada, el diseñador encargado del proyecto de un spcr, decidirá si se necesita esta protección. En caso afirmativo, deberá elegir un nivel de protección adecuado. El primer paso en el procedimiento de elección de un spcr, requiere de una evaluación adecuada de la estructura en consideración de acuerdo con sus características. Se determinarán las dimensiones, la localización de la estructura, la actividad ceraúnica (densidad anual de rayos) en la región considerada, como así también la clasificación de la estructura. Estos datos proporcionan los antecedentes para efectuar las estimaciones siguientes: - la frecuencia anual promedio de rayos Nd como producto de la densidad anual de rayos Ng y del área colectora equivalente Ae de la estructura (ver punto 4.2); - la frecuencia anual promedio de rayos Nc aceptada para la estructura considerada (ver punto 4.1). Se comparará el valor de la frecuencia aceptada de rayos (Nc) con el valor real de la frecuencia de rayos directos en la estructura (Nd). Dicha comparación permitirá tomar una decisión respecto de si es necesario instalar un spcr y, en caso afirmativo, la elección del nivel de protección conveniente para el spcr. Si Nd ≤ Nc' no será necesario un spcr. Si Nd > Nc' se deberá prever un spcr de eficiencia Ec ≥ 1 - Nc / Nd y seleccionar el nivel de protección adecuado de acuerdo con la tabla 3. 11 IRAM 2184-1-1:1997 El diseño del spcr satisfará los requisitos exigidos por la norma según el nivel de protección adecuado. En caso de instalarse un spcr de eficiencia E < Ec, se deberán prever medidas de protección adicionales, como por ejemplo: - medidas que limiten las tensiones de contacto y las tensiones del paso; - medidas que limiten la propagación del fuego; - medidas para reducir los efectos de las sobretensiones inducidas por rayos en equipos sensibles. En el diagrama de flujo de la figura 4 se explica más detalladamente el procedimiento de elección de un spcr. En la figura 5 se muestran los valores críticos de la eficiencia E en el spcr, en función de la 12 frecuencia de rayos directos en la estructura (Nd) y la frecuencia aceptada de rayos (Nc) Tabla 3 – Relación entre niveles de protección y eficiencia Niveles de protección Eficiencia E del 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 (∗) Ver el capítulo 3 de la norma IRAM 2184-1 (1996) Nota IRAM: Esta tabla está adaptada de la tabla 1 de la norma NF C 17-100 (1997: 12). = ab + 6h (a + b) + 9 x π x h2 .Figura 1 - Área colectora equivalente a una estructura en un suelo llano e IRAM 2184-1-1:1997 13 14 Figura 2 - Área colectora equivalente de una estructura en un suelo montañoso Ae = ab + 6h0 (a + b) + 9 x π x h02 IRAM 2184-1-1:1997 3h 1:3 h P d X3 1:3 hs S3 Xs3 1:3 d3 1:3 h P Xs1 3h P S1 d2 d1 S1 .Figura 3 - Área colectora equivalente de una estructura en presencia de objetos circundantes 1:3 S3 1:3 Xs 2 1:3 S2 S2 IRAM 2184-1-1:1997 15 IRAM 2184-1-1:1997 Inicio Datos de entrada - Dimensiones y posición de la estructura - Densidad rayos a tierra (Ng) - Tipo de estructura Estimar el área equivalente Ae y calcular la frecuencia de los rayos directos en la estructura (ver 4.2). Nd = Ng x Ae x 10-6 Establecer la frecuencia aceptada de rayos Nc según el tipo de estructura (ver 4.1) Si ¿Es Nd ≤ Nc? No Calcular Ec = 1 - Nc Nd Prever un spcr de eficiencia E ≥ Ec ¿Es E ≥ Ec ? No 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 a las dimensiones del spcr de acuerdo con ese nivel. Diseñar otras medidas de protección complementarias Figura 4 - Diagrama de flujo del procedimiento de elección de un spcr 16 Figura 5 - Valores críticos de la eficiencia de un spcr requerida en función de N d y Nc IRAM 2184-1-1:1997 17 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo A (Normativo) Valores básicos de parámetros de corriente de rayos Distribución de las frecuencias acumuladas Corriente de cresta (kA) (mínimo: 2kA) Rayos Frecuencia acumulada 98 % Primeros impulsos negativos 95 % 80 % 4 50 % 20 5% 90 Subsiguientes impulsos negativos 4,6 12 30 Rayos positivos 4,6 35 250 Carga total (C) Rayos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% Primeros impulsos negativos 