ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA DESDE 1913 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página i Prólogo - La Asociación Electrotécnica Argentina es una institución civil sin fines de lucro, de carácter privado, creada para fomentar el desarrollo de todos los campos de la Electrotecnia. Es el ámbito adecuado para el estudio e información de los aspectos teóricos de la Ingeniería Eléctrica, como así también para el establecimiento de documentos normativos, en todo lo referente a las aplicaciones tecnológicas y a los avances e innovaciones en este campo. Fue creada el 18 de octubre de 1913 por un grupo de veinticinco especialistas y desde ese mismo año es sede del Comité Electrotécnico Argentino (CEA), representante nacional de la International Electrotechnical Commission (IEC), que propiciara en su época el Ing. Jorge Newbery. - Los documentos normativos producidos tienen la forma de recomendaciones de uso nacional y se publican bajo la forma de Reglamentaciones, Normas, Especificaciones Técnicas, Guías, Documentos Técnicos o Informes Técnicos, que han sido adoptados por diversas Leyes, Decretos, Ordenanzas y Resoluciones de carácter oficial. - Las decisiones formales o acuerdos de la Asociación Electrotécnica Argentina en temas técnicos expresan el consenso de la opinión nacional en temas relevantes, dado que cada Comité de Estudio tiene representación de todos los sectores interesados. - El Comité de Estudio CE 00 – Normas de Concepto – tiene como principal objetivo la redacción de documentos normativos, que puedan ser utilizados como plataforma y ayuden a reafirmar las prescripciones y recomendaciones vertidas en todos los documentos de la AEA. En otro orden, representan una invalorable ayuda para el profesional y los especialistas y un material didáctico que aporta un significativo valor agregado a los establecimientos educacionales que se encuentren vinculados con la electrotecnia. - El carácter de las Normas de Concepto y sus Informes Técnicos asociados, tiene su origen en las ciencias básicas y las específicas dentro del campo de la Electrotecnia; este principio indica canalizar el proceso de Discusión Pública hacia las Universidades, Escuelas Técnicas, Consejos y Colegios Profesionales, además de todo otro sector que desee contribuir al perfeccionamiento del material a emitir. - No se puede considerar a la Asociación Electrotécnica Argentina responsable de ninguna instalación, equipo o material declarado de estar en conformidad con alguna de sus Reglamentaciones o Normas. - El presente documento normativo sigue los lineamientos establecidos en ISO/IEC Guide 21 “Adoption of Internacional Standards as regional or nacional standards”. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página ii Comité de Estudio CE 00 Normas de Concepto Integrantes Presidente Ing. MANILI, Carlos M. (INSPT-UTN) Secretario Ing. GARCÍA DEL CORRO, Carlos (AEA) Miembros permanentes Ing. BRUGNONI, Mario (FIUBA) Ing. GALIZIA, Carlos (CONSULTOR) Téc. MANILI, Carlos I. (AEA) Invitados especialistas Ing. BERGLIAFFA, Miguel (FEMMI S.A.) Ing. MUÑOZ, Horacio (UNAM) Ing. CAMPUS, Juan José (UTN – FRT) Ing. PINTO, Roberto (UNSE) Ing. CARLOROSI, Mauro (UTN – FRT) Ing. POCLAVA, Daniel (COPAIPA) Ing. COMESAÑA, Martín (APE – SMA) Ing. PUJADAS, Delia (UTN – FRM) Ing. FONSECA, Alberto (UTN – FRD) Ing. REVERSAT, José (UNAM) Ing. GALLO, Salvador (UTN – FRT) Ing. ROZA, Fernando (EDEN) Ing. GONZÁLEZ, Raúl (AEA) Ing. SOLBEIZON, Héctor (UNLP - UBA) Ing. HAMAKERS, Carlos (UNT) Ing. TOURN, Daniel (UNRC) Téc. IBARRA, Jorge (COPAIPA) Ing. VINSON, Edgardo (EDENOR) Ing. MANZANO, Marcelo (EPRET) Ing. ZAMANILLO, Germán (UNRC) Ing. MARAMONTI, Atilio (CEDIE) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página iii Comisión de Normas Integrantes Presidente Ing. BROVEGLIO, Norberto Secretario Ing. FISCHER, Natalio Miembros permanentes Ing. GALIZIA, Carlos Ing. IACONIS, Alberto Ing. OSETE, Víctor Ing. PUJOLAR, Jorge ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 1 AEA 92305 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS PARTE 2 EVALUACIÓN DEL RIESGO PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 2 AEA 92305 Protección contra las Descargas Eléctricas Atmosféricas Parte 2: Evaluación del Riesgo ÍNDICE GENERAL Cláusula Subcláusula Contenido Página 1 Alcance 10 2 Referencias normativas 10 3 Términos, definiciones, símbolos y abreviaturas 10 3.1 Términos y definiciones 11 3.2 Símbolos y abreviaturas 16 Explicación de los términos 20 4.1 Daños y pérdidas 20 4.2 Riesgo y componentes del riesgo 22 4.3 Composición de los componentes de riesgo en relación a una estructura 24 4.4 Composición de los componentes de riesgo relacionados a un servicio 26 4.5 Factores que influencian a los componentes de riesgo 27 Evaluación del riesgo 28 5.1 Procedimiento básico 28 5.2 Estructura a ser considerada para la evaluación de riesgo 28 5.3 Servicio a ser considerado para la evaluación de riesgo 29 5.4 Riesgo tolerable 5.5 Procedimiento específico para evaluar la necesidad de protección 30 5.6 Procedimiento para evaluar el costo de efectividad de la protección 31 5.7 Medidas de protección 33 5.8 Selección de las medidas de protección 34 Evaluación de los componentes de riesgo para una estructura 35 6.1 Ecuación básica 35 6.2 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos sobre la estructura (S1) 36 6.3 Evaluación del componente de riesgo debido a rayos cercanos a la estructura (S2) 36 6.4 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos a una línea conectada a la estructura (S3) 36 4 5 6 RT 29 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Cláusula PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 3 Evaluación del riesgo Subcláusula Contenido Página 6.5 Evaluación del componente de riesgo debido a rayos cercanos a una línea conectada a una estructura (S4) 37 6.6 Resumen de los componentes de riesgo en una estructura 38 6.7 Partición de una estructura en zonas 6.8 Evaluación de los componentes de riesgo en una estructura con zonas ZS 39 ZS 40 Evaluación de los componentes para un servicio 41 7.1 Ecuación básica 41 7.2 Evaluación de los componentes debido a rayos a un servicio (S3) 41 7.3 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos cercanos al servicio (S4) 42 7.4 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos que impactan sobre estructuras a las cuales está conectado el servicio (S1) 42 7.5 Resumen de los componentes de riesgo para un servicio 43 7.6 Partición de un servicio en secciones 7 N SS 43 45 Anexo A (Informativo) Evaluación del número anual Anexo B (Informativo) Evaluación de la probabilidad del daño Anexo C (Informativo) Evaluación del monto de la pérdida Anexo D (Informativo) Evaluación de la probabilidad Anexo F (Informativo) Sobretensiones de maniobra 73 Anexo G (Informativo) Evaluación de los costos de pérdidas 74 Anexo H (Informativo) Estudio de casos para estructuras 76 Anexo I (Informativo) Caso de estudio para servicios – Línea de telecomunicación 104 Anexo J (Informativo) Programas simplificados para la evaluación de riesgo en estructuras 111 de eventos peligrosos P 'X PX LX 54 de una estructura 61 en una estructura 67 de daño a un servicio Índice de figuras Figura 1 Procedimiento para decidir la necesidad de protección 31 Figura 2 Procedimiento para evaluar la rentabilidad de las medidas de protección 33 Figura 3 Procedimiento para la selección de las medidas de protección en estructuras 34 Figura 4 Procedimiento para la selección de medidas de protección en servicios 35 Figura 5 Estructuras en los extremos de línea: en el extremo “b” la estructura a proteger (estructura b) y en el extremo “a” una estructura adyacente (estructura a) 38 Ad 46 Figura A.1 Área equivalente Figura A.2 Estructura de forma compleja 47 Figura A.3 Diferentes métodos para determinar el área equivalente para la estructura de la Figura A.2 48 Figura A.4 Estructura a ser considerada para la evaluación del área equivalente Figura A.5 Áreas equivalentes ( para una estructura aislada Ad , Am , Ai , AI ) Ad 49 53 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 4 Evaluación del riesgo Índice de figuras Página Figura I.1 Línea de telecomunicación a proteger 104 Figura J.1 Ejemplo para una casa de campo (ver Cláusula H.1 – sin medidas de protección provistas) 114 Figura J.2 Ejemplo para una casa de campo (ver Cláusula H.1 – medidas de protección provistas) 115 Índice de tablas Tabla 1 Fuentes de daño, tipos de daño y tipos de pérdidas de acuerdo al punto de impacto 21 Tabla 2 Riesgo en una estructura para cada tipo de daño y de pérdida 22 Tabla 3 Componentes de riesgo a ser considerados para cada tipo de pérdida en una estructura 25 Tabla 4 Componentes de riesgo a considerarse para cada tipo de pérdida en un servicio 26 Tabla 5 Factores que influencian a los componentes de riesgo en una estructura 27 Tabla 6 Factores que influencian los componentes de riesgo en un servicio 28 Tabla 7 Valores típicos del riesgo tolerable Tabla 8 Parámetros asociados a la evaluación de las componentes de riesgo para una estructura 38 Tabla 9 Componentes de riesgo para una estructura para los diferentes tipos de daño causado por diferentes fuentes 39 Tabla 10 Parámetros asociados a la evaluación de los componentes de riesgo para un servicio 42 Tabla 11 Componentes de riesgo para un servicio para los diferentes tipos de daño causados por diferentes fuentes 43 Tabla A.1 Valores del área equivalente según el método de evaluación 47 Tabla A.2 Factor de ubicación Cd Tabla A.3 Áreas equivalentes AI Tabla A.4 Factor de transformador Tabla A.5 Factor de medioambiente Tabla B.1 Valores de probabilidad 50 y Ai que dependen de las características del servicio Ct Ce PA 52 de que un rayo directo a una estructura cause choque eléctrico a seres vivos debido a tensiones de contacto y de paso peligrosas PB Valores de Tabla B.3 Valor de la probabilidad PDPS Tabla B.4 Valor de la probabilidad PMS Tabla B.5 Valor del factor que dependen de las medidas de protección para reducir el daño físico KS3 la tensión resistida al impulso Tabla B.7 Valores de la probabilidad K MS 56 la tensión resistida al impulso que dependen de la resistencia UW PLI 55 55 como una función del factor PLD 54 como una función del LPL para el cual los DPS están previstos 57 que depende del cableado interno Valores de la probabilidad 51 52 Tabla B.2 Tabla B.6 29 RT del blindaje del cable y de RS del blindaje del cable y de del equipo que dependen de la resistencia UW RS del equipo 58 60 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 5 Evaluación del riesgo Índice de tablas Lt , Lf Página Lo 62 Tabla C.1 Valores promedio típicos de Tabla C.2 Valores de los factores de reducción ra y ru como una función del tipo de superficie de suelo o piso 62 Valores del factor de reducción rP como una función de previsiones tomadas para reducir las 63 Tabla C.3 Tabla C.4 Tabla C.5 y consecuencias de incendio Valores del factor de reducción rf como una función del riesgo de incendio de la estructura Valores del factor hZ que incrementan la cantidad relativa de pérdidas en presencia de un peligro especial Lo 63 63 Tabla C.6 Valores promedio típicos de Lf Tabla C.7 Valores promedio típicos de Lt , Lf Tabla D.1 Valores del factor Kd en función de las características de la línea blindada 67 Tabla D.2 Valores del factor Kp en función de las medidas de protección 68 Tabla D.3 Tensión resistida al impulso UW en función del tipo de cable 68 Tabla D.4 Tensión resistida al impulso UW en función del tipo de equipo 68 Tabla D.5 Valores de probabilidad Tabla E.1 Valores promedio típicos de Tabla H.1 Datos y características de la estructura 76 Tabla H.2 Datos y características de líneas entrantes y de sistemas internos conectados 77 Tabla H.3 Características de la zona Tabla H.4 Áreas equivalentes de la estructura y líneas 78 Tabla H.5 Número anual esperado de eventos peligrosos 79 Tabla H.6 Componentes de riesgo involucrados y su cálculo (valores x 10 ) Tabla H.7 Valores de los componentes de riesgo asociados al riesgo Tabla H.8 Características de la estructura 81 Tabla H.9 Características del sistema de distribución interno y de la línea de alimentación entrante 82 Tabla H.10 Características de los sistemas de telecomunicación internos y de la línea entrante conectada 82 Tabla H.11 Características de la zona Z1 (área de ingreso al edificio) 83 Tabla H.12 Características de la zona Z2 (jardín) 83 Tabla H.13 Características de la zona Z3 (archivo) 84 Tabla H.14 Características de la zona Z4 (oficinas) 84 Tabla H.15 Características de la zona Z5 (centro de cómputos) 85 Tabla H.16 Áreas equivalentes de la estructura y líneas 85 Tabla H.17 Número anual esperado de eventos peligrosos 85 Tabla H.18 Riesgo y y 64 Lo P'B , P'C , P'V L 'f Z2 y 65 y P 'W en función de la corriente de falla Ia L'o 71 78 (dentro del edificio) -5 79 R1 (valores x 10-5) para los casos adoptados R1 69 -5 – Valores de los componentes de riesgo de acuerdo a zonas (valores x 10 ) 81 86 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 6 Evaluación del riesgo Índice de tablas Página R1 -5 86 Tabla H.19 Composición de los componentes de riesgo Tabla H.20 Valores del riesgo Tabla H.21 Características de la estructura 88 Tabla H.22 Características del sistema de alimentación interno y de la línea de alimentación entrante 89 Tabla H.23 Características del sistema de telecomunicación interno y de la línea entrante 89 Tabla H.24 Características de la zona Z1 (fuera del edificio) 90 Tabla H.25 Características de la zona Z2 (bloque de habitaciones) 91 Tabla H.26 Características de la zona Z3 (sector quirúrgico) 91 Tabla H.27 Características de la zona Z4 (unidad de cuidados intensivos) 92 Tabla H.28 Número anual esperado de eventos peligrosos Tabla H.29 Riesgo R1 - Componentes de riesgo a considerar de acuerdo a zonas Tabla H.30 Riesgo R1 – Valores de probabilidad Tabla H.31 Riesgo R1 – Valores de los componentes de riesgo para estructuras desprotegidas de Tabla H.32 Composición de las componentes de riesgo Tabla H.33 Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución a) 96 Tabla H.34 Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución b) 97 Tabla H.35 Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución c) 98 Tabla H.36 Riesgo R1 – Valores del riesgo de acuerdo a la solución elegida (valores x 10-5) Tabla H.37 Valores de costos de pérdida asociados a zonas (valores en $ x 10 ) 99 Tabla H.38 Valores de tasas asociados 99 Tabla H.39 de acuerdo a las zonas (valores x 10 ) R1 de acuerdo a la solución elegida (valores x 10-5) P 87 92 93 93 para una estructura sin protección -5 acuerdo a zonas (valores x 10 ) R1 -5 de acuerdo a zonas (valores x 10 ) 6 Riesgo R4 – Valores de los componentes de riesgo para estructuras desprotegidas de -5 acuerdo a zonas (valores x 10 ) CRL y CL 94 94 98 99 100 Tabla H.40 Monto de pérdidas Tabla H.41 Costos Tabla H.42 Ahorro anual de dinero (valores en $) 100 Tabla H.43 Características de la estructura 101 Tabla H.44 Parámetros de la zona Tabla H.45 Parámetros del sistema de alimentación interno y de la línea entrante 102 Tabla H.46 Parámetros del sistema de telecomunicación interno y de la línea entrante 103 Tabla H.47 Medidas de protección a adoptar de acuerdo a la altura del edificio y su riesgo de incendio 103 CP y CPM (valores en $) de las medidas de protección (valores en $) Z2 100 102 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 7 Evaluación del riesgo Índice de tablas Página Tabla I.1 Características de la sección S1 de la línea 105 Tabla I.2 Características de la sección S2 de la línea 105 Tabla I.3 Características de la estructura en el extremo de la línea 106 Tabla I.4 Número anual esperado de eventos peligrosos 106 Tabla I.5 Riesgo R '2 – Componentes de riesgo relevantes a las secciones S Riesgo R '2 – Valores de las corrientes de falla y probabilidades P' R '2 – Valores de los componentes de riesgo para la línea sin protección de acuerdo a Tabla I.6 Tabla I.7 Tabla I.9 106 para la línea sin protec- 107 ción Riesgo las secciones Tabla I.8 de la línea S -3 108 de la línea (valores x 10 ) P' 109 Riesgo R '2 – Valores de las probabilidades Riesgo R '2 – Valores de los componentes de riesgo para la línea protegida con DPS insta- lados en el punto de transición T1/2 y Ta con para la línea protegida PDPS = 0,03 -3 (valores x 10 ) 110 Tabla J.1 Parámetros para que el usuario cambie libremente 112 Tabla J.2 Subconjunto limitado de parámetros a ser modificados por el usuario 112 Tabla J.3 Parámetros fijos (no modificables por el usuario) 113 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 8 INTRODUCCIÓN Las descargas de rayos a la tierra pueden ser peligrosas para las estructuras y los servicios. El peligro para una estructura puede resultar en - daños a la estructura y a sus contenidos, fallas de los sistemas eléctricos y electrónicos asociados, lesiones a seres vivos que estén dentro o cerca de la estructura. Los efectos colaterales del daño y las fallas pueden extenderse a los alrededores de la estructura o involucrar a su medioambiente. El peligro para los servicios puede resultar en - daño al servicio en sí mismo, fallas de los equipos eléctrico y electrónico asociados. Se pueden requerir medidas de protección para reducir las pérdidas debidas a la descarga del rayo. Una evaluación de riesgo debe determinar si se necesitan, y hasta qué punto. El riesgo, definido en este documento como la probable pérdida promedio anual en una estructura y en un servicio debido a las descargas de los rayos, depende de: - el número anual de descargas de rayos que afectan la estructura y el servicio; la probabilidad de daño debida a una de estas descargas de rayos; el costo promedio de las pérdidas consecutivas. La descarga de rayos que afecta una estructura puede dividirse en: - impactos directos sobre la estructura, impactos cercanos a la estructura, y/o directos o cercanos a los servicios conectados (líneas de energía, de telecomunicaciones y otros servicios). Las descargas de rayos que afectan un servicio pueden dividirse en: - impactos directos sobre el servicio, impactos en la proximidad del servicio o directos a una estructura conectada a un servicio. Impactos directos sobre la estructura o los servicios conectados pueden causar daño físico y riesgos de muerte. Los impactos directos o indirectos cerca de una estructura o servicio pueden causar fallas en los sistemas eléctricos y electrónicos debido a las sobretensiones resultantes del acoplamiento inductivo y resistivo de estos sistemas con la corriente de rayo. Además, las fallas causadas por sobretensiones de rayos en las instalaciones de los usuarios y en las líneas de alimentación, pueden generar igualmente sobretensiones del tipo de las de maniobra en las instalaciones. Nota 1: No está cubierto el mal funcionamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos por la serie AEA 92305. Se debe hacer referencia a la serie IEC 61000-4-5. Nota 2: En el Anexo F se da información sobre la evaluación del riesgo debido a sobretensiones de maniobra. El número de descargas de rayos que afectan a una estructura y a los servicios dependen de las dimensiones y las características de la estructura y de los servicios, de las características del medioam- ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 9 biente de la estructura y los servicios, así como también la densidad de la descarga a tierra del rayo en la región en la cual están situados la estructura y los servicios. La probabilidad de daño por una descarga depende de la estructura, los servicios y las características de la corriente de descarga; así como también del tipo y eficiencia de las medidas de protección aplicadas. El costo promedio anual de las pérdidas consecuentes depende del grado del daño y de los efectos colaterales que pueden resultar debido a una descarga de rayo. El efecto de las medidas de protección es resultado de las características de cada una de ellas y puede reducir las probabilidades de daño o la cantidad de pérdidas colaterales. En este documento se da la evaluación de riesgo debido a todos los posibles efectos de las descargas de rayos a estructuras y servicios, que es una versión revisada de IEC 61662:1995 y su Enmienda 1:1996. La decisión de instalar un sistema de protección contra las descargas eléctricas atmosféricas puede ser tomada sin tener en cuenta un método de evaluación de riesgo, si se considera que el riesgo es inevitable. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 10 PARTE 2 EVALUACIÓN DEL RIESGO 1 Alcance Esta parte de AEA 92305 es aplicable a la evaluación de riesgo para una estructura o para un servicio debido a las descargas de rayos a tierra. Su propósito es proveer un procedimiento para la evaluación de tal riesgo. Una vez que un límite máximo tolerable para el riesgo ha sido seleccionado, este procedimiento permite la selección de medidas de protección apropiadas a ser adoptadas para reducir el riesgo a o por debajo del límite tolerable. 2 Referencias normativas Los siguientes documentos de referencia son indispensables para la aplicación de este documento. Para referencias fechadas, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha, se aplica la última edición del documento referido (incluyendo cualquier enmienda). IEC 60079-10:2002, Aparatos eléctricos para atmósferas gaseosas explosivas – Parte 10: Clasificación de las áreas peligrosas IEC 61241-10:2004, Aparatos eléctricos para el uso en presencia de polvo combustible – Parte 10: Clasificación de áreas donde los polvos combustibles están o pueden estar presentes AEA 92305-0, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 1: Carta de nivel isoceráunico medio anual AEA 92305-1, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 1: Principios generales AEA 92305-3, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 3: Daño físico a estructuras y peligro de muerte AEA 92305-4, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de las estructuras AEA 92305-5, Protección contra las descargas eléctricas atmosféricas – Parte 5: Servicios1 Recomendación ITU-T K.46:2000, Protección de las líneas de telecomunicaciones utilizando conductores metálicos simétricos contra las sobretensiones inducidas Recomendación ITU-T K.47:2000, Protección de las líneas de telecomunicaciones utilizando conductores metálicos contra los impactos directos 3 Términos, definiciones, símbolos y abreviaturas Para el propósito de este documento, se aplican los siguientes términos, definiciones, símbolos y abreviaturas, algunos de los cuales ya han sido citados en la Parte 1 pero se repiten aquí para facilitar la lectura, así como también aquellos dados en otras partes de AEA 92305. 1 A publicar ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 3.1 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 11 Términos y definiciones 3.1.1 Objeto a proteger Estructura o servicio a proteger contra los efectos de una descarga eléctrica atmosférica. 3.1.2 Estructura a proteger Estructura para la que se exige protección contra los efectos de las descargas eléctricas atmosféricas conforme a las prescripciones del presente documento. Nota: Una estructura a proteger puede ser parte de una estructura de mayores dimensiones. 3.1.3 Estructuras con riesgo de explosión Las estructuras que contienen materiales sólidos explosivos o zonas peligrosas están determinadas en IEC 60079-10 e IEC 61241-10. Nota: Para los propósitos de este documento, se consideran sólo las estructuras con zonas peligrosas del tipo 0 o que contengan materiales sólidos explosivos. 3.1.4 Estructuras peligrosas para el medioambiente Estructuras que pueden tener emisiones biológicas, químicas y radioactivas como consecuencia de la descarga de rayo (tales como plantas químicas, petroquímicas, nucleares, etc.). 3.1.5 Medioambiente urbano Área con una elevada densidad de edificaciones o comunidades densamente pobladas con edificaciones altas. Nota: “El centro de la ciudad” es un ejemplo de un medioambiente urbano. 3.1.6 Medioambiente suburbano Área con una densidad media de edificaciones. Nota: “Las afueras de la ciudad” es un ejemplo de un medioambiente suburbano. 3.1.7 Medioambiente rural Área con una baja densidad de edificaciones. Nota: “El campo” es un ejemplo de un medioambiente rural. 3.1.8 Tensión resistida al impulso UW Tensión resistida al impulso asignada por el fabricante del equipo o de una parte del mismo, caracterizando la capacidad específica de su aislación para soportar las sobretensiones. Nota: A los propósitos de este documento, sólo se considera la tensión resistida entre conductores activos y de tierra. 3.1.9 Sistema eléctrico Sistema que incorpora componentes de potencia de alimentación de baja tensión. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 12 3.1.10 Sistema electrónico Sistema que incorpora componentes electrónicos sensibles tales como equipos de comunicaciones, computadoras, sistemas de control e instrumentación, sistemas de radio, instalaciones electrónicas de potencia. 3.1.11 Sistemas internos Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de una estructura. 3.1.12 Servicio a proteger Servicio conectado a una estructura para la cual se requiere protección contra los efectos de la descarga de rayo de acuerdo con este documento. 3.1.13 Líneas de telecomunicaciones Medio de transmisión destinado para la comunicación entre equipos que pueden estar ubicados en estructuras separadas, tales como líneas telefónicas y líneas de datos. 3.1.14 Líneas de potencia Líneas de distribución que proveen energía eléctrica a una estructura para alimentar los equipos eléctricos y electrónicos allí ubicados, tales como redes de alimentación de baja tensión, media o alta tensión. 3.1.15 Cañerías Cañerías para transportar un fluido, entrando o saliendo de una estructura, tales como cañerías de gas, cañerías de agua, cañerías de aceite. 3.1.16 Evento peligroso Descarga de un rayo a un objeto a proteger o cercano a un objeto a proteger. 3.1.17 Descarga de un rayo a un objeto Descarga de un rayo que impacta un objeto a ser protegido. 3.1.18 Descarga de un rayo cercano a un objeto Descarga de un rayo que impacta lo suficientemente cerca de un objeto a ser protegido, que puede causar sobretensiones peligrosas. 3.1.19 Número de eventos peligrosos debido a rayos a una estructura ND Número promedio anual esperable de eventos peligrosos debidos a las descargas de rayo a una estructura. 3.1.20 Número de eventos peligrosos debido a rayos a un servicio NL Número promedio anual esperable de eventos peligrosos debidos a las descargas de rayo a un servicio. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 13 3.1.21 Número de eventos peligrosos debidos a rayos cercanos a una estructura NM Número promedio anual esperable de eventos peligrosos debidos a las descargas de rayos cercanos a una estructura. 3.1.22 Número de eventos peligrosos debidos a rayos cercanos a un servicio NI Número promedio anual esperable de eventos peligrosos debidos a las descargas de rayos cercanos a un servicio. 3.1.23 Pulso electromagnético del rayo LEMP Efectos electromagnéticos de la corriente de descarga del rayo. Nota: Comprende las ondas conducidas así como también los efectos del campo electromagnético irradiado. 3.1.24 Onda Onda transitoria que aparece en forma sobretensión y/o sobrecorriente causada por el pulso electromagnético del rayo (LEMP). Nota: Las ondas causadas por el LEMP pueden provenir de corrientes (parciales) de descarga de rayo, de los efectos de inducción en los lazos de la instalación y manifestarse como sobretensiones residuales aguas abajo de los DPS (Dispositivos de Protección contra Sobretensiones). 3.1.25 Nodo Punto en una línea de servicio en el cual se puede asumir la propagación de la onda como despreciable. Nota: Los ejemplos de nodos son un punto en una línea de alimentación de una red de distribución en un transformador de MT/BT, un multiplexor en una línea de telecomunicación o un DPS instalado a lo largo de la línea conforme a AEA 92305-5. 3.1.26 Daño físico Daño a una estructura (o a sus contenidos) o a un servicio debido a los efectos mecánicos, térmicos, químicos o explosivos de la descarga de rayo. 3.1.27 Lesiones a seres vivos Lesiones, incluyendo la pérdida de la vida, a personas o animales debido a tensiones de contacto y de paso causadas por la descarga del rayo. 3.1.28 Falla de los sistemas eléctricos y electrónicos Daño permanente de los sistemas eléctricos y electrónicos debido al pulso electromagnético del rayo. 3.1.29 Corriente de falla Ia Valor pico mínimo de la corriente de rayo que causará daño en una línea. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 14 3.1.30 Probabilidad de daño PX Probabilidad de que un evento peligroso cause daño a o dentro de un objeto a ser protegido. 3.1.31 Pérdida LX Cantidad promedio de pérdidas (personas y bienes) consecuencia de un tipo específico de daño debido a un evento peligroso, en relación al valor (personas y bienes) del objeto a ser protegido. 3.1.32 Riesgo R Valor de la pérdida probable anual promedio (personas y bienes) debido a una descarga eléctrica atmosférica, relativo al valor total (personas y bienes) del objeto a proteger. 3.1.33 Componente de riesgo RX Riesgo parcial que depende de la fuente y del tipo de daño. 3.1.34 Riesgo tolerable RT Valor máximo de riesgo que puede ser tolerado por el objeto a proteger. 3.1.35 Zona de una estructura ZS Parte de una estructura con características homogéneas donde un único juego de parámetros está involucrado en la evaluación de un componente de riesgo. 3.1.36 Sección de un servicio SS Parte de un servicio con características homogéneas donde un único juego de parámetros está involucrado en la evaluación de un componente de riesgo. 3.1.37 Zona de protección contra el rayo LPZ (por su sigla en idioma inglés Lightning Protection Zone) Zona donde se define el medioambiente electromagnético de la descarga eléctrica atmosférica. Nota: Los límites de una zona de protección contra el rayo no necesariamente son límites físicos (por ejemplo: paredes, piso y techo). 3.1.38 Nivel de protección contra el rayo LPL (por su sigla en idioma inglés Lightning Protection Level) Número relacionado a un conjunto de valores de los parámetros de la corriente de rayo, relativos a la probabilidad de que los valores máximos y mínimos de proyecto no serán excedidos durante la aparición natural de una tormenta. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 15 Nota: El nivel de protección contra el rayo se utiliza para proyectar medidas de protección, conforme a un conjunto de valores significativos de los parámetros de la corriente de rayo. 3.1.39 Medidas de protección Medidas a ser adoptadas en el objeto a proteger con el fin de reducir el riesgo. 3.1.40 Sistema de protección contra el rayo SPCR Sistema completo utilizado para reducir los daños físicos debidos a las descargas de rayos a una estructura. Nota: El sistema de protección contra el rayo consiste en dos sistemas, uno externo y otro interno. 3.1.41 Sistema de medidas de protección contra pulso electromagnético del rayo LPMS Conjunto de medidas de protección para sistemas internos contra el LEMP. 3.1.42 Blindaje Malla o alambre metálico para reducir el daño físico debido a las descargas de rayos a un servicio. 3.1.43 Blindaje magnético Envoltura cerrada, metálica, mallada o continua que envuelve el objeto a proteger o parte del mismo, utilizada para reducir fallas en los sistemas eléctricos y electrónicos. 3.1.44 Cable protegido contra el rayo Cable especial con resistencia dieléctrica aumentada, cuya envoltura metálica está en continuo contacto con el suelo, ya sea directamente o por el uso de una cubierta plástica semiconductora. 3.1.45 Conducto protegido contra el rayo Conducto de baja resistividad en contacto con el suelo (por ejemplo, concreto con refuerzos estructurales interconectados de acero o un conducto metálico). 3.1.46 Dispositivo de Protección contra Sobretensiones DPS Dispositivo destinado a limitar sobretensiones transitorias y dispersar las corrientes de rayo. Contiene al menos un componente no lineal. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 16 3.1.47 Protección coordinada de DPS Conjunto de DPS adecuadamente seleccionados, coordinados e instalados para reducir fallas en los sistemas eléctricos y electrónicos. 3.2 Símbolos y abreviaturas a Ad Tasa de amortización Ad ' Ai Al Am Área equivalente para salientes sobre techos elevados A.2.1 Área equivalente para impactos cercanos a un servicio A.4; Tabla A.3 Área equivalente para impactos a un servicio A.4; Tabla A.3 B c CA CB CC Área equivalente para impactos sobre una estructura aislada A.2 Área de influencia para impactos cercanos a una estructura A.3 Edificio A.2 Valor promedio de la posible pérdida de la estructura, en moneda de curso de legal C.4; C.5 Costo anual de los animales Anexo G Costo anual del edificio Anexo G Costo anual de los contenidos Anexo G Cd Ce CL CRL CP CPM CS Ct ct Valor total de la estructura, en moneda de curso legal Di Distancia lateral relevante a la descarga de un rayo cercano a un servicio D1 D2 D3 Lesiones a seres vivos Daño físico Falla de los sistemas eléctrico y electrónico hZ H Ha Factor que incrementa la pérdida cuando un riesgo especial está presente Hb Hc i Ia Anexo G Factor de ubicación A.2; Tabla A.2 Factor de medio ambiente A.5; Tabla A.5 Costo anual de la pérdida total en ausencia de medidas de protección 5.6; Anexo G Costo anual de la pérdida residual 5.6; Anexo G Costo de las medidas de protección Costo anual de las medidas de protección seleccionadas Costo anual de sistemas en una estructura Factor de corrección para un transformador de HV/LV en un servicio Anexo G 5.6; Anexo G Anexo G A.4; Tabla A.4 C.4; C.5; E.3 A.5 4.1.2 4.1.2 4.1.2 C.2; Tabla C.5 Altura de la estructura A.4 Altura de la estructura conectada al extremo “a” de un servicio A.4 Altura de la estructura conectada al extremo “b” de un servicio A.4 Altura de los conductores del servicio sobre el nivel de piso A.4 Tasa de interés Corriente de falla Kd K MS Kp Factor relevante al desempeño de las medidas de protección contra LEMP K S1 Factor asociado a la efectividad del blindaje de la estructura Factor relevante a las características de un servicio Factor asociado a las medidas de protección adoptadas en un servicio Anexo G D.1.1; D.1.2 D.1.1 B.4 D.1.1 B.4 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 17 K S2 K S3 K S4 Factor asociado a la efectividad de los blindajes internos de la estructura B.4 Factor asociado a las características del cableado interno B.4 Factor asociado a la tensión resistida al impulso de un sistema B.4 L La LA LB L' B Lc LC L'C Lf L'f LM Lo L'o Lt LU LV L 'V LW L'W LX L 'X LZ L 'Z Longitud de la estructura A.2 Longitud de la estructura conectada en el extremo “a” de un servicio A.4 Pérdidas en relación a lesiones a seres vivos 6.2; Tabla 8 Pérdidas en una estructura en relación al daño físico (rayos a una estructura) 6.2; Tabla 8 Pérdidas en un servicio en relación al daño físico (rayos a un servicio) Longitud de la sección de servicio Pérdidas en relación a fallas de los sistemas internos (rayos a una estructura) Pérdidas en relación a fallas del equipo de servicio (rayos a una estructura) A.4 6.2; Tabla 8 7.4; Tabla 10 Pérdidas en una estructura debido a daño físico C.1 Pérdidas en un servicio debido a daño físico E.1 Pérdidas en relación a fallas de los sistemas internos (rayos cercanos a una estructura) 6.3; Tabla 8 Pérdidas en una estructura debido a fallas de los sistemas internos C.1 Pérdidas en un servicio debido a fallas de los sistemas internos E.1 Pérdidas debidas a lesiones por tensión de contacto y de paso C.1 Pérdidas en relación a lesiones a seres vivos (rayos