1,1 5,2 24 Subsiguientes impulsos negativos 0,2 1,4 11 Rayos negativos 1,3 7,5 40 Rayos positivos 20 80 350 Carga de impulso (C) Rayos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% Primeros impulsos negativos 1,1 4,5 20 Subsiguientes impulsos negativos 0,22 0,95 4 2 16 150 Rayos positivos Energía especifica (J/Ω Ω) Rayos Frecuencia acumulada 95 % 18 50 % 3 5% 4 5 Primeros impulsos negativos 6,0 x 10 5,5 x 10 5,5 x 10 Subsiguientes impulsos negativos 5,5 x 102 6,0 x 103 5,2 x 104 Rayos positivos 2,5 x 10 4 5 6,5 x 10 7 1,5 x 10 IRAM 2184-1-1:1997 Pendiente promedio de la corriente (kA/µ µs) Primeros impulsos negativos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 9,1 24 65 El 30 % y el 90 % de la corriente de cresta 2,6 7,2 20 El 10 % y el 90 % de la corriente de cresta 1,7 5 14 Promedio máximo de la pendiente Pendiente promedio entre: Subsiguientes impulsos negativos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 10 40 162 El 30 % y el 90 % de la corriente de cresta 4,1 20 99 El 10 % y el 90 % de la corriente de cresta 3,3 15 72 Promedio máximo de la pendiente Pendiente promedio entre: Rayos positivos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 0,2 2,4 32 Promedio máximo de la pendiente Duración del frente (µ µs) Primeros impulsos negativos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 18 5,5 18 El 30 % y el 90 % de la corriente de cresta 1,5 3,8 10 El 10 % y el 90 % de la corriente de cresta 2,2 5,6 14 Tiempo total de crecimiento Tiempo promedio entre: Subsiguientes impulsos negativos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 0,2 1,1 4,5 El 30 % y el 90 % de la corriente de cresta 0,1 0,6 3,0 El 10 % y el 90 % de la corriente de cresta 0,2 0,8 3,5 Tiempo total de crecimiento Tiempo promedio entre: (Sigue en la página 23) 19 IRAM 2184-1-1:1997 (Viene de la página 22) Rayos positivos Tiempo total de crecimiento Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 3,5 22 200 Duración del rayo simple (µ µs) Rayos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% Primeros impulsos 30 75 200 Subsiguientes impulsos negativos 6,5 32 140 Rayos positivos 25 200 2000 Duración total del rayo (µ µs) Rayos Frecuencia acumulada 95 % 50 % 5% 0,15 13 1100 Subsiguientes impactos negativos 31 180 900 Rayos positivos 14 85 500 Todos los rayos negativos Intervalos de tiempo entre rayos simples (ms) Frecuencia acumulativa Rayo simple Múltiples rayos negativos simples 95 % 50 % 5% 7 33 150 En la Figura A.1 se indica la distribución de la frecuencia acumulada de parámetros de rayos. 20 IRAM 2184-1-1:1997 Figura A1 – Diagrama de las frecuencias acumuladas En la tabla siguiente se indican, dentro de un círculo, los números de las curvas de los parámetros del rango de la figura de arriba. Parámetro Escala de abscisas Primer rayo simple negativo Rayos simples negativos subsiguientes Rayo simple I kA 1 2 3 Qtotal C Qimpulso C 6 7 8 W/R kJ/Ω 9 10 11 di/dtmáx kA/µs 12 13 14 di/dt30/90 % kA/µs Rayo negativo Rayo positivo 4 5 15 Figura A.1 - Distribución de la frecuencia acumulativa de los parámetros del rayo 21 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo B (Informativo IRAM) Niveles y densidades ceraúnicas continentales de la República Argentina B.1) Definiciones B.1.1) Tormenta eléctrica: Tempestad que se caracteriza por la presencia audible de truenos y/o visible de relámpagos (rayos entre nubes), rayos a tierra, centellas (rayos globulares) y otros fenómenos eléctricos atmosféricos (por ejemplo, el "fuego" de San Telmo). B.1.2) Nivel ceraúnico: Es el número promedio anual de días con tormentas eléctricas (Td [días/año]) ("thunderstorm days per year or annum") de un lugar geográfico de la superficie terrestre (o del mar) (por ejemplo: una estación meteorológica). Nota: Los niveles "mensuales" necesitan consideraciones técnicas especiales que están fuera de este contexto. B.1.3) Curvas de niveles isoceraúnicos: Curvas que unen puntos de igual nivel ceraúnico de una cierta zona geográfica, durante un período climatológico determinado (por ejemplo: diez años, según el SMN (Servicio Meteorológico Nacional). B.1.4) Densidad ceraúnica: Es el número promedio anual de rayos a tierra (o impactos de rayos) "caídos" en el área de 1 km2 de un cierto lugar geográfico (por ejemplo: una estación rayos a tierra meteorológica). Se indica con el símbolo: Ng (del inglés: "number of flashes to 2 km . año ground (earth) per square kilometre per year (or annum)"). Se estudia generalmente durante un período climatológico determinado (por ejemplo: un decenio). B.2) Actividad ceraúnica (eléctrica atmosférica) en la República Argentina A continuación se enumeran en un cuadro los mapas de las figuras B1, B2 y B3 que forman parte de este ANEXO con algunas observaciones que permitirán aclarar su significado y su uso práctico. Mapa de la figura 22 Contenido Observaciones B1 Estaciones metereológicas continentales horarias argentinas (1971/80). Estas estaciones registran los niveles ceraúnicos Td (ver B.1.2). Se pueden obtener informaciones actualizadas en ellas, a través del SMN-FAA. B2 Curvas de niveles ceraúnicos Td argentinos del período decenal 1971/80 (climatológico) oficial del SMN. Se pueden utilizar para estimar la actividad ceraúnica actual, a falta de mejores datos y generalmente con carácter de mínimos. B3 Densidades ceraúnicas Ng estimadas para el período climatológico 1971/80 en la Argentina. Se pueden utilizar para estimar Ng. Se indica en cada zona entre curvas isoceraúnicas una gama de valores medianos probables de Ng que representa la dispersión estadística. IRAM 2184-1-1:1997 23 IRAM 2184-1-1:1997 24 IRAM 2184-1-1:1997 25 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo C (IRAM Normativo) Frecuencia aceptada de rayos sobre una estructura (Nc) Método para estimar la frecuencia Nc (según las normas francesa NF C 17-100 (1997: 12) y europea ENV 61024-1 (1995). C-1) Generalidades Los valores de Nc se estiman a través del análisis del riesgo de daños teniendo en cuenta los criterios apropiados tales como: − − − − el tipo de construcción de la estructura el contenido de la estructura la ocupación de la estructura las consecuencias sobre el entorno C-2) Determinación de Nc Se deben aplicar los cuatro criterios enumerados en C-1) para evaluar los cuatro factores C2, C3, C4 y C5 mediante las tablas C-1, C-2, C-3 y C-4, respectivamente. Siendo C = C2. C3. C4. C5, la frecuencia Nc se calcula con la fórmula siguiente: Nc = 5,5 . 10-3 rayos año C Tabla C-1 - Coeficiente C2 de evaluación del tipo de construcción de la estructura Techado o tejado Estructura 26 Metálica Común Inflamable Metálica 0,5 1 2 Común 1 1 2,5 Inflamable 2 2,5 3 IRAM 2184-1-1:1997 Tabla C-2 - Coeficiente C3 de evaluación del contenido de la estructura Contenido de la estructura Sin valor o no inflamable Coeficiente C3 0,5 De valor común o normalmente inflamable 1 De gran valor o particularmente inflamable 2 De valor excepcional, irremplazable o muy inflamable, explosivo 3 Tabla C-3 - Coeficientes C4 de evaluación de la ocupación de la estructura Ocupación de la estructura Coeficiente C4 No ocupada 0,5 Normalmente ocupada 1 De evacuación difícil o con riesgo de pánico 3 Tabla C-4 - Coeficientes C5 de evaluación de las consecuencias de un impacto de rayo sobre el entorno Consecuencias de un impacto de rayo Coeficiente C5 Sin necesidad de continuidad en el servicio y con alguna consecuencia sobre el entorno 1 Con necesidad de continuidad en el servicio y con algunas consecuencias para el entorno 5 Con varias consecuencias para el entorno 10 27 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo D (Informativo) BIBLIOGRAFÍA En el estudio de esta norma se han tenido en cuenta los antecedentes siguientes: IEC - INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION International Standard IEC 1024-1-1: 1993 - Protection of Structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1: Guide A - Selection of protection levels for lightning protection systems. J. C. Arcioni, R. Velo, E. Petruzzelli: "La actividad eléctrica atmosférica en la Argentina y su relación con la densidad de rayos a tierra". 