a un servicio) 6.4; Tabla 8 Pérdidas en una estructura debido a daño físico (rayos a un servicio) 6.4; Tabla 8 Pérdidas en un servicio debido a daño físico (rayos a un servicio) Pérdidas en relación a fallas de los sistemas internos (rayos a un servicio) Pérdidas en relación a fallas del equipo de servicio (rayos a un servicio) 7.2; Tabla 10 6.4; Tabla 8 7.2; Tabla 10 Pérdidas colaterales en una estructura 6.1 Pérdidas colaterales en un servicio 7.1 Pérdidas en relación a fallas de los sistemas internos (rayos cercanos a un servicio) Pérdidas en relación a fallas del equipo de servicio (rayos cercanos a un servicio) L1 L2 L’2 L3 L4 L’4 Pérdida de vida humana en una estructura Pérdida de servicio al público en una estructura Pérdida de servicio al público en un servicio Pérdida de herencia cultural en una estructura Pérdida de valor económico en una estructura Pérdida de valor económico en un servicio m Tasa de mantenimiento n NX ND Número de servicios conectados a la estructura N Da Ng Número de eventos peligrosos debidos a rayos a una estructura en el extremo “a” de la línea Nl NL NM np 7.4; Tabla 10 Número de eventos peligrosos por año Número de eventos peligrosos debidos a rayos a una estructura 6.5; Tabla 8 7.3; Tabla 10 4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 Anexo G D.1.1 6.1 A.2.3 A.2.4; Tabla 8 Densidad de rayos a tierra A.1 Número de eventos peligrosos debidos rayos cercanos a un servicio A.5 Número de eventos peligrosos debidos a rayos a un servicio A.4 Número de eventos peligrosos debido a rayos cercanos a una estructura A.3 Número de personas en posible peligro (víctimas o usuarios sin servicio) C.2; C.3; E.2 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 18 ns Ns nt Número anual estimado o medido de sobretensiones de maniobra Anexo F Número anual de sobretensiones de manobra en exceso de 2,5 kV Anexo F P PA PB P 'B PC P'C PLD PLI PM PMS Probabilidad de daño PSPD PU PV P 'V PW P 'W PX P 'X PZ P 'Z Número total esperado de personas (o usuarios con servicio) en una estructura C.2; C.3; E.2 3.1.29 Probabilidad de lesiones a seres vivos (rayos a una estructura) 6.2; Tabla 8 Probabilidad de daños físicos a una estructura (rayos a una estructura) 6.2; Tabla 8 Probabilidad de daños físicos a un servicio (rayos a una estructura) Probabilidad de fallas de los sistemas internos (rayos a una estructura) 7.4; Tabla 10 6.2; Tabla 8 Probabilidad de fallas del equipo de servicio (rayos a una estructura) 7.4; Tabla 10 Probabilidad de fallas de los sistemas internos (rayos a un servicio conectado) B.5; B.6; B.7 Probabilidad de fallas de los sistemas internos (rayos cercanos a un servicio conectado) Probabilidad de fallas de los sistemas internos (rayos cercanos a una estructura) Probabilidad de fallas de los sistemas internos (con medidas de protección) Probabilidad de fallas de los sistemas internos o de un servicio cuando hay descargadores de sobretensión instalados B.8 6.3; Tabla 8 B.4 B.3; B.4 Probabilidad de lesiones a seres vivos (rayos a un servicio conectado) 6.4; Tabla 8 Probabilidad de daño físico a una estructura (rayos a un servicio conectado) 6.4; Tabla 8 Probabilidad de daño físico a servicios (rayos a un servicio) Probabilidad de falla de los sistemas internos (rayos a un servicio conectado) Probabilidad de falla del equipo de servicio (rayos a un servicio) 7.2; Tabla 10 6.4; Tabla 6 7.2; Tabla 10 Probabilidad de daños a una estructura 6.1 Probabilidad de daños a un servicio 7.1 Probabilidad de falla de los sistemas internos (rayos cercanos a un servicio conectado) Probabilidad de falla del equipo de servicio (rayos cercanos a un servicio) 6.5; Tabla 8 7.3; Tabla 10 ra ru rp Factor de reducción asociado con el tipo de superficie del suelo C.2 Factor de reducción asociado con el tipo de superficie del piso C.2 Factor que reduce la pérdida debida a previsiones contra incendios C.2 R RA RB R 'B RC R'C RD rf Riesgo RF R 'F RI RM R 'M Riesgo debido a daño físico a una estructura 4.3.2 Riesgo debido a daño físico a un servicio 4.4.2 Riesgo para una estructura debido a rayos que no impactan en la estructura 4.3.1 Componente de riesgo (falla de los sistemas internos – rayos cercanos a una estructura) 4.2.3 3.1.32 Componente de riesgo (lesiones a seres vivos – rayos a una estructura) 4.2.2 Componente de riesgo (daño físico a una estructura – rayos a una estructura) 4.2.2 Componente de riesgo (daño físico a un servicio – rayos a una estructura) 4.2.8 Componente de riesgo (falla de los sistemas internos – rayos a una estructura) 4.2.2 Componente de riesgo (falla del equipo de servicio – rayos a una estructura) 4.2.8 Riesgo para una estructura debido a rayos a una estructura 4.3.1 Factor de reducción de pérdidas dependiendo del riesgo de incendio Riesgo RM cuando se adoptan las medidas de protección C.2 Anexo G ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA RO R'O Rs RS RT RU RV R 'V RW R' W RX R' X RZ R' Z R1 R2 R '2 R3 R4 R '4 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 19 Riesgo debido a fallas del sistema interno 4.3.2 Riesgo debido a fallas del equipo de servicio 4.4.2 Resistencia del blindaje por unidad de longitud de un cable Riesgo debido a lesiones a seres vivos Riesgo tolerable B.5; B.8; D.1 4.3.2 3.1.34 Componente de riesgo (lesiones a seres vivos – rayos a un servicio conectado) 4.2.4 Componente de riesgo (daño físico a una estructura – rayos a un servicio conectado) 4.2.4 Componente de riesgo (daño físico a un servicio – rayos al servicio) 4.2.6 Componente de riesgo (falla de los sistemas internos – rayos al servicio conectado) 4.2.4 Componente de riesgo (falla del equipo de servicio – rayos al servicio) 4.2.6 Componente de riesgo para una estructura Componente de riesgo para un servicio 3.1.33 7.1 Componente de riesgo (falla de los sistemas internos – rayos cercanos a un servicio) 4.2.5 Componente de riesgo (falla del equipo de servicio – rayos cercanos al servicio) 4.2.7 Riesgo de pérdida de vida humana en una estructura 4.2.1; 4.3 Riesgo de pérdida de servicios al público en una estructura 4.2.1; 4.3 Riesgo de pérdida de servicios al público en un servicio 4.2.1; 4.4 Riesgo de pérdida de herencia cultural en una estructura 4.2.1; 4.3 Riesgo de pérdida de valor económico en una estructura 4.2.1; 4.3 Riesgo de pérdida de valor económico en un servicio 4.2.1; 4.4 Estructura Ahorro anual de dinero Sección de un servicio Rayos a una estructura Rayos cercanos a una estructura Rayos a un servicio Rayos cercanos a un servicio A.2 Anexo G 3.1.36 4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 t tp Período anual de pérdida del servicio, en horas C.3; E.2 Tiempo en horas por año en el que personas están presentes en un lugar peligroso C.2 Td Tx Días de tormentas por año A.1 UW Tensión resistida al impulso de un sistema B.4 w W Wa Ancho de la malla Ancho de la estructura B.4 A.2 Ancho de la estructura conectada en el extremo “a” de un servicio A.4 ZS Zonas de una estructura S S SS S1 S2 S3 S4 Puntos de transición Anexo I 3.1.35 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo 4 Explicación de los términos 4.1 Daños y pérdidas 4.1.1 AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 20 Fuente del daño La corriente de descarga es la fuente principal del daño. Se distinguen las siguientes fuentes por la ubicación del punto de impacto (ver Tabla 1): S1: S2: S3: S4: 4.1.2 impactos a una estructura; impactos cercanos a una estructura; impactos a un servicio; impactos cercanos a un servicio. Tipos de daño Un rayo puede causar daño dependiendo de las características del objeto a proteger. Algunas de las características más importantes son: tipo de construcción, contenidos y aplicación, tipo del servicio y medidas de protección adoptadas. Para aplicaciones prácticas de esta evaluación de riesgo, es útil distinguir entre tres tipos básicos de daño, que pueden aparecer como consecuencia de las descargas de rayos. Son los siguientes (ver Tablas 1 y 2): D1: D2: D3: lesiones a seres vivos; daño físico; falla de los sistemas eléctricos y electrónicos. El daño a una estructura debido a la descarga de rayo puede estar limitado a una parte de la estructura o puede extenderse a la estructura entera. También puede incluir estructuras de los alrededores o el medioambiente (por ejemplo, emisiones químicas o radioactivas). Un rayo que afecta un servicio puede causar daños a los medios físicos en sí mismos - línea o cañería - utilizados para proveer el servicio, así como también a los sistemas eléctricos y electrónicos relacionados. El daño puede también extenderse a sistemas internos conectados al servicio. 4.1.3 Tipos de pérdidas Cada tipo de daño, solo o en combinación con otros, puede consecuentemente producir pérdidas diferentes en el objeto a proteger. El tipo de pérdida que puede aparecer depende de las características del objeto en sí y de su contenido. Deben tenerse en cuenta los siguientes tipos de pérdidas (ver Tabla 1): L1: L2: L3: L4: pérdida de vida humana; pérdida del servicio al público; pérdida de herencia cultural; pérdida de valor económico (estructura y su contenido, servicio y pérdida de actividad). Los tipos de pérdidas que pueden estar asociados con una estructura son los siguientes: L1: L2: L3: L4: pérdida de vida humana; pérdida del servicio al público; pérdida de herencia cultural; pérdida de valor económico (estructura y su contenido). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 21 Evaluación del riesgo Los tipos de pérdidas que pueden estar asociados con un servicio son los siguientes: L’2: L’4: pérdida del servicio al público; pérdida de valor económico (servicio y pérdida de actividad). Nota: No se considera en este documento la pérdida de vida humana asociada con un servicio. Tabla 1 – Fuentes de daño, tipos de daño y tipos de pérdidas de acuerdo al punto de impacto Punto de impacto Fuente de daño S1 S2 S3 S4 Tipo de daño Estructura Tipo de pérdida D1 L1, L42) D2 L1, L2, L3, L4 D3 L11) , L2, L4 D3 L1 , L2, L4 D1 L1, L42) D2 L1, L2, L3, L4 D3 L11), L2, L4 D3 L11), L2, L4 Tipo de daño 1) Servicio Tipo de pérdida D2 L’2, L’4 D3 L’2, L’4 --- --- D2 L’2, L’4 D3 L’2, L’4 D3 L’2, L’4 1) Sólo para las estructuras con riesgo de explosión, y para los hospitales u otras estructuras donde fallas en el sistema interno ponen en peligro de manera inmediata la vida humana. 2) Sólo para propiedades donde los animales pueden perderse. Tabla 2 – Riesgo en una estructura para cada tipo de daño y de pérdida Pérdida Daño L1 Pérdida de vida humana L2 Pérdida del servicio al público D1 RS Lesiones a los seres vivos D2 RF RF Daño físico D3 RO 2) RO Falla de sistemas eléctricos y electrónicos 1) Sólo para propiedades donde los animales se pueden perder. L3 Pérdida de herencia cultural L4 Pérdida de valor económico - RS 1) RF RF - RO 2) 2) Sólo para estructuras con riesgo de explosión, y para hospitales u otras estructuras donde falla de los sistemas internos pone el peligro de manera inmediata la vida humana. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 4.2 4.2.1 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 22 Riesgo y componentes del riesgo Riesgo El riesgo R es el valor promedio probable de pérdida anual. Para cada tipo de pérdida que pueda aparecer en una estructura o en un servicio, debe ser evaluado el riesgo asociado. Los riesgos a ser evaluados en una estructura pueden ser los siguientes: R1 : R2 : R3 : R4 : riesgo de pérdida de vida humana; riesgo de pérdida del servicio al público; riesgo de pérdida de herencia cultural; riesgo de pérdida de valor económico. Los riesgos a ser evaluados en un servicio pueden ser los siguientes: R '2 : riesgo de pérdida de un servicio al público; R '4 : riesgo de pérdida de valor económico. Para evaluar los riesgos R , deben definirse y calcularse los componentes de riesgo pertinentes (riesgos parciales dependiendo de la fuente y del tipo de daño). Cada riesgo R , es la suma de los componentes de riesgo. Cuando se calcula un riesgo, se pueden agrupar los componentes de riesgo de acuerdo a la fuente de daño y al tipo de daño. 4.2.2 RA : Componentes de riesgo para una estructura debido a rayos a la estructura Componente relacionado a lesiones a seres vivos causadas por tensiones de contacto y de paso en las zonas fuera de la estructura hasta 3 m. Pueden surgir pérdidas del tipo L1 y en el caso de infraestructuras de contención de ganado, pérdidas del tipo L4 con posible extravío de animales; Nota 1: No se considera en este documento el componente de riesgo causado por tensiones de contacto y de paso dentro de la estructura debido a los rayos en la estructura. Nota 2: En estructuras especiales, las personas pueden verse en peligro por impactos directos (por ejemplo, el nivel superior de un estacionamiento o de estadios). Estos casos pueden también considerarse utilizando los principios de este documento. RB : Componente relacionado al daño físico causado por chispas peligrosas dentro de la estructura que desatan incendio o explosión, que también pueden poner en peligro el medioambiente. Pueden surgir todos los tipos de pérdida (L1, L2, L3, L4). RC : Componente relacionado a fallas del sistema interno causadas por el pulso electromagnético del rayo. Pueden ocurrir pérdidas del tipo L2 y L4 en todos los casos junto con tipo L1, en el caso de estructuras con riesgo de explosión y hospitales u otras estructuras donde fallas del sistema interno pongan en peligro inmediatamente la vida humana. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 23 4.2.3 tura Componente de riesgo para una estructura debido a los rayos cercanos a la estruc- RM : Componente relacionado a fallas de los sistemas internos causadas por el pulso electromagnético del rayo. Pueden ocurrir pérdidas de los tipos L2 y L4 en todos los casos, junto con las de tipo L1 en el caso de estructuras con riesgo de explosión y hospitales u otras estructuras donde fallas de los sistemas internos ponen en peligro inmediatamente la vida humana. 4.2.4 Componentes de riesgo para una estructura debido a rayos a un servicio conectado a la estructura RU : Componente relacionado a lesiones a seres vivos causadas por tensiones de contacto dentro de la estructura, debido a las corrientes de rayo inyectadas en una línea que ingresa a la estructura. Pueden ocurrir también pérdidas del tipo L1 y, en caso de propiedades agrícolas, pérdidas del tipo L4 con posible extravío de animales. RV : Componente relacionado a daños físicos (incendio o explosión desatados por chispas peligrosas entre la instalación externa y partes metálicas, generalmente en el punto de entrada de la línea a la estructura) debido a la corriente eléctrica transmitida a través o a lo largo de los servicios entrantes. Pueden ocurrir todos los tipos de pérdida (L1, L2, L3, L4). RW : Componente relacionado a fallas en el sistema interno causadas por sobretensiones inducidas en las líneas entrantes y transmitidas a la estructura. Pueden ocurrir pérdidas del tipo L2 y L4 en todos los casos; así como también las del tipo L1 en el caso de estructuras con riesgo de explosión y hospitales u otras estructuras donde fallas en los sistemas internos ponen en peligro inmediatamente la vida humana. Nota: Los servicios considerados en este documento son sólo las líneas que entran a la estructura. No se consideran las descargas de rayos en o cercanas a cañerías como una fuente de daño basada en la unión de las cañerías a una barra de unión equipotencial. Este riesgo debe ser también considerado si no está provista la barra equipotencial. 4.2.5 Componente de riesgo para una estructura debido a los rayos cercanos a un servicio conectado a la estructura RZ : Componente relacionado a fallas de los sistemas internos causadas por sobretensiones inducidas en las líneas entrantes y transmitidas a la estructura. Pueden ocurrir pérdidas de los tipos L2 y L4; así como también del tipo L1 en el caso de estructuras con riesgo de explosión y hospitales u otras estructuras donde fallas en los sistemas internos ponen en peligro de manera inmediata la vida humana. Nota: Los servicios considerados en este documento son sólo las líneas que entran a la estructura. No se consideran las descargas de rayos en o cercanas a cañerías como una fuente de daño basada en la unión de las cañerías a una barra de unión equipotencial. Este riesgo debe ser también considerado si no está provista la barra equipotencial. 4.2.6 R 'V : Componentes de riesgo para un servicio debido a rayos sobre el servicio Componente relacionado a daños físicos debido a los efectos mecánicos y térmicos de la corriente de rayo. Pueden ocurrir pérdidas del tipo L’2 y L’4; R 'W : Componente relacionado a fallas del equipo conectado debido a sobretensiones por acoplamiento resistivo. Pueden ocurrir pérdidas de tipos L’2 y L’4. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 4.2.7 R 'Z : PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 24 Evaluación del riesgo Componente de riesgo para un servicio debido a impactos cercanos al servicio Componente relacionado a la falla de líneas y equipos conectados causados por sobretensiones inducidas en las líneas. Pueden ocurrir pérdidas de tipos L’2 y L’4. 4.2.8 Componentes de riesgo para un servicio debido a rayos a la estructura a la cual el servicio está conectado R 'B : Componente relacionado al daño físico debido a efectos mecánicos y térmicos de la corriente de rayo que circula a lo largo de la línea. Pueden ocurrir pérdidas de tipos L’2 y L’4. R'C : Componente relacionado a fallas del equipo conectado debido a sobretensiones por acoplamiento resistivo. Pueden ocurrir pérdidas de tipos L’2 y L’4. 4.3 Composición de los componentes de riesgo en relación a una estructura Los componentes de riesgo que se consideran para cada tipo de pérdida en una estructura están listados a continuación: R1 : Riesgo de pérdida de vida humana: R1 = RA + RB + RC + RM + RU + RV + RW + RZ 1) 1) 1) 1) (1) 1) Sólo para estructuras con riesgo de explosión y para hospitales con equipos eléctricos de reanimación u otras estructuras, cuando fallas de los sistemas internos ponen en peligro de manera inmediata la vida humana. R2 : Riesgo de pérdida de servicios al público: R2 = RB + RC + RM + RV + RW + RZ (2) R3 : Riesgo de pérdida de herencia cultural: R3 = RB + RV (3) R4 : Riesgo de pérdida de valor económico: R4 = RA + RB + RC + RM + RU + RV + RW + RZ 2) 2) 2) (4) Sólo para propiedades donde se puedan perder animales. Los componentes de riesgo que corresponden a cada tipo de pérdida están también combinados en la Tabla 3. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 25 Evaluación del riesgo Tabla 3 – Componentes de riesgo a ser considerados para cada tipo de pérdida en una estructura Fuente de daño Componente de riesgo Impacto de rayo sobre una estructura S1 RA RB * * Impacto de rayo cercano a una estructura S2 Impacto de rayo a una línea conectada a la estructura S3 Impacto de rayo cercano a una línea conectada a la estructura S4 RC RM RU RV RW RZ 1) * 1) * * * 1) * 1) * * * * * Riesgo para cada tipo de pérdida R1 R2 * R3 * R4 * 2) * * * * * * * * 2) * 1) Sólo para estructuras con riesgo de explosión, y para hospitales u otras estructuras donde fallas de los sistemas internos ponen en peligro de manera inmediata la vida humana. 2) Sólo para las propiedades donde se pueden extraviar animales. 4.3.1 Composición de los componentes de riesgo con referencia a la fuente de daño R = RD + RI (5) donde RD es el riesgo debido a los rayos que impactan en la estructura (fuente S1) que es definido como la suma: RD = RA + RB + RC (6) donde RI es el riesgo debido a los rayos que no impactan en la estructura, pero que tienen influencia sobre ella (fuentes: S2, S3 y S4). Está definido por la suma de: RI = RM + RU + RV + RW + RZ (7) Para los componentes de riesgo y sus composiciones dadas más arriba, ver también la Tabla 9. 4.3.2 Composición de los componentes de riesgo con referencia al tipo de daño R = RS + RF + RO (8) donde RS es el riesgo debido a las lesiones a seres vivos (D1) que está definido como la suma de: RS = RA + RU RF es el riesgo debido a daños físicos (D2) que está definido como la suma de: (9) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 26 RF = RB + RV (10) RO es el riesgo debido a fallas de los sistemas internos (D3) que está definido como la suma de: RO = RM + RC + RW + RZ (11) Ver también Tabla 9 para los componentes de riesgo y sus composiciones dadas más arriba. 4.4 Composición de los componentes de riesgo relacionados a un servicio A continuación se consideran los siguientes componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en un servicio. R '2 : riesgo de pérdida de servicio al público: R ' 2 = R ' V + R ' W + R ' Z + R ' B + R 'C (12) R '4 : riesgo de pérdida de valor económico: R'4 = R'V + R'W + R'Z + R'B + R'C (13) En la Tabla 4 están dados los componentes de riesgo a considerarse para cada tipo de pérdida en un servicio. Tabla 4 – Componentes de riesgo a considerarse para cada tipo de pérdida en un servicio Fuente del daño Rayo que impacta en el servicio S3 Rayo que impacta cerca del servicio S4 Rayo que impacta en la estructura S1 Componente de riesgo Riesgo para cada tipo de pérdida R 'V R 'W R'Z R'B R 'C R '2 R '4 * * * * * * * * * * 4.4.1 Composición de los componentes de riesgo en referencia a la fuente del daño R ' = R 'D + R 'I (14) donde R 'D es el riesgo debido a los rayos que impactan en el servicio (fuente S3); definido como la suma: R 'D = R 'V + R' W (15) R 'I es el riesgo debido a los rayos que influencian el servicio sin impactar en él (fuentes S1 y S4); definido como la suma de: R ' I = R ' B + R 'C + R ' Z (16) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 27 Evaluación del riesgo Ver también Tabla 11 para la composición de los componentes de riesgo para un servicio dados más arriba. 4.4.2 Composición de los componentes de riesgo en referencia al tipo de daño R ' = R ' F + R 'O (17) donde R 'F es el riesgo debido a daños físicos (D2); definido como la suma de: R 'F = R 'V + R 'B (18) R'O es el riesgo debido a fallas de los sistemas internos (D3); definido como la suma de: R 'O = R ' W + R ' Z + R 'C (19) Ver también Tabla 11 para la composición de los componentes de riesgo para un servicio dados más arriba. 4.5 4.5.1 Factores que influencian a los componentes de riesgo Factores que influencian los componentes de riesgo en una estructura En la Tabla 5 están dadas las características de una estructura y de sus posibles medidas de protección que influencian a los componentes de riesgo para una estructura. Tabla 5 – Factores que influencian a los componentes de riesgo en una estructura Características de la estructura o de los sistemas internos RA RB RC RM RU RV RW RZ Medidas de protección Área equivalente de exposición X X X X X X X X Resistividad de la superficie del suelo X Resistividad del suelo X Restricciones físicas, aislación, nota de advertencia, equipotencialización X X del suelo Sistema de protección contra las X1) X X2) X2) X3) X3) descargas eléctricas atmosféricas Protección coordinada de descargaX X X X dores de sobretensión Blindaje espacial X X Blindaje de las líneas externas X X X X Blindaje de las líneas internas X X Precauciones en la traza de líneas X X Red equipotencial X Precauciones contra incendio X X Sensibilidad al fuego X X Peligro especial X X Tensión resistida al impulso X X X X X X 1) En el caso de un sistema de protección contra el rayo “natural” o normalizado con conductores de bajada con un espaciado menor que 10 m, o donde se provee la restricción física, se desprecia el riesgo definido por lesiones a seres humanos causado por tensiones de contacto y de paso. 2) Sólo para los sistemas de protección contra rayos, exteriores mallados. 3) Debido a la unión equipotencial. 4.5.2 Factores que influyen en los componentes de riesgo en un servicio ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 28 Evaluación del riesgo En la Tabla 6 se dan las características del servicio, de la estructura conectada y de las posibles medidas de protección que influencian los componentes de riesgo. Tabla 6 – Factores que influencian los componentes de riesgo en un servicio Característica del servicio Medida de protección Área equivalente de exposición Cable blindado Cable protegido contra el rayo Conducto protegido contra el rayo Conductores con blindaje adicional Tensión resistida al impulso Descargadores de sobretensión 5 Evaluación del riesgo 5.1 Procedimiento básico R'V R 'W R'Z R 'B R 'C X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X La decisión de proteger una estructura o un servicio contra el rayo, así como la selección de las medidas de protección, deben ser llevadas a cabo de acuerdo a AEA 92305-1. Se debe aplicar el siguiente procedimiento: - identificación del objeto a proteger y sus características; - identificación de todos los tipos de pérdida en el objeto y su correspondiente riesgo R asociado ( R1 a R4 ); - evaluación del riesgo R para cada tipo de pérdida ( R1 a R4 ); - evaluación de la necesidad de protección, por comparación de riesgos R1 , R2 y R3 para una estructura ( R '2 para un servicio) con un riesgo tolerable RT ; - 5.2 evaluación del costo de efectividad de la protección, comparando los costos de las pérdidas totales con y sin medidas de protección. En este caso, la evaluación de los componentes de riesgo R4 para una estructura ( R '4 para un servicio) debe llevarse a cabo de manera tal de evaluar tales costos (ver Anexo G). Estructura a ser considerada para la evaluación de riesgo La estructura a ser considerada incluye: - la estructura en sí misma; - instalaciones en la estructura; - contenidos de la estructura; - personas en la estructura o paradas en las zonas hasta 3 m desde afuera de la estructura; - medioambiente afectado por el daño a la estructura. La protección no incluye los servicios conectados fuera de la estructura. Nota: La estructura a ser considerada puede estar subdividida en varias zonas (ver Cláusula 6). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 5.3 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 29 Servicio a ser considerado para la evaluación de riesgo El servicio a considerar es la conexión física entre: - el edificio de la central de telecomunicaciones y el edificio del usuario o dos edificios de centrales de telecomunicaciones o dos edificios de usuarios, para las líneas de telecomunicación (TLC); - el edificio de la central de telecomunicaciones o el edificio del usuario y un nodo de distribución, o entre dos nodos de distribución para las líneas de telecomunicación (TLC); - la subestación de alta tensión y el edificio del usuario, para las líneas de alimentación; - la estación principal de distribución y el edificio del usuario, para cañerías. El servicio a considerar incluye el equipo de línea y los equipos terminales, tales como: - multiplexores, amplificadores de potencia, acopladores ópticos, medidores, equipos terminales, etc.; interruptores, protección contra sobrecorrientes, medidores, etc.; sistemas de control, sistemas de seguridad, medidores, etc. La protección no incluye el equipo del usuario o cualquier estructura conectada en los terminales del servicio. 5.4 Riesgo tolerable RT Es responsabilidad de la autoridad de aplicación con competencia en el tema establecer el valor del riesgo tolerable. En la Tabla 7 se dan los valores representativos del riesgo tolerable RT , donde las descargas de rayos implican pérdida de vida humana o pérdida de valor social o cultural. Tabla 7 – Valores típicos del riesgo tolerable RT Tipos de pérdida RT ( y −1 ) Pérdida de vida humana o lesiones permanentes 10-5 Pérdida del servicio al público 10-3 Pérdida de herencia cultural 10-3 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 5.5 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 30 Procedimiento específico para evaluar la necesidad de protección De acuerdo con AEA 92305-1, se deben considerar los siguientes riesgos en la evaluación de la necesidad de protección contra la descarga de rayo a un objeto: - riesgos R1 , R2 y R3 para una estructura; - riesgos R '1 y R '2 para un servicio. Para cada riesgo a considerar se deben seguir los siguientes pasos: - identificación de los componentes RX que hacen al riesgo; - cálculo de los componentes de riesgo RX identificados ; cálculo del riesgo total R (ver 4.3); identificación del riesgo tolerable RT ; - comparación del riesgo R con el valor tolerable RT . Si R ≤ RT , la protección contra el rayo no es necesaria. Si R > RT , las medidas de protección deben ser adoptadas para reducir R ≤ RT para todos los riesgos a los cuales el objeto está sujeto. En la Figura 1 se da el procedimiento para evaluar la necesidad de protección. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 31 Identificar la estructura a proteger Identificar los tipos de pérdidas relativos a la estructura o al servicio a proteger Para cada tipo de pérdida: * Identificar el riesgo tolerable R T * Identificar y calcular todas las componentes de riesgo relevantes R X Calcular R = RX R > RT NO Estructura o servicio protegido para este tipo de pérdidas SI Instalar medidas de protección adecuadas convenientes para reducir R IEC 2082/05 Figura 1 – Procedimiento para decidir la necesidad de protección 5.6 Procedimiento para evaluar el costo de efectividad de la protección Además de la necesidad de protección contra el rayo para una estructura o para un servicio, puede ser útil averiguar los beneficios económicos de instalar medidas de protección para reducir la pérdida económica L4. La evaluación de los componentes de riesgo R4 para una estructura ( R '4 para un servicio) le permite al usuario evaluar el costo de la pérdida económica con y sin las medidas de protección (ver Anexo G). El procedimiento para averiguar el costo de efectividad de protección requiere: - identificación de los componentes RX que hacen al riesgo R4 para la estructura ( R '4 para un servicio); - cálculo de los componentes de riesgo RX identificados en ausencia de nuevas/adicionales medidas de protección; ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 32 - cálculo del costo anual de pérdida debido a cada componente de riesgo RX ; - cálculo del costo anual CL de la pérdida total en ausencia de medidas de protección; adopción de las medidas de protección seleccionadas; cálculo de los componentes de riesgo RX con las medidas de protección seleccionadas presentes; cálculo del costo anual de la pérdida residual debido a cada componente de riesgo RX en la estructura o servicio protegido; cálculo del costo total anual CRL de pérdida residual con las medidas de protección seleccionadas presentes; cálculo del costo anual CPM de las medidas de protección seleccionadas; comparación de costos. - Si C L < C RL +C PM , la protección contra el rayo puede no ser efectiva en costos. Si C L ≥ C RL +C PM , las medidas de protección pueden probar que ahorran dinero a lo largo de la vida de la estructura o del servicio. El procedimiento para evaluar la efectividad de costos de la protección está esbozado en la Figura 2. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 33 Evaluación del riesgo Identificar el valor de: * la estructura y sus actividades * instalaciones internas Calcular todas las componentes de riesgo RX relativas a R 4 Calcular el costo anual CL de las pérdidas totales y el costo C RL de las pérdidas residuales en presencia de medidas de protección (ver Anexo G) Calcular el costo anual CPM de las medidas de protección seleccionadas C P M+ CR L > C L SI No es rentable adoptar medidas de protección NO Es rentable adoptar medidas de protección IEC 2083/05 Figura 2 – Procedimiento para evaluar la rentabilidad de las medidas de protección 5.7 Medidas de protección Las medidas de protección están dirigidas a reducir el riesgo de acuerdo al tipo de daño. Las medidas de protección deben ser consideradas efectivas sólo si están conformes a los requerimientos de las siguientes normas asociadas: - AEA 92305-3 para la protección contra lesiones a seres vivos y daño físico en una estructura; AEA 92305-4 para la protección contra fallas de los sistemas internos; AEA 92305-5 para la protección de servicios. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 5.8 Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 34 Selección de las medidas de protección La selección de las medidas de protección más apropiadas debe ser hecha por el proyectista de acuerdo a la porción que cada componente de riesgo tiene en el total de riesgo R y de acuerdo a los aspectos técnicos y económicos de las diferentes medidas de protección. Deben ser identificados parámetros críticos para determinar la medida más eficiente para reducir el riesgo R . Para cada tipo de pérdida, hay un número de medidas de protección que, individualmente o en combinación, hacen a la condición R ≤ RT . La solución a ser adoptada debe ser a partir de esta condición teniendo en cuenta los aspectos técnicos y económicos. Un procedimiento simplificado para la selección de medidas de protección está dado en los diagramas de flujo de la Figura 3 para estructuras y la Figura 4 para servicios. En cualquier caso, el instalador o planificador debe identificar los componentes de riesgo más críticos y reducirlos, también teniendo en cuenta los aspectos económicos. Identificar la estructura a ser protegida Identificar los tipos de pérdidas relativos a la estructura Para cada tipo de pérdida identificar y calcular las componentes de riesgo RA , RB , R C , R M , RU , RV , RW , RZ NO R > RT Estructura protegida SI Nuevos valores calculados de las componentes de riesgo ¿Está instalado el LPS? NO RB > RT SI NO ¿Está instalado el LPMS? SI NO SI Instalar un tipo adecuado de LPS Instalar un adecuado LPMS Instalar otra medida de protección IEC 2084/05 Figura 3 – Procedimiento para la selección de las medidas de protección en estructuras PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 35 Evaluación del riesgo Identificar el servicio a proteger Identificar los tipos de pérdidas relativos al servicio Para cada tipo de pérdida identificar y calcular las componentes de riesgo R'B , R'C , R'V , R'W , R'Z R' > RT NO Servicio protegido SI ¿Está instalado el DPS? Nuevos valores calculados de las componentes de riesgo ¿Está la línea blindada? SI SI NO NO NO R'Z > R T SI Instalar un adecuado SPD Instalar una malla adecuada Instalar otra medida de protección IEC 2085/05 Figura 4 – Procedimiento para la selección de medidas de protección en servicios 6 Evaluación de los componentes de riesgo para una estructura 6.1 Ecuación básica Cada componente de riesgo RA , RB , RC , RM , RU , RV , RW y RZ , como se describe en la Cláusula 4, puede ser expresado por la siguiente ecuación general RX = N X ⋅ PX ⋅ LX donde N X es el número de eventos peligrosos por año (ver también Anexo A); PX LX es la probabilidad del daño a una estructura (ver también Anexo B); es la pérdida consecuente (ver también Anexo C). (20) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Nota 1: PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 36 El número de eventos peligrosos está afectado por la densidad de descargas de rayos a tierra ( N g ) y por las características físicas del objeto a ser protegido, sus alrededores y el suelo. Nota 2: La probabilidad del daño protección provistas. PX es afectada por las características del objeto a ser protegido y por las medidas de Nota 3: La pérdida consecuente LX es afectada por el uso al cual el objeto es asignado, la asistencia de personas, el tipo de servicio provisto al público, el valor de los bienes afectados por el daño y las medidas provistas para limitar la cantidad de pérdidas. 