7a C.E.D.E. - (A.E.A). Buenos Aires, 1990. Norme Française NF C 17-100 (1997: 12): Protection des structures contre la foudre. Installation de paratonnerres. Nota: Esta norma francesa homologada corresponde a la prenorma europea ENV 61024-1 (1995: 01) [IEC 1024-1: 1990 modificada] del CENELEC (Comité Européen de Normalization Electrotechnique). 28 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo E (IRAM Informativo) Frecuencia esperada de rayos directos en una estructura (Nd) Método de estimación según NF C 17-100 (1997: 12) y ENV 61024-1 (1995: 1). Podrá evaluarse la frecuencia anual promedio Nd de rayos directos en una estructura, aplicando la fórmula siguiente: rayos directos Nd = C1 . Ng . A e 10 - 6 año (E-1) donde: C1 es el coeficiente ambiental que rodea a la estructura considerada Ng es la densidad anual promedio de rayos a tierra, en rayos por kilómetro cuadrado y por año, propia de la región donde está localizada la estructura (ver 3.2); Ae es el área colectora equivalente de la estructura sola (m2). Se entiende por área colectora equivalente de la estructura a un área de superficie del suelo con la misma frecuencia anual de rayos directos que la estructura. En el caso de las estructuras aisladas, el área colectora equivalente Ae es el área encerrada por una línea límite obtenida a partir de la intersección entre la superficie del suelo y una línea recta con una inclinación de 1:3 que va de las partes superiores de la estructura (y la toca allí) y gira alrededor de ella. En la fig. E-1-a) se puede apreciar que, para una estructura de largo L, de ancho A y de altura H, el área colectora equivalente está dada por la fórmula (E-2) siguiente: Ae = L . A + 6 H (L + A) + 9 π H2 (E-2) La topografía del sitio y de los objetos situados dentro de la distancia 3H a la estructura, influyen sobre el área colectora Ae de una manera significativa. Esta influencia se tiene en cuenta mediante el coeficiente ambiental C1 (ver Tabla E-1). 29 IRAM 2184-1-1:1997 Tabla E-1 - Determinación del coeficiente ambiental C1 Situación relativa de la estructura de altura H Coeficiente C1 Estructura situada en un espacio donde hay otras estructuras o árboles de la misma o mayor altura que la de la estructura considerada (H) 0,25 Estructura rodeada de otras estructuras más pequeñas (alturas < H) 0,5 Estructura aislada: no hay otras estructuras a distancias menores que 3H 1 Estructura aislada en la cumbre de una colina o sobre un promontorio 2 Cuando el área colectora equivalente Ae de una estructura, cubre completamente a la de otra estructura, no se tiene en cuenta a esta última. Cuando las áreas colectoras de varias estructuras se recubren o superponen, el área colectora común que les corresponde, se considera como una sola área colectora. Figuras E-1 - Ejemplos de cálculo a) Para un edificio rectangular, el área colectora equivalente es: Ae = L . A + 6 H (L + A) + 9 π H2 30 IRAM 2184-1-1:1997 b) Caso de un edificio que tiene una parte prominente. El área equivalente de la parte prominente engloba la totalidad (caso b1) o parte del área de la otra parte más baja (caso b2). b.1) A e = 9 π H2 31 IRAM 2184-1-1:1997 Anexo F (Informativo) El estudio de esta norma estuvo a cargo de los organismos respectivos, integrados de la forma siguiente: Subcomité de Sistemas de protección contra descargas atmosféricas Integrante Representó a: Sr. Sr. Sr. Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. Sra. Sr. Sr. Ing. FACB S.A. EUCA S.R.L. EUCA S.R.L. CITEFA INVITADO ESPECIALISTA INSTELEC FACB S.A. TELEFÓNICA DE ARGENTINA S.A. J. R. ZABALA Y ASOC. PRODATA S.A. PRODATA S.A. ACYEDE S.A. IRAM Guillermo BIASI Guillermo J. CACABELOS Eduardo R. CÓRDOBA Jorge F. GIMENEZ Hipólito GÓMEZ Ricardo O. GRUNAUER Carlos A. LIGUORI Fabián PIN Ángel A. REYNA Gloria SANCHEZ ARAGÓN Luis M. VARELA Juan R. ZABALA Juan C. ARCIONI Comité General de Normas (C.G.N.) Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. Ing. 32 Juan C. ARCIONI Severiano ITUARTE Samuel MARDYKS Ramón MARTÍNEZ Norberto O’ NEILL Rodolfo BARBOSA IRAM 2184-1-1:1997 IRAM 2184-1-1:1997 IRAM 2184-1-1:1997 IRAM 2184-1-1:1997 ICS 91.120.40 * CNA 5920 * Corresponde a la Clasificación Nacional de Abastecimiento asignada por el Servicio Nacional de Catalogación del Ministerio de Defensa.