6.2 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos sobre la estructura (S1) La siguiente relación se aplica para la evaluación de los componentes de riesgo relacionados a las descargas de rayos a la estructura: - componente relacionado a lesiones a seres vivos (D1) RA = N D ⋅ PA ⋅ LA (21) - componente relacionado al daño físico (D2) RB = N D ⋅ PB ⋅ LB (22) - componente relacionado a fallas de los sistemas internos (D3) RC = N D ⋅ PC ⋅ LC (23) En la Tabla 8 se brindan parámetros para evaluar estos componentes de riesgo. 6.3 Evaluación del componente de riesgo debido a rayos cercanos a la estructura (S2) La siguiente relación se aplica para la evaluación del componente de riesgo relacionado a las descargas de rayos cercanos a la estructura: - componente relacionado a fallas de los sistemas internos (D3) RM = N M ⋅ PM ⋅ LM (24) En la Tabla 8 se dan los parámetros para la evaluación de esta componente de riesgo. 6.4 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos a una línea conectada a la estructura (S3) Las siguientes relaciones se aplican para la evaluación de los componentes de riesgo relacionados a las descargas de rayos a una línea entrante: - componente relacionado a lesiones a seres vivos (D1) RU = ( N L + N Da ) ⋅ PU ⋅ LU (25) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 37 - componente relacionado a daño físico (D2) RV = ( N L + N Da ) ⋅ PV ⋅ LV (26) - componente relacionado a fallas de los sistemas internos (D3) RW = ( N L + N Da ) ⋅ PW ⋅ LW (27) En la Tabla 8 se dan los parámetros para la evaluación de estas componentes de riesgo. Si la línea tiene más de una sección (ver 7.6), los valores de RU , RV y RW son la suma de los valores de RU , RV y RW asociados a cada sección de la línea. Se consideran aquellas secciones que están entre la estructura y el primer nodo de distribución. En el caso de una estructura con más de una línea conectada con diferente traza, los cálculos deben ser llevados a cabo para cada línea. 6.5 Evaluación del componente de riesgo debido a rayos cercanos a una línea conectada a una estructura (S4) Las siguientes relaciones se aplican para la evaluación de la componente de riesgo relacionada a la descarga de rayos cercanos a una línea conectada a una estructura: - componente relacionado a la falla de los sistemas internos (D3) RZ = ( N I − N L ) ⋅ PZ ⋅ LZ (28) En la Tabla 8 se dan los parámetros para evaluar esta componente de riesgo. Si la línea tiene más de una sección (ver 7.6), el valor de RZ es la suma de las componentes RZ asociadas a cada sección de la línea. Estas secciones a considerar son aquellas entre la estructura y el primer nodo de distribución. Nota: Se da información detallada para las líneas de telecomunicaciones en la Recomendación ITU K.46. En el caso de una estructura con más de una línea conectada con diferente traza, los cálculos deben ser llevados a cabo para cada línea. A los propósitos de esta evaluación, si ( N I − N L ) < 0 , entonces se supone ( N I − N L ) = 0 . PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 38 Evaluación del riesgo Tabla 8 – Parámetros asociados a la evaluación de las componentes de riesgo para una estructura Símbolo Denominación Valor de acuerdo a Promedio anual del número de eventos peligrosos debidos a rayos ND NM NL - a la estructura Cláusula A.2 - cercanos a la estructura Cláusula A.3 - a una línea entrando a la estructura Cláusula A.4 - cercano a una línea entrando a la estructura - a la estructura en el extremo “a” de la línea (ver Figura 5) Probabilidad de que un rayo a una estructura cause NI N Da PA PB PC Cláusula A.5 Cláusula A.2 - lesiones a seres vivos Cláusula B.1 - daño físico Cláusula B.2 - falla de los sistemas internos Cláusula B.3 Probabilidad de que un rayo cercano a una estructura cause - falla de los sistemas internos PM Cláusula B.4 Probabilidad de que un rayo a una línea cause PU - lesiones a seres vivos Cláusula B.5 PV - daño físico Cláusula B.6 PW - falla de los sistemas internos Cláusula B.7 Probabilidad de que un rayo cercano a una línea cause - falla de los sistemas internos PZ Cláusula B.8 Pérdida debido a LA = LU = rA ⋅ Lt - lesiones a seres vivos LB = LV = rp ⋅ rf ⋅ hZ ⋅ L f - daño físico LC = LM = LW = LZ = Lo - falla de los sistemas internos Cláusula C.2 Cláusulas C.2, C.3, C.4, C.5 Cláusulas C.2, C.3, C.5 Nota: En el Anexo C y Tablas C.2, C.3, C.4 y C.5 están dados los valores de pérdidas rf que reducen la pérdida y el factor hZ que aumenta la pérdida. 3 Ha 3 Hb Hb Lt , Lf , Lo ; factores rp , ra , ru , a Ha b Sección 1 (enterrada) Sección 2 (aérea) IEC 2086/05 Figura 5 – Estructuras en los extremos de línea: en el extremo “b” la estructura a proteger (estructura b) y en el extremo “a” una estructura adyacente (estructura a) 6.6 Resumen de los componentes de riesgo en una estructura En la Tabla 9 están resumidos los componentes de riesgo para estructuras, de acuerdo a los diferentes tipos de daño y las diferentes fuentes de daño. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 39 Evaluación del riesgo Tabla 9 – Componentes de riesgo para una estructura para los diferentes tipos de daño causado por diferentes fuentes Fuente del daño Daño D1 Lesiones a seres vivos S2 Descarga de un rayo cercano a una estructura S3 Descarga de un rayo a un servicio entrante R A = N D . PA . rA . Lt --- RU = ( N L + N Da ) . PU . rU . Lt RB = N D . PB . rp D2 Daño físico D3 Falla de los sistemas eléctrico y electrónico Riesgo resultante de acuerdo a la fuente de daño S1 Descarga de un rayo a una estructura . hZ . r f . L f RC = N D . PC . Lo RD = RA + RB + RC S4 Descarga de un rayo cercano a un servicio Riesgo resultante de acuerdo al tipo de daño --- RS = RA + RU --- RF = RB + RV RV = (N L + N Da ) --- . PV . rP . hZ . r f . L f RM = N M . PM . Lo RW = ( N L + N Da ) RZ = ( N I − N L ) . PZ . Lo . PW . Lo RO = RC + RM + RW + RZ RI = RM + RU + RV + RW + RZ --- Si la estructura se divide en zonas Z S (ver 6.7), debe ser evaluado cada componente de riesgo para cada zona Z S . El riesgo total R de la estructura es la suma de los componentes de riesgo asociados a las zonas Z S que constituyen la estructura. 6.7 Partición de una estructura en zonas Z S Para evaluar cada componente de riesgo, una estructura puede ser dividida en zonas Z S cada una con características homogéneas. Sin embargo, una estructura puede ser, o puede ser asumida como, una sola zona. Las zonas Z S están principalmente definidas por - el tipo de suelo o de piso (componentes de riesgo RA y RU ), - compartimientos a prueba de incendio (componentes de riesgo RB y RV ), - blindajes espaciales (componentes de riesgo RC y RM ). Puede ser definidas zonas adicionales de acuerdo a - distribución de los sistemas internos (componentes de riesgo RC y RM ), - medidas de protección existentes o a ser provistas (todos los componentes de riesgo), - valores de pérdidas LX (todos los componentes de riesgo). La partición de una estructura en zonas Z S debe tener en cuenta la factibilidad de la implementación de las medidas de protección más apropiadas. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA 6.8 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 40 Evaluación de los componentes de riesgo en una estructura con zonas Z S Reglas para evaluar los componentes de riesgo dependiendo del tipo de riesgo. 6.8.1 Riesgos R1 , R2 y R3 6.8.1.1 Estructura de una sola zona En este caso está definida sólo una zona Z S conformada por la estructura entera. De acuerdo a 6.7, el riesgo R es la suma de los componentes de riesgo RX en la estructura. Las siguientes reglas se aplican para la evaluación de los componentes de riesgo y la selección de los parámetros relevantes involucrados: - deben evaluarse de acuerdo al Anexo A los parámetros relativos al número N de eventos peligrosos; - deben evaluarse de acuerdo al Anexo B los parámetros relativos a la probabilidad P . Además: - para los componentes RA , RB , RU , RV , RW y RZ , un solo valor será fijado para cada parámetro involucrado. Donde sea aplicable más de un valor, debe elegirse el mayor. - para los componentes RC y RM , si más de un sistema interno está involucrado en la zona, los valores de PC y PM están dados por: PC = 1 − (1− PC1 ) ⋅ (1− PC2 ) ⋅ (1− PC3 ) (29) PM = 1− (1− PM1 ) ⋅ (1− PM2 ) ⋅ (1− PM3 ) (30) donde PCi y PMi son parámetros relevantes al sistema interno i. - Los parámetros asociados a la cantidad L de pérdida deben evaluarse de acuerdo al Anexo C. Los valores promedio típicos derivados del Anexo C pueden ser presumidos para la zona, de acuerdo al uso de la estructura. Con la excepción hecha para PC y PM , si más de un valor de cualquier otro parámetro existe en una zona, el valor del parámetro que lleva al valor de riesgo más alto debe ser tomado en cuenta. Definir la estructura con una sola zona puede llevar a medidas de protección costosas, porque cada medida debe extenderse a la estructura entera. 6.8.1.2 Estructura multi-zona En este caso, la estructura está dividida en múltiples zonas Z S . El riesgo para la estructura es la suma de los riesgos relevantes a todas las zonas de la estructura; en cada zona, el riesgo es la suma de todos los componentes de riesgo relevantes en la zona. Las reglas de 6.8.1.1 se aplican para la evaluación de los componentes de riesgo y la selección de los parámetros relevantes involucrados. Dividir una estructura en zonas permite al proyectista tener en cuenta las características peculiares de cada parte de la estructura en la evaluación de los componentes de riesgo y para seleccionar las me- ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 41 didas de protección más apropiadas hechas a medida zona por zona, reduciendo así el costo total de la protección contra el rayo. 6.8.2 Riesgo R4 Haya o no necesidad de determinar protección para reducir los riesgos R1 , R2 y R3 , es útil evaluar la conveniencia económica al adoptar las medidas de protección para reducir el riesgo de pérdida económica R4 . Los ítems para los cuales la evaluación de riesgo R4 debe ser llevada a cabo debe ser definidos según: - la estructura completa; una parte de la estructura; una instalación interna; una parte de una instalación interna; una pieza del equipo; los contenidos de la estructura. Se debe evaluar el costo de la pérdida en una zona de acuerdo al Anexo G. El costo total de pérdida para una estructura es la suma del costo de pérdida de todas las zonas. 7 Evaluación de los componentes para un servicio 7.1 Ecuación básica Cada componente de riesgo R 'V , R 'W , R 'Z , R 'B y R 'C , descripto en la Cláusula 4, puede ser expresado por la siguiente ecuación general: R'X = N X ⋅ P'X ⋅ L'X (31) donde N X es el número de eventos peligrosos (ver también Anexo A); P 'X es la probabilidad de daño a un servicio (ver también Anexo D); L'X es la pérdida consecuente (ver también Anexo E). 7.2 Evaluación de los componentes debido a rayos a un servicio (S3) Las siguientes relaciones se aplican para la evaluación de los componentes de riesgo relacionados a las descargas de rayos a un servicio: - componente relacionado a daño físico (D2) R 'V = N L ⋅ P'V ⋅ L'V (32) - componente relacionado a fallas en los equipos conectados (D3) R ' W = N L ⋅ P' W ⋅ L' W (33) En la Tabla 10 se dan los parámetros para evaluar estos componentes de riesgo. 7.3 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos cercanos al servicio (S4) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 42 Las siguientes relaciones se aplican para la evaluación del componente de riesgo relacionado a la descarga de rayos cercanos a un servicio: - componente relacionado a fallas de los equipos conectados (D3) R ' Z = ( N I − N L ) ⋅ P ' Z ⋅ L' Z (34) En la Tabla 10 se dan los parámetros para la evaluación de esta componente de riesgo. A los propósitos de esta evaluación, si ( N I − N L ) < 0 , entonces debe considerarse ( N I − N L ) = 0 . 7.4 Evaluación de los componentes de riesgo debido a rayos que impactan sobre estructuras a las cuales está conectado el servicio (S1) La siguiente relación se aplica para la sección del servicio conectada a la estructura, para la evaluación de los componentes de riesgo relacionados a las descargas de rayos a cada estructura, a las cuales está conectado un servicio: - componente relacionado al daño físico (D2) R ' B = N D ⋅ P ' B ⋅ L' B (35) - componente relacionado a fallas del equipo (D3) R 'C = N D ⋅ P 'C ⋅ L' C (36) En la Tabla 10 se dan los parámetros para la evaluación de este componente de riesgo. Tabla 10 – Parámetros asociados a la evaluación de los componentes de riesgo para un servicio Símbolo Denominación Número anual promedio de rayos ND NL NI Valor de acuerdo a - a la estructura conectada al servicio Cláusula A.2 - al servicio Cláusula A.4 - cercano al servicio Cláusula A.5 Probabilidad de que un rayo a una estructura adyacente cause P 'B P 'C - daño físico Subcláusula D.1.1 - fallas del equipo en servicio Subcláusula D.1.1 Probabilidad de que un rayo al servicio cause P'V - daño físico Subcláusula D.1.2 P'W - fallas del equipo en servicio Subcláusula D.1.2 Probabilidad de que un rayo cercano a un servicio cause P'Z - fallas del equipo en servicio Subcláusula D.1.3 Pérdida debida a L ' B = L ' V = L 'f L 'C = L ' W = L ' Z = L '0 7.5 - daño físico Tabla E.1, Ecuación (E.2) - fallas del equipo en servicio Tabla E.1, Ecuación (E.3) Resumen de los componentes de riesgo para un servicio Los componentes de riesgo para un servicio están resumidos en la Tabla 11, de acuerdo a los diferentes tipos y fuentes de daño. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 43 Tabla 11 – Componentes de riesgo para un servicio para los diferentes tipos de daño causados por diferentes fuentes Fuente del daño Tipo de daño D2 Daño físico D3 Falla de los sistemas eléctricos y electrónicos Riesgo resultante de acuerdo a la fuente de daño S3 Descarga de rayo a un servicio S4 Descarga de rayo cercana a un servicio S1 Descarga de rayo a una estructura Riesgo resultante de acuerdo al tipo de daño R 'V = N L . P 'V . L'V --- R' B = N D . P' B . L' B RF = R'V + R' B R 'W = N L . P'W . L'W R ' Z = ( N I − N L ). P ' Z . L' Z R 'C = N D . P 'C . L'C RO = R'Z + R'W + R'C RD = R'V + R'W RI = R'Z + R'B + R'C --- Si el servicio es dividido en secciones SS (ver 7.6), los componentes de riesgo R 'V , R 'W y R 'Z del servicio deben ser evaluados como la suma de los componentes de riesgo asociados a cada sección del servicio. El componente de riesgo R 'Z debe ser evaluado en cada punto de transición (ver AEA 92305-5) del servicio y el valor más alto debe ser tomado como el valor de R 'Z . Nota: Se da información detallada para las líneas de telecomunicaciones en la Recomendación ITU K.46. Los componentes de riesgo R 'B y R 'C del servicio deben ser evaluados como la suma de los componentes de riesgo asociados a cada estructura conectada al servicio. El riesgo total R del servicio es la suma de los componentes de riesgo R 'B , R 'C , R 'V , R 'W y R 'Z . Partición de un servicio en secciones SS 7.6 Para evaluar cada componente de riesgo, el servicio puede ser dividido en secciones SS . Sin embargo, un servicio puede ser, o puede tomarse como, una sola sección. Para todos los componentes de riesgo ( R 'B , R 'C , R 'V , R 'W , R 'Z ) las secciones SS están principalmente definidas por: - tipo de servicio (aéreo o subterráneo); factores que afectan el área equivalente ( Cd , Ce , Ct ); características del servicio (tipo de aislación del cable, resistencia del blindaje). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 44 Más secciones pueden ser definidas de acuerdo a: - tipo de equipo conectado; medidas de protección existentes o a ser provistas. La partición de un servicio en secciones debe tener en cuenta la factibilidad de la implementación de las medidas de protección más apropiadas. Si en una sección existe más de un valor de un parámetro, debe ser tomado el valor que lleva hacia el valor de riesgo más alto. El operador de redes o el propietario del servicio deben evaluar la cantidad relativa de pérdida de servicio esperada por año. Si esta evaluación no puede ser llevada a cabo, se sugieren valores representativos en el Anexo E. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 45 Anexo A (Informativo) Evaluación del número anual N de eventos peligrosos A.1 Generalidades El número promedio anual N de eventos peligrosos debidos a las descargas de rayo que impactan en un objeto a proteger, depende de la actividad de tormentas de la región donde el objeto está localizado y de las características físicas del mismo. Para calcular el número N , se acepta generalmente multiplicar la densidad de rayos a tierra N g por un área equivalente de superficie del objeto y teniendo en cuenta los factores de corrección debido a las características físicas del objeto. La densidad de rayos a tierra N g es el número de las descargas de rayos por km2 por año. Este valor está disponible desde las estaciones de localización de rayos a tierra en muchas partes del mundo. Nota: Si un diagrama de Ng no está disponible en regiones templadas puede ser estimado por: N g ≈ 0,1Td donde Td (A.1) son los días de tormenta por año (que pueden ser obtenidos de diagramas isoceraúnicos). Los eventos que se pueden considerar como peligrosos para una estructura a proteger son: - rayos directos a la estructura; rayos cercanos a la estructura; rayos directos al servicio que ingresa en la estructura; rayos cercanos al servicio que ingresa en la estructura; rayos a una estructura a la cual está conectada un servicio. Los eventos que se pueden considerar como peligrosos para un servicio a proteger son - rayos directos al servicio rayos cercanos al servicio rayos a la estructura a la cual está conectada el servicio. A.2 Evaluación del número promedio anual de eventos peligrosos debidos a rayos a la estructura N D y a una estructura conectada al extremo “a” de una línea N Da A.2.1 Determinación del área equivalente Ad Para estructuras aisladas en terreno plano, el área equivalente Ad es el área definida por la intersección entre la superficie del suelo y una línea recta con una pendiente de 1/3 que pasa de las partes superiores de la estructura (tocándola) y rotando alrededor de ella. Se puede llevar a cabo la determinación del valor de Ad gráfica o matemáticamente. Estructura rectangular Para una estructura rectangular aislada con longitud L , ancho W , y altura H sobre un suelo plano, el área equivalente es igual a: ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 46 Evaluación del riesgo Ad = L ⋅W + 6 ⋅ H ⋅ ( L + W ) + 9 ⋅π ⋅ ( H ) 2 (A.2) con L , W y H expresados en metros (ver Figura A.1). Nota: Una evaluación más precisa puede ser obtenida considerando la altura relativa de una estructura con respecto a los objetos que la rodean o al suelo, dentro de una distancia de 3H de la estructura. 1:3 H 3H W L IEC 2087/05 Figura A.1 – Área equivalente Ad para una estructura aislada A.2.1.1 Estructura de forma compleja Si la estructura tiene una forma compleja tales como protuberancias o salientes elevadas por sobre el techo (ver Figura A.2), se debe utilizar un método gráfico para evaluar Ad (ver Figura A.3), porque las diferencias pueden ser muy grandes si se utilizan las dimensiones máximas ( Admáx ) o mínimas ( Admín ) (ver Tabla A.1). Un valor aproximado aceptable del área equivalente es el máximo entre Admín y el área equivalente atribuida a la protuberancia elevada sobre el techo A'd . A'd puede ser calculada por: A'd = 9 .π . ( H p ) 2 donde H p es la altura de la protuberancia. (A.3) PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 47 Evaluación del riesgo En la Tabla A.1 se dan los diferentes valores del área equivalente de acuerdo con los métodos antes indicados. Tabla A.1 – Valores del área equivalente según el método de evaluación Estructura (dimensiones máximas) Estructura (dimensiones mínimas) Altura de la saliente Método gráfico m ( L ,W , H ) Ver Figura A.2 70 . 30 . 40 70 . 30 . 25 40 m2 Ad = 47700 Admáx = 71316 Admín = 34770 A'd = 45240 Ver Figura A.3 Ver Figura A.3 Dimensiones de la estructura L = 70 8 W = 30 8 Hp = Hmáx= 40 Hmín= 25 IEC 2088/05 Figura A.2 – Estructura de forma compleja Hp PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 48 3Hmín 3Hp = 3Hmáx A dmin Estructura rectangular con H =Hmín Fórmula (A.2) A'd Saliente con H = Hp = Hmáx Ad Area equivalente determinada utilizando el método gráfico Fórmula (A.3) IEC 2089/05 Figura A.3 – Diferentes métodos para determinar el área equivalente para la estructura de la Figura A.2 A.2.1.2 Estructura como parte de un edificio En aquellos lugares donde la estructura S a considerar consiste sólo de una parte de un edificio B, las dimensiones de la estructura S pueden ser usadas en la evaluación de Ad siempre que se vean satisfechas las siguientes condiciones (ver Figura A.4): - - la estructura S es una parte separada verticalmente del edificio B; el edificio B no tiene riesgo de explosión; la propagación del incendio entre la estructura S y otras partes del edificio B se evita por medio de paredes con resistencia al fuego de 120 minutos (F120) o por medio de otras medidas de protección equivalentes; la propagación de sobretensiones a lo largo de las líneas comunes, de haberlas, se evita por medio de los DPS instalados en el punto de entrada de tales líneas en la estructura o por medio de otra medida de protección equivalente. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 49 Nota: La resistencia al fuego F120 es equivalente a la designación internacional REI 120. Para definición e información del REI ver el Boletín Oficial de la Unión Europea, 1994/28/02, n. C 62/63. Donde estas condiciones no se vean satisfechas, deben ser utilizadas las dimensiones de todo el edificio B. B S 1 1, 2, 3, 5, 6, 7 2 B S B 3 4, 8 4 B Referencias: B edificio o parte del mismo para el cual se requiere protección (se necesita evaluación de Ad ) B Parte del edificio para el cual se no se requiere protección (no se necesita evaluación de Ad) B 5 6 A C.C. S estructura a considerar para la evaluación del riesgo (las dimensiones S son utilizadas para la evaluación Ad ) Partición REI > 120 Partición REI < 120 B B 7 A C.C. 8 A A C.C. C.C. Equipos Sistema interno DPS IEC 2090/05 Figura A.4 – Estructura a ser considerada para la evaluación del área equivalente Ad A.2.2 Ubicación relativa de la estructura La ubicación relativa de una estructura, depende de los objetos que la rodean o de la exposición de la estructura, teniendo en cuenta un factor de ubicación Cd (ver Tabla A.2). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 50 Tabla A.2 – Factor de ubicación Cd Ubicación relativa Objeto rodeado de objetos más altos o árboles Objeto rodeado de objetos o árboles de la misma altura o más bajos Objeto aislado: no hay otros objetos en los alrededores Objeto aislado en la cima de una colina o un montículo A.2.3 Cd 0,25 0,5 1 2 Número de eventos peligrosos N D para una estructura (extremo “b” de un servicio) N D puede ser evaluada como el producto: N D = N g . Ad/b .Cd/b .10 −6 (A.4) donde N g es la densidad de rayos a tierra (número de rayos a tierra / km2 . año); Ad/b es el área equivalente de una estructura aislada [m2] (ver Figura A.1); Cd/b es el factor de ubicación de la estructura (ver Tabla A.2). A.2.4 Número de eventos peligrosos N Da para una estructura adyacente (extremo “a” de un servicio) El promedio anual del número de eventos peligrosos debido a los rayos a una estructura en el extremo “a” de una línea N Da (ver 6.5 y Figura 5) puede ser evaluado como el producto: N Da = N g . Ad/a .Cd/a .C t .10 −6 (A.5) donde N g es la densidad de rayos a tierra (número de rayos a tierra / km2 . año); Ad/a es el área equivalente de una estructura adyacente aislada [m2] (ver Figura A.1); Cd/a es el factor de ubicación de la estructura adyacente (ver Tabla A.2); Ct es el factor de corrección por la presencia de un transformador de HV/LV en el servicio al cual la estructura está conectada, localizado entre el punto de impacto y la estructura (ver Tabla A.4). Este factor se aplica a las secciones de líneas aguas arriba del transformador con respecto a la estructura. A.3 Evaluación del promedio anual del número de eventos peligrosos debido a los rayos cercanos a la estructura N M N M puede ser evaluado como el producto: N M = N g . ( Am − Ad/b .Cd/b ) . 10 −6 donde N g es la densidad de rayos a tierra (número de rayos a tierra / km2 . año); Am es el área equivalente para los impactos cercanos a la estructura [m2]. (A.6) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 51 El área equivalente Am se extiende hasta una línea situada a una distancia de 250 m desde el perímetro de la estructura (ver Figura A.5). Si N M < 0 , debe ser utilizarse N M = 0 en la evaluación. A.4 Evaluación del promedio anual del número de eventos peligrosos debido a los impactos directos a un servicio N L Para un servicio de una sola sección, N L puede ser calculado por: N L = N g . AI . Cd .C t .10 −6 (A.7) donde N g es la densidad de rayos a tierra (número de rayos a tierra / km2 . año); es el área equivalente para los impactos directos al servicio [m2] (ver Tabla A.3 y Figura A.5); AI Cd es el factor de ubicación del servicio (ver Tabla A.2); es el factor de corrección por la presencia de un transformador de HV/LV en el servicio al cual la estructura está conectada, localizado entre el punto de impacto y la estructura (ver Tabla A.4). Este factor se aplica a las secciones de líneas aguas arriba del transformador con respecto a la estructura. Ct Tabla A.3 – Áreas equivalentes AI y Ai que dependen de las características del servicio Aéreo Subterráneo AI [ Lc − 3 ( H a + H b )] 6 H c [ Lc − 3 ( H a + H b )] ρ Ai 1000 Lc 25 Lc ρ donde AI Ai Hc es el área equivalente de rayos que impactan al servicio [m2]; Lc es la longitud de la sección del servicio desde la estructura al primer nodo [m]. Debe conside- es el área equivalente para los impactos cercanos al servicio [m2]; es la altura de los conductores del servicio sobre el suelo [m]; rarse un valor máximo Lc =1000 m ; es la altura de la estructura conectada en el extremo “a” del servicio [m]; Ha Hb es la altura de la estructura conectada en el extremo “b” del servicio [m]; ρ es la resistividad del suelo donde el servicio está enterrado [Ω . m] . Debe considerarse un valor máximo ρ = 500 Ω . m . Para los propósitos de este cálculo: - cuando el valor de Lc es desconocido, se adoptará Lc =1000 m ; cuando el valor de la resistividad del suelo es desconocida, se adoptará ρ = 500 Ω . m ; para los cables totalmente enterrados dentro de una malla de puesta a tierra, puede asumirse AI = Ai = 0 para el área equivalente; se debe asumir como la estructura a proteger aquella conectada en el extremo “b” del servicio. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Nota: K.47. AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 52 Evaluación del riesgo Más información acerca de las áreas equivalentes AI y Ai pueden obtenerse en las Recomendaciones ITU K.46 y Tabla A.4 – Factor de transformador Ct Ct Transformador Servicio con un transformador de dos arrollamientos Servicio único 0,2 1 A.5 Evaluación del promedio anual del número de eventos peligrosos debido a los rayos cercanos al servicio N I Para un servicio de una sola sección (aéreo, subterráneo, blindado, no blindado, etc.), el valor de N I puede ser calculado por: N I = N g . Ai .Ce .C t . 10 −6 (A.8) donde Ng es la densidad de rayos a tierra (número de rayos a tierra / km2 . año); Ai Ce es el área equivalente para los impactos cercanos al servicio [m2] (ver Tabla A.3 y Figura A.5) Ct es el factor de medioambiente (ver Tabla A.5); es el factor de corrección por la presencia de un transformador de HV/LV en el servicio al cual la estructura está conectada, localizado entre el punto de impacto y la estructura (ver Tabla A.4). Este factor se aplica a las secciones de líneas aguas arriba del transformador con respecto a la estructura. Tabla A.5 – Factor de medioambiente Ce Ce Medioambiente Urbano con edificios altos1) Urbano2) Suburbano3) Rural 1) Altura de los edificios por sobre los 20 m 2) Altura de los edificios en un rango de 10 a 20 m 3) Altura de los edificios menor a 10 m Nota: El área equivalente Ai de un servicio está definida por su longitud 0 0,1 0,5 1 Lc y por la distancia lateral a la cual un rayo cercano al servicio puede causar sobretensiones inducidas no menores a 1,5 kV. Di (ver Figura A.5) PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 53 Am 250 m Ai 3H Ad 2Di Lc H 3Ha Ha Ai Extremo "a" Extremo "b" Aa La Wa W L IEC 2091/05 Figura A.5 – Áreas equivalentes ( Ad , Am , Ai , AI ) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 54 Anexo B (Informativo) Evaluación de la probabilidad del daño PX de una estructura Las probabilidades dadas en este anexo son válidas si las medidas de protección son conformes a: - AEA 92305-3 para las medidas de protección destinadas a reducir las lesiones a seres vivos y para las medidas de protección destinadas a reducir el daño físico; AEA 92305-4 para medidas de protección para reducir fallas en los sistemas internos. Se pueden elegir otros valores, si se justifican. Pueden ser seleccionados los valores de probabilidades PX menores a 1 sólo si la medida o característica es válida para toda la estructura o zona de la estructura ( Z S ) a proteger y para todo el equipo asociado. B.1 Probabilidad PA de que un rayo directo a una estructura cause lesiones a seres vivos Se dan los valores de probabilidad PA de choque eléctrico a seres vivos debido a las tensiones de contacto y de paso provocadas por un impacto directo a la estructura, como una función de las medidas de protección típicas, en la Tabla B.1. Tabla B.1 – Valores de probabilidad PA de que un rayo directo a una estructura cause choque eléctrico a seres vivos debido a tensiones de contacto y de paso peligrosas Medidas de protección Sin medidas de protección Aislación eléctrica del conductor de bajada expuesto (por ejemplo: al menos 3 mm de polietileno reticulado) Equipotencialización efectiva del suelo Carteles de advertencia PA 1 10-2 10-2 10-1 Si se ha tomado más de una previsión, el valor final de PA es el producto de los valores de PA correspondientes. Nota 1: Para más información ver 8.1 y 8.2 de AEA 92305-3. Nota 2: Donde se utilice como sistema conductor de bajada las armaduras de refuerzo de la estructura, o las estructuras metálicas, o donde haya restricciones físicas provistas, se puede ignorar el valor de la probabilidad B.2 PA . Probabilidad PB de que un rayo directo a una estructura cause daño físico En la Tabla B.2 se dan los valores de la probabilidad PB de daño físico por un rayo directo a una estructura, como una función del nivel de protección contra el rayo (LPL). PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 55 Tabla B.2 – Valores de PB que dependen de las medidas de protección para reducir el daño físico Clase Características de la estructura Estructura no protegida por un SPCR Estructura protegida por un SPCR IV III II I Estructura con un sistema de elemento captor conforme al SPCR I y una estructura metálica continua o de hormigón armado que actúa como un sistema natural de conductor de bajada Estructura con un techo de metal o un sistema de elemento captor, que incluya posiblemente componentes naturales, con completa protección de cualquier instalación en techos contra los impactos directos de rayos y una estructura metálica continua o de hormigón armado que actúa como un sistema natural de conductor de bajada PB 1 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,001 Nota: Son posibles otros valores de PB distintos a los dados en la Tabla B.2, si están basados en una investigación detallada que tenga en cuenta los requerimientos de tamaño y criterio de intercepción definidos en AEA 92305-1. B.3 Probabilidad PC de que un rayo a una estructura cause fallas de los sistemas internos La probabilidad PC de que un impacto directo a una estructura cause fallas de los sistemas internos depende de la coordinación adoptada para los DPS: PC = PDPS (B.1) Los valores de PDPS dependen del nivel de protección contra el rayo (LPL) para el cual los DPS están previstos, como se muestra en la Tabla B.3. Tabla B.3 – Valor de la probabilidad PDPS como una función del LPL para el cual los DPS están previstos Nota 1: LPL PDPS Protección DPS no coordinada III-IV II I Nota 3 1 0,03 0,02 0,01 0,005 – 0,001 Sólo la “protección coordinada de DPS” es apropiada como medida de protección para reducir coordinada de DPS es efectiva para reducir PC PC . La protección sólo en estructuras protegidas por un SPCR o en estructuras metálicas con- tinua o de hormigón armado, actuando como un SPCR natural, donde se satisfacen los requerimientos de equipotencialización y puesta a tierra de AEA 92305-3. Nota 2: Los sistemas internos con blindaje conectados a líneas externas, que consisten en cables protegidos contra el rayo o sistemas con cableado dentro conductos protegidos contra el rayo, conductos metálicos o tubos metálicos; pueden no requerir el uso de la protección coordinada de DPS. Nota 3: Valores más bajos de PDPS son posibles en el caso de que los DPS presenten mejores características de protec- ción (corriente elevada, mejor nivel de protección, etc.) comparadas con los requerimientos definidos para LPL I en las mismas ubicaciones de las instalaciones. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 56 B.4 Probabilidad PM de que un rayo cercano a una estructura cause falla en los sistemas internos La probabilidad PM de que la descarga de un rayo cercano a una estructura cause falla en los sistemas internos, depende de las medidas de protección contra el rayo adoptadas (LPM), de acuerdo al factor K MS . Cuando no se provee la protección coordinada de DPS que cumple con los requerimientos de AEA 92305-4, el valor de PM es igual al valor de PMS . En la Tabla B.4 se dan los valores de PMS como función de K MS , donde K MS es el factor relacionado a los desempeños de las medidas de protección adoptadas. Cuando se provee la protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4, el valor de PM es el menor valor entre PDPS y PMS . Tabla B.4 – Valor de la probabilidad PMS como una función del factor K MS K MS ≥ 0,4 0,15 0,07 0,035 0,021 0,016 0,015 0,014 ≤ 0,013 PMS 1 0,9 0,5 0,1 0,01 0,005 0,003 0,001 0,0001 Se debe asumir PMS = 1 para los sistemas internos con equipos no conforme con las normas de producto asociadas en materia de compatibilidad electromagnética y tensión resistida al impulso. Los valores del factor K MS se obtienen del producto: K MS = K S1 ⋅ K S2 ⋅ K S3 ⋅ K S4 (B.2) donde K S1 toma en cuenta la efectividad del blindaje de la estructura, del SPCR o de otros blindajes en el K S2 límite LPZ 0/1; toma en cuenta la efectividad del blindaje de las pantallas internas a la estructura en el límite LPZ X/Y (X > 0, Y > 1); toma en cuenta las características del cableado interno (ver Tabla B.5); K S3 K S4 toma en cuenta la tensión resistida al impulso del sistema a proteger. Dentro de un LPZ, a una distancia de seguridad del blindaje en el límite, al menos igual al ancho de malla w , los factores K S1 y KS2 para SPCR o blindaje espaciales mallados pueden ser calculados como: K S1 = K S2 = 0,12 ⋅ w (B.3) PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 57 Evaluación del riesgo donde w[m] es el ancho de la malla del blindaje espacial, o entre los conductores de bajada de un SPCR del tipo mallado, o el espaciado entre las columnas metálicas de la estructura, o el espaciado entre las armaduras de refuerzo del hormigón armado, que actúan como un SPCR natural. Para blindajes de metálicos continuos con un espesor de 0,1 mm. a 0,5 mm., K S1 = K S2 =10 −4 a 10 −5 . Nota 1: de Donde se provee una red mallada de equipotencialización de acuerdo a AEA 92305-4, se pueden reducir los valores K S1 y KS2 a la mitad. Si un lazo de inducción corre cercano a la frontera de una LPZ y si los conductores blindados están a una distancia menor a la distancia de seguridad, los valores de K S1 y KS2 serán más elevados. Por ejemplo, los valores de K S1 y KS2 deben ser duplicados cuando el rango de la distancia al blindaje sea de 0,1 w a 0,2 w . Para una cascada de LPZ la resultante KS2 es el producto del KS2 asociado para cada LPZ. Nota 2: El valor máximo de K S1 se limita a 1. Tabla B.5 – Valor del factor KS3 que depende del cableado interno KS3 Tipo de cableado interno Cable sin pantalla – sin precauciones de traza para evitar la formación de espiras Cable sin pantalla – con precaución en la traza para evitar espiras grandes 2) Cable sin pantalla – con precaución en la traza para evitar espiras 3) Cable con blindaje de resistencia 4) Cable con blindaje de resistencia 1 0,2 0,02 5 < RS ≤ 20 [Ω/km] Cable con blindaje de resistencia 4) 1< RS ≤ 4) 1) 0,001 5 [Ω/km] 0,0002 RS ≤ 1 [Ω/km] 0,0001 2 1) Lazo de conductores con diferente traza en grandes edificios (área de la espira en el orden de 50 m ). 2) Lazo de conductores recorriendo el mismo conducto o conductores formando espiras con diferente traza en pequeños edificios (área de la espira en el orden de 10 m2). 3) Espira formada por conductores dentro de un mismo cable (área de la espira en el orden de 0,5 m2). 4) Cable con blindaje de resistencia RS [Ω/km] unido a una barra equipotencial en ambos extremos y equipos conectados a la misma barra de unión. Para el cableado que recorre por conductos metálicos continuos, unido a barras de unión equipotencial en ambos extremos, se deben multiplicar los valores KS3 por 0,1. El factor K S4 se evalúa como: K S4 = 1,5 / U W (B.4) donde U W es la tensión resistida al impulso medida del sistema a proteger, en kV. Si hay equipos con niveles de resistencia del impulso diferentes en un sistema interno, se debe elegir el factor K S4 asociado al nivel más bajo de resistencia del impulso. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA B.5 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 58 Probabilidad PU de que un rayo a un servicio cause lesiones a seres vivos Los valores de probabilidad PU de lesiones a seres vivos debido a la tensión de contacto por un impacto directo a un servicio entrante a una estructura, depende de las características del blindaje del servicio, de la tensión resistida al impulso de los sistemas internos conectados al servicio, de las medidas de protección típica (restricciones físicas, carteles de advertencia, etc. (ver Tabla B.1)) y de los DPS provistos en la entrada del servicio. Cuando los DPS no se equipotencializan de acuerdo a AEA 92305-3, el valor de PU es igual al valor de PLD , donde PLD es la probabilidad de fallas en los sistemas internos debido a un rayo directo a un servicio conectado. En la Tabla B.6 se dan los valores de PLD . Cuando los DPS están equipotencializados conforme a AEA 92305-3, el valor de PU es el valor más bajo entre PDPS (Tabla B.3) y PLD . Nota: En este caso no se necesita la protección coordinada de DPS, de acuerdo a AEA 92305-4 para reducir PU . Los DPS conforme a AEA 92305-3 son suficientes. Tabla B.6 – Valores de la probabilidad PLD que dependen de la resistencia RS del blindaje del cable y de la tensión resistida al impulso U W del equipo RS UW 5 < RS ≤ 20 1< RS ≤ 5 RS ≤ 1 [kV] 1,5 2,5 4 6 [Ω/km] 1 0,95 0,9 0,8 [Ω/km] 0,8 0,6 0,3 0,1 [Ω/km] 0,4 0,2 0,04 0,02 [Ω/km]: resistencia del blindaje del cable. Para el servicio sin blindaje debe ser tomado PLD =1 . Cuando se proveen medidas de protección, tales como restricciones físicas, carteles de advertencia, etc., la probabilidad PU debe ser reducida multiplicándola por los valores de la probabilidad PA dados en la Tabla B.1. B.6 Probabilidad PV de que un rayo a un servicio cause daño físico Los valores de probabilidad PV de daño físico por un impacto directo a un servicio que entra a la estructura, depende de las características del blindaje del servicio, de la tensión resistida al impulso de los sistemas internos conectados al servicio y los DPS provistos. Cuando los DPS no se equipotencializan de acuerdo a AEA 92305-3, el valor de PV es igual al valor de PLD , donde PLD es la probabilidad de falla de los sistemas internos debido a un rayo directo al servicio conectado. En la Tabla B.6 se dan los valores de PLD . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 59 Cuando los DPS están equipotencializados de acuerdo a AEA 92305-3, el valor de PV es el valor más bajo entre PDPS (ver Tabla B.3) y PLD . Nota: En este caso no es necesaria la protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4 para reducir PV . Son suficientes los DPS conforme a AEA 92305-3. B.7 Probabilidad PW de que un rayo a un servicio cause falla en los sistemas internos Los valores de la probabilidad PW de que un impacto directo a un servicio que ingresa a la estructura cause falla en los sistemas internos, dependen de las características del blindaje del servicio, la tensión resistida al impulso de los sistemas internos conectados al servicio y de los DPS instalados. Cuando no se provee la protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4, el valor de PW es igual al valor de PLD , donde PLD es la probabilidad de falla en los sistemas internos debido a un rayo al servicio conectado. En la Tabla B.6 se dan los valores de PLD . Cuando se provee la protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4, el valor de PW es el valor más bajo entre PDPS (ver Tabla B.3) y PLD . B.8 Probabilidad PZ de que la descarga de un rayo cercano a un servicio entrante cause falla en los sistemas internos Los valores de la probabilidad PZ de que un impacto cercano a un servicio que entra a la estructura cause falla en los sistemas internos, dependen de las características del blindaje del servicio, de la tensión resistida al impulso del sistema conectado al servicio y de las medidas de protección provistas. Cuando no se provee la protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4, el valor de PZ es igual al valor de PLI , donde PLI es la probabilidad de falla en los sistemas internos debido a un impacto cercano a un servicio conectado. En la Tabla B.7 se dan los valores de PLI . Cuando se provee la protección coordinada de DPS conforme a AEA 92305-4, el valor de PZ es el valor más bajo entre PDPS (ver Tabla B.3) y PLI . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 60 Tabla B.7 – Valores de la probabilidad PLI que dependen de la resistencia RS del blindaje del cable y de la tensión resistida al impulso U W del equipo UW [kV] 1,5 2,5 4 6 Sin blindaje Blindaje no conectado a la barra equipotencial a la cual el equipo está conectada 1 0,4 0,2 0,1 0,5 0,2 0,1 0,05 Blindaje conectado a la barra equipotencial y el equipo conectado a la misma barra 5 < RS ≤ 20 1< RS ≤ 5 RS ≤ 1 [Ω/km] 0,15 0,06 0,03 0,02 [Ω/km] 0,04 0,02 0,008 0,004 [Ω/km] 0,02 0,008 0,004 0,002 RS : resistencia del blindaje del cable [Ω/km] Nota: Pueden encontrarse evaluaciones más precisas de ITU K.46. KS para secciones con y sin blindaje en las Recomendaciones ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 61 Anexo C (Informativo) Evaluación del monto de la pérdida LX en una estructura Los valores de las pérdidas LX deben ser evaluados y fijados por el proyectista de la protección contra el rayo (o por el propietario de la estructura). Los valores promedio típicos dados en este anexo son valores propuestos internacionalmente. Nota: Se recomienda que las ecuaciones dadas en este anexo se utilicen como fuente primaria de los valores para C.1 Cantidad promedio relativa de pérdida por año LX . La pérdida LX refiere a la cantidad promedio relativa de un tipo particular de daño que puede ser causado por la descarga de un rayo, considerando tanto su extensión como sus efectos. Su valor depende de: el número de personas y el tiempo durante el cual permanecen en el lugar peligroso; el tipo e importancia del servicio provisto al público; el valor de los bienes afectados por el daño. - La pérdida LX varía con el tipo de pérdida (L1, L2, L3 y L4) considerada y, para cada tipo de pérdida, con el tipo de daño (D1, D2 y D3) que causan la pérdida. Se utiliza la siguiente nomenclatura: Lt es la pérdida debido a las lesiones por las tensiones de contacto y de paso; Lf es la pérdida debido a los daños físicos; Lo es la pérdida debido a fallas de los sistemas internos. C.2 Pérdida de vida humana El valor de Lt , Lf y Lo pueden determinarse, en términos del número relativo de víctimas, por la siguiente relación aproximada: LX = (np / nt ) ⋅ (t p / 8760) (C.1) donde np es el número de las posibles personas en peligro (víctimas); nt tp es el número total esperado de personas (en la estructura); es el tiempo expresado en horas por año en el cual las personas están presentes en un lugar peligroso, fuera de la estructura ( Lt solamente) o dentro de la estructura ( Lt , Lf y Lo ). En la Tabla C.1 se dan los valores típicos de Lt , Lf y Lo cuando la determinación de np , nt y tp es incierta o difícil. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 62 Evaluación del riesgo Tabla C.1 – Valores promedio típicos de Lt , Lf y Lo Lt Tipo de estructura 10-4 10-2 Todos los tipos – (personas dentro del edificio) Todos los tipos – (personas fuera del edificio) Lf Tipo de estructura Hospitales, hoteles, edificios civiles Industrial, comercial, escuelas Entretenimiento público, iglesias, museos Otros 10-1 5 x 10-2 2 x 10-2 10-2 Lo Tipo de estructura 10-1 10-3 Estructura con riesgo de explosión Hospitales La pérdida de vida humana está relacionada con las características de una estructura, tomando en cuenta factores de aumento ( hZ ) y disminución ( rf , rp , ra , ru ), tales como los siguientes: LA = ra ⋅ Lt (C.2) LU = rU ⋅ Lt (C.3) LB = LV = rp ⋅ hZ ⋅ rf ⋅ Lf (C.4) LC = LM = LW = LZ = Lo (C.5) donde ru es un factor que reduce la pérdida de vida humana dependiendo del tipo de suelo (ver Tabla C.2); es un factor que reduce la pérdida de vida humana dependiendo del tipo de piso (ver Tabla C.2); rp es un factor que reduce la pérdida debido al daño físico, dependiendo de las previsiones to- ra rf hZ madas para reducir las consecuencias del incendio (ver Tabla C.3); es un factor que reduce la pérdida debido a daño físico, dependiendo del riesgo de incendio de la estructura (ver Tabla C.4); es un factor que incrementa la pérdida debido a daño físico cuando un peligro especial está presente (ver Tabla C.5). Tabla C.2 – Valores de los factores de reducción ra y ru como una función del tipo de superficie de suelo o piso Tipo de superficie Resistencia de contacto [kΩ] 1) ra y ru ≤1 Agrícola, concreto 10-2 Mármol, cerámicos 1 – 10 10-3 Grava, moqueta, alfombra 10 – 100 10-4 ≥ 100 Asfalto, linóleo, madera 10-5 2 1) Valores medidos entre un electrodo de 400 cm , comprimido con una fuerza de 500 N, y un punto suficientemente alejado como para ser considerado en el infinito. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 63 Evaluación del riesgo Tabla C.3 – Valores del factor de reducción rP como una función de previsiones tomadas para reducir las consecuencias de incendio rp Previsiones Sin previsiones 1 Una de las siguientes previsiones: extintores; instalaciones extintoras fijas operadas ma0,5 nualmente; instalaciones de alarmas manuales; hidrantes; compartimientos a prueba de incendio; rutas de escape protegidas Una de las siguientes previsiones: instalaciones extintoras fijas operadas automáticamente; 0,2 instalaciones de alarmas automáticas 1) 1) Sólo si están protegidas contra sobretensiones y otros daños y si los bomberos pueden llegar en menos de 10 minutos. Si se toma más de una previsión, debe considerarse el valor de rp como el menor de los valores individuales. En estructuras con riesgo de explosión, rp =1 para todos los casos. Tabla C.4 – Valores del factor de reducción rf como una función del riesgo de incendio de la estructura rf Riesgo de incendio Explosión Alto Ordinario Bajo Ninguno Nota 1: Se podría necesitar una evaluación más detallada de una estructura que contenga mezclas explosivas. 1 10-1 10-2 10-3 0 rf en los casos de una estructura con riesgo de explosión y de Nota 2: Pueden asumirse como estructuras con un alto riesgo de incendio estructuras hecha de materiales combustibles, estructuras con techo hecho de materiales combustibles o estructuras con una carga de fuego específica mayor a 800 MJ / m2. Nota 3: Pueden asumirse como estructuras con un riesgo ordinario de incendio estructuras con una carga de fuego específica entre los 800 MJ / m2 y los 400 MJ / m2. Nota 4: Pueden asumirse como estructuras con bajo riesgo de incendio estructuras con una carga de incendio específica 2 menor a los 400 MJ / m , o estructuras que contengan materiales combustibles sólo ocasionalmente. Nota 5: La carga de fuego específica es la relación entre la energía de la cantidad total de material combustible en una estructura y de la superficie total de la estructura. Tabla C.5 – Valores del factor hZ que incrementan la cantidad relativa de pérdidas en presencia de un peligro especial Tipo de peligro especial hZ Ningún peligro especial Nivel bajo de pánico (por ejemplo, una estructura limitada a dos pisos y al número de personas no mayor a 100) Nivel promedio de pánico (por ejemplo, estructuras diseñadas para eventos culturales o deportivos con un número de participantes entre 100 y 1000 personas) Dificultad de evacuación (por ejemplo, estructuras con personas inmovilizadas, hospitales) Nivel alto de pánico (por ejemplo, estructuras diseñadas para eventos culturales o deportivos con un número de participantes superior a 1000 personas) Peligro para los alrededores o el medioambiente Contaminación de los alrededores o del medioambiente 1 2 5 5 10 20 50 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA C.3 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 64 Pérdida inaceptable del servicio al público Pueden determinarse los valores de Lf y Lo , en términos de una cantidad relativa de pérdidas potenciales, por la siguiente relación aproximada: Lx = np / nt ⋅ t / 8760 (C.6) donde np es el número promedio de las personas en posible peligro (usuarios no servidos); nt t es el número total de personas (usuarios servidos); es el período anual de pérdida de servicio (en horas). En la Tabla C.6 se dan los valores promedio típicos de Lf y Lo , cuando la determinación de np , nt y t es incierta o difícil. Tabla C.6 – Valores promedio típicos de Lf y Lo Lf Tipo de servicio Gas, agua TV, líneas de comunicación, redes de energía Lo -1 10 10-2 10-2 10-3 La pérdida del servicio al público se ve afectada por las características de la estructura y por el factor de reducción ( rp ) como sigue: LB = LV = rp ⋅ rf ⋅ Lf (C.7) LC = LM = LW = LZ = Lo (C.8) Se dan los valores para los factores rp y rf en las Tablas C.3 y C.4 respectivamente. C.4 Pérdida de herencia cultural irreemplazable Se puede determinar el valor de Lf , en términos de la cantidad relativa de las pérdidas potenciales, a partir de la siguiente relación aproximada: LX = c / ct (C.9) donde c ct es el valor promedio de la posible pérdida de la estructura (es decir, el valor asegurable de la posible pérdida de bienes) en moneda de curso legal; es el valor total de la estructura (es decir, el valor total asegurado de todos los bienes presentes en la estructura) en moneda de curso legal. Un valor promedio típico de Lf cuando la determinación de c y ct es incierta o difícil es: Lf =10 −1 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 65 La pérdida de herencia cultural irreemplazable es afectada por las características de la estructura, por el factor de reducción rp a partir de la siguiente expresión: LB = LV = rp ⋅ rf ⋅ Lf (C.10) Se dan los valores para los factores rp y rf en las Tablas C.3 y C.4 respectivamente. C.5 Pérdida económica Se pueden determinar los valores de Lt , Lf y Lo , en términos de la cantidad relativa de la posible pérdida, a partir de la siguiente relación aproximada: LX = c / ct (C.11) donde c es el valor promedio de la posible pérdida de la estructura (incluyendo su contenido y las actividades asociadas y sus consecuencias) en moneda de curso legal; ct es el valor total de la estructura (incluyendo su contenido y actividades asociadas) en moneda de curso legal. En la Tabla C.7 se dan los valores promedio típicos de Lt , Lf y Lo para todos los tipos de estructuras, cuando la determinación de c y ct es incierta o difícil. Tabla C.7 – Valores promedio típicos de Lt , Lf y Lo Tipo de estructura Lt Todos los tipos – dentro de edificios 10-4 Todos los tipos – afuera de edificios 10-2 Tipo de estructura Lf Hospital, industrial, museo, agrícola 0,5 Hotel, escuela, oficina, iglesia, entretenimiento público, edificio económico 0,2 Otros 0,1 Tipo de estructura Lo Riesgo de explosión 10-1 Hospital, industrial, oficina, hotel, edificio económico 10-2 Museo, agricultura, escuela, iglesia, entretenimiento público 10-3 Otros 10-4 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 66 La pérdida de valor económico está afectada por las características de la estructura, tomando en cuenta factores de aumento ( hZ ) y disminución ( rp , ra , rf , ru ) tales como los siguientes: LA = ra ⋅ Lt (C.12) LU = ru ⋅ Lt (C.13) LB = LV = rp ⋅ rf ⋅ hZ ⋅ Lf (C.14) LC = LM = LW = LZ = LO (C.15) En la Tabla C.2 se dan los valores de los factores ra y ru ; rp en la Tabla C.3; rf en la Tabla C.4 y hZ en la Tabla C.5. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 67 Evaluación del riesgo Anexo D (Informativo) Evaluación de la probabilidad P'X de daño a un servicio Las probabilidades dadas en este anexo son valores acordados internacionalmente. Las probabilidades dadas en este anexo son válidas si las medidas de protección están conformes a AEA 92305-5. D.1 Líneas con conductores metálicos Probabilidad P 'B y P 'C de que un rayo cause daños a una estructura con una línea D.1.1 entrante La probabilidad P 'B de que un rayo cause daños físicos a una estructura con una línea entrante, y la probabilidad P 'C de que un rayo cause falla del equipo de servicio a una estructura a la cual está conectada la línea, está relacionada con la corriente de falla I a . I a depende de las características de la línea, el número de los servicios que entran a la estructura y de las medidas de protección adoptadas. Debe asumirse I a = 0 para las líneas sin blindaje. Para las líneas blindadas, la corriente de falla I a [kA] debe ser evaluada de acuerdo a: I a = 25 n ⋅U W / ( RS ⋅ K d ⋅ K p ) (D.1) donde es el factor que depende de las características de la línea (ver Tabla D.1); Kd Kp es el factor que tiene en cuenta el efecto de las medidas de protección adoptadas (ver Tabla D.2) U W es la tensión resistida al impulso, [kV] (ver Tabla D.3 para cables y Tabla D.4 para equipos); RS es la resistencia del blindaje del cable, [Ω/km]; n es el número de servicios que ingresan en la estructura. Nota 1: Los DPS en el punto de entrada a la estructura aumentan la corriente de falla Ia y pueden tener un efecto de protección positivo. Nota 2: Se da información detallada para las líneas de comunicaciones en la Recomendación ITU K.47. Tabla D.1 – Valores del factor K d en función de las características de la línea blindada Línea Con blindaje en contacto con el suelo Con blindaje sin contacto con el suelo Kd 1 0,4 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 68 Tabla D.2 – Valores del factor K p en función de las medidas de protección Kp Medida de protección Sin medidas de protección 1 Alambres adicionales para blindaje – Un conductor1) 0,6 Alambres adicionales para blindaje – Dos conductores1) 0,4 Conducto de protección contra el rayo 0,1 Cable protegido contra el rayo 0,02 Blindaje adicional – tubo de acero 0,01 1) Se instala el alambre adicional para blindaje aproximadamente 30 cm. sobre el cable; dos alambres adicionales se sitúan 30 cm. sobre el cable simétricamente dispuestos con respecto al eje del cable. Tabla D.3 – Tensión resistida al impulso U W en función del tipo de cable Tipo de cable TLC – Aislación de papel TLC – Aislación de PVC, PE Un UW [kV] - [kV] 1,5 5 Suministro ≤1 Suministro Suministro Suministro Suministro Suministro 3 6 10 15 20 15 45 60 75 95 125 Tabla D.4 – Tensión resistida al impulso U W en función del tipo de equipo UW Tipo de equipo [kV] 1,5 Electrónico Aparato utilizador (U n < 1kV) Equipos de la red de distribución (U n 2,5 < 1kV) 6 En la Tabla D.5 se dan los valores de P 'B y P 'C como función de los valores de la corriente de falla I a . Cuando se proveen los DPS, conformes a IEC 92305-5, los valores de P 'B y P 'C se deben asumir como el valor de PDPS (ver Tabla B.3). PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 69 Tabla D.5 – Valores de probabilidad P 'B , P 'C , P 'V y P 'W en función de la corriente de falla I a Ia P'B , P'C , P'V , P 'W [kA] 0 3 5 10 20 30 40 50 60 80 100 150 200 300 400 600 1 0,99 0,95 0,9 0,8 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,001 Probabilidades P 'V y P 'W de que un rayo a una línea cause daños D.1.2 La probabilidad P 'V de que un rayo a una línea cause daños físicos y la probabilidad P 'W de que un rayo a una línea cause falla de servicio de un equipo, se relaciona a la corriente de falla I a la cual, a su vez, depende de las características de la línea y de las medidas de protección adoptadas. Debe asumirse I a = 0 para las líneas sin blindaje. Para las líneas blindadas, debe ser evaluada la corriente de falla I a de acuerdo a: I a = 25U W / ( RS ⋅ K d ⋅ K p ) (D.2) donde Kd es un factor que depende de las características de la línea (ver Tabla D.1); Kp es un factor que tiene en cuenta las medidas de protección adoptadas (ver Tabla D.2); U W es la tensión resistida al impulso [kV] (ver Tabla D.3 para cables y Tabla D.4 para equipos); RS es la resistencia del blindaje del cable [Ω/km]. Cuando se evalúa P 'V para las líneas de telecomunicación, se asumen como valores máximos de la corriente de falla I a los siguientes: I a = 40 kA para cables con blindaje de plomo; I a = 20 kA para cables con blindaje de aluminio. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Nota 1: PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 70 Estos valores son una estimación aproximada de la corriente de ensayo típica ( I t ) que dañaría los cables de telecomunicación en el punto de impacto. Si existe alguna evidencia de que estos valores no son aplicables para un diseño de cable dado, se pueden utilizar otros valores. Deben utilizarse en este caso las pruebas descriptas en AEA 92305-5 para la evaluación de la corriente de falla. En la Tabla D.5 se dan los valores de P 'B y P 'W en función de los valores de la corriente de falla I a . Nota 2: Se da información detallada para las líneas de TLC en la Recomendación ITU K.47. Probabilidad P 'Z de que un rayo cercano a una línea cause daños D.1.3 La probabilidad P 'Z de que un rayo cercano a una línea cause falla de los equipos conectados, depende de las características de la línea y de las medidas de protección adoptadas. Cuando no se proveen los DPS conformes a AEA 92305-5, el valor de P 'Z es igual al valor de PLI . En la Tabla B.7 se detallan los valores de PLI . Cuando se proveen los DPS conformes a AEA 92305-4, el valor de P 'Z es el valor mínimo entre PDPS (ver Tabla B.3) y PLI . D.2 Líneas de fibra óptica En estudio. D.3 Canalizaciones En estudio. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 71 Evaluación del riesgo Anexo E (Informativo) Evaluación de la cantidad de pérdidas L'X en un servicio E.1 Cantidad promedio relativa de pérdidas por año La pérdida L'X se refiere a la cantidad promedio relativa de un tipo particular de daño que puede ocurrir como resultado de la descarga de un rayo a un servicio, considerando tanto la extensión como los efectos consecuentes. Su valor depende de: el tipo e importancia del servicio provisto al público; el valor de los bienes afectados por el daño. - La pérdida L'X varía con el tipo de pérdida (L’1, L’2 y L’4) considerada y, para cada tipo de pérdida, con el tipo de daño (D2 y D3) que causan la pérdida. Se utilizan la siguiente nomenclatura: L 'f L'o pérdida debido a daño físico; pérdida debido a falla de los sistemas internos. E.2 Pérdida inaceptable de servicio al público Se pueden determinar los valores de L'f y L'o en términos de la cantidad relativa de posibles pérdidas con la relación aproximada: L'X = np / nt ⋅ t / 8760 (E.1) donde np es el número promedio de usuarios no servidos; nt t es el número total de usuarios servidos; es el período anual de pérdida del servicio (en horas). En la Tabla E.1 se dan los valores promedio típicos de L'f y L'o , cuando la determinación de np , nt y t es incierta o difícil. Tabla E.1 – Valores promedio típicos de L'f y L'o Tipo de servicio Gas, agua TV, TLC, suministro de energía L 'f -1 10 10-2 L'o 10-2 10-3 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 72 La pérdida del servicio al público se ve afectada por las características del servicio de acuerdo a: E.3 L'B = L'V = L'f (E.2) L'C = L'W = L'Z = L'o (E.3) Pérdida económica Puede ser determinado el valor de L'f y L'o en términos de la cantidad relativa de pérdida potenciales, por la siguiente relación aproximada: L'X = c / ct (E.4) donde c ct es el valor promedio de la posible pérdida de la estructura, su contenido y las actividades asociadas, en moneda de curso legal; es el valor total de la estructura, su contenido y sus actividades asociadas, en moneda de curso legal. Cuando la determinación de c y ct es incierta o difícil, pueden utilizarse los siguientes valores promedio típicos de L'f y L'o : L'f = 10 −1 L'o =10 −3 La pérdida de valores económicos es afectada por las características del servicio de acuerdo a: L'B = L'V = L'f (E.5) L'C = L'W = L'Z = L'o (E.6) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 73 Anexo F (Informativo) Sobretensiones de maniobra Las sobretensiones internas pueden ocurrir por diferentes razones. Una posible causa es un cortocircuito debido al cebado de un arco por efectos del rayo, que puede a menudo llevar a sobretensiones transitorias y del tipo de maniobra. Por esta razón, se justifica la consideración de protección contra las sobretensiones internas. En la mayoría de los casos son menos dañinas las sobretensiones de maniobra que aquellas debidas al rayo y los medios de protección (principalmente DPS) efectivos para proteger contra el rayo, también son adecuados para proteger eficientemente contra las sobretensiones de maniobra. Por ende, la decisión de proteger los equipos contra las sobretensiones debidas al rayo, cubre en general la necesidad de la protección contra las sobretensiones de maniobra. Cuando el estudio de sobretensiones de maniobra es pertinente, el procedimiento para evaluar este riesgo está muy cercano al que se usa en el caso de las sobretensiones inducidas por rayos en las líneas, dado que los efectos en el equipo son muy similares. Sin embargo, hay una diferencia en relación al número N S de sobretensiones por año. Las sobretensiones de maniobra pueden ser divididas en dos tipos: - - Sobretensiones repetitivas (operación de interruptores, conmutación de bancos de capacitores, etc.). Estas ocurren con bastante frecuencia debido a la decisión regular de un ser humano o más frecuentemente debido a un funcionamiento automático del equipo. La frecuencia de ocurrencia varía de una o dos veces por día, a muchas veces por día en el caso de, por ejemplo, una máquina soldadora por arco. La frecuencia de ocurrencia y la magnitud de estas sobretensiones (y su efecto en dispositivos eléctricos) son, en general, bien conocidas. El análisis de riesgo es frecuentemente inútil a la hora en decidir la protección del equipamiento en tales casos. Sobretensiones aleatorias (es decir, operación de interruptores o fusibles para despejar una falla). En este caso, su frecuencia es, por definición, incierta y su amplitud y efecto en el equipo eléctrico también puede ser desconocido. En este caso, una evaluación de riesgo puede ayudar a decidir si la protección es necesaria contra esta fuente de daño. La magnitud de las sobretensiones de maniobra sólo puede evaluarse por mediciones detalladas de las instalaciones eléctricas específicas y procesamiento estadístico de los datos. En general, la frecuencia de ocurrencia de las sobretensiones de maniobra disminuye con la magnitud; cumpliendo con la ley de la tercera potencia (la probabilidad es inversamente proporcional a la tercera potencia de su magnitud). En sistemas de baja tensión, se espera que las sobretensiones de maniobra sean menores a 4 kV y sólo 2 cada 1000 tienen una magnitud que excede los 2,5 kV. Basados en el total estimado o medido de sobretensiones de maniobra que pueden suceder en un año ( nS ), podemos deducir un número total N S por año que es en exceso de 2,5 kV (pero menor a 4 kV) dado por la siguiente ecuación: N S = 0,002 ⋅ nS (F.1) La probabilidad de daño P y la consecuente pérdida L son las mismas que aquellas para las sobretensiones inducidas por el rayo (ver Anexos B y C). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 74 Anexo G (Informativo) Evaluación de los costos de pérdidas El costo de pérdida total CL puede ser calculado por la siguiente ecuación: CL = ( RA + RU ) ⋅ CA + ( RB + RV ) ⋅ (CA + CB + CS + CC ) + ( RC + RM + RW + RZ ) ⋅ CS (G.1) donde RA y RU RB y RV RC , RM , RW , RZ CA CS son los componentes de riesgo relacionados a pérdidas de animales, sin medidas de protección; son los componentes de riesgo relacionados a daño físico, sin medidas de protección; son los componentes de riesgo relacionados a fallas de los sistemas eléctrico y electrónico, sin medidas de protección; es el costo de los animales; es el costo de los sistemas en la estructura; es el costo del edificio; CB CC es el costo de los contenidos. Puede calcularse el costo total CRL de pérdida residual, a pesar de las medidas de protección, por medio de la expresión: CRL = ( R'A + R'U ) ⋅ CA + ( R'B + R'V ) ⋅ (CA + CB + CS + CC ) + ( R'C + R 'M + R'W + R'Z ) ⋅ CS (G.2) donde R 'A y R ' U son los componentes de riesgo relacionados a pérdida de animales, con medidas de protección; R 'B y R ' V son los componentes de riesgo relacionados a daño físico, con medidas de protección; R'C , R 'M , R 'W , R'Z son los componentes de riesgo relacionados a falla de los sistemas eléctrico y electrónico, con medidas de protección. El costo anual CPM de la medida de protección puede ser calculado por medio de la ecuación: CPM = CP ⋅ (i + a + m) donde CP i a m es el costo de las medidas de protección; es la tasa de interés; es la tasa de amortización; es el costo de mantenimiento. (G.3) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 75 El ahorro anual S de dinero es: S = CL − (CPM + CRL ) Si los ahorros anuales S > 0 , es conveniente la protección. (G.4) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 76 Evaluación del riesgo Anexo H (Informativo) Estudio de casos para estructuras En este anexo, se desarrollan los estudios de casos relevantes a una casa de campo, un edificio de oficinas, un hospital y un departamento con el propósito de mostrar: - cómo calcular el riesgo y determinar la necesidad de protección; la contribución de los diferentes componentes de riesgo al riesgo total; el efecto de las diferentes medidas de protección para disminuir tal riesgo; el método de selección entre diferentes soluciones de protección, teniendo en cuenta el impacto económico. Nota: Este anexo presenta datos hipotéticos para una casa de campo, un edificio de oficinas, un hospital y un departamento. Este anexo está destinado para proveer información sobre la evaluación de riesgo con el fin de ilustrar los principios contenidos en este documento. No está destinado para tratar todas las condiciones existentes en todos los edificios o sistemas eléctricos. H.1 Casa de campo Como un primer caso de estudio, consideremos una casa de campo para la cual debe ser evaluada la necesidad de protección. Para este ejemplo, debe determinarse y compararse el riesgo R1 de pérdida de vida humana (componentes de R1 de acuerdo a 4.3 y Tabla 3) con el valor de tolerancia RT = 10 −5 (de acuerdo a 5.5 y Tabla 7). Se seleccionarán las medidas de protección para disminuir tal riesgo. H.1.1 Datos relevantes y características Se aplican los siguientes datos y características: 1) en la Tabla H.1 se dan los datos de la casa en sí misma y sus alrededores; 2) en la Tabla H.2 se dan los sistemas internos y las líneas entrantes a las cuales están conectados. Tabla H.1 – Datos y características de la estructura Parámetro Comentario Símbolo Valor Referencia --- ( Lb , Wb , H b ) 15, 20, 6 --- Factor de ubicación Aislado1) Cd 1 Tabla A.2 SPCR Ninguno PB 1 Tabla B.2 Blindaje en la frontera de la estructura Ninguno K S1 1 Ecuación (B.3) Blindaje interno a la estructura Ninguno K S2 1 Ecuación (B.3) Personas presentes fuera de la casa Ninguno2) --- --- --- 1 / (km2.año) Ng 4 --- Dimensiones [m] Densidad ceráunica 1) Terreno plano, sin estructuras vecinas. 2) Riesgo de choque eléctrico a personas RA = 0 . PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 77 Evaluación del riesgo Tabla H.2 – Datos y características de líneas entrantes y de sistemas internos conectados Parámetro Resistividad del suelo Comentario Símbolo Valor ρ 500 [Ω/m] Línea de alimentación de baja tensión y su red interna Referencia --- --- Lc 1000 --- Enterrada Hc --- --- Transformador Ninguno Ct 1 Tabla A.4 Factor de ubicación de línea1) Aislado Cd 1 Tabla A.2 Factor de medioambiente de línea Rural Ce 1 Tabla A.5 Blindaje de línea Ninguno PLD 1 Tabla B.6 Precaución del cableado interno Ninguno KS3 1 Tabla B.5 U W = 2,5 kV K S4 0,6 Ecuación (B.4) Ninguno PDPS 1 Tabla B.3 Longitud [m] Altura [m] Resistencia al impulso del sistema interno Protección coordinada de DPS Línea de telecomunicación y sus sistemas internos --- Lc 1000 -- --- Hc 6 --- Factor de ubicación de línea Aislado Cd 1 Tabla A.1 Factor de medioambiente de líneas Rural Ce 1 Tabla A.4 Blindaje de línea No 1 Tabla B.6 Precaución del cableado interno No PLD KS3 1 Tabla B.5 U W = 1,5 kV K S4 1 Ecuación (B.4) Ninguno PDPS 1 Tabla B.3 Longitud [m] Altura [m] 1) Resistencia al impulso del sistema interno Protección coordinada de DPS 1) Terreno plano, línea aislada (sin estructuras vecinas, ni estructuras adyacentes conectadas al extremo más lejano (extremo “a”) de la línea ( N Da = 0 ). Teniendo en cuenta que: - el tipo de superficie de suelo es diferente en el exterior y en el interior de la estructura, la estructura es un compartimiento único a prueba de incendios, no existen blindajes espaciales, pueden definirse las siguientes zonas principales: - Z1 (fuera del edificio); Z 2 (dentro del edificio). No se necesita definir más zonas asumiendo que: - ambos sistemas internos (de alimentación y de telecomunicación) están en la zona Z 2 ; - las pérdidas L se consideran constantes en zona Z 2 . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 78 Si no hay personas fuera del edificio, puede dejarse de lado el riesgo R1 para la zona Z1 y la evaluación de riesgo debe llevarse a cabo sólo para la zona Z 2 . En la Tabla H.3 se indican las características de la zona Z 2 . Siguiendo a la evaluación del proyectista de la protección contra el rayo, se tomaron los valores promedio típicos de la cantidad de pérdida relativa por año correspondiente al riesgo R1 (ver Tabla C.1). Tabla H.3 – Características de la zona Z 2 (dentro del edificio) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo ru Madera Bajo Peligro especial No Protección contra incendio No rf hZ rp Blindaje espacial No KS2 Conectados a la línea de alimentación de baja tensión Conectados a la línea de telecomunicación Valor Referencia -5 Tabla C.2 -3 10 10 Tabla C.4 1 Tabla C.5 1 Tabla C.3 1 Ecuación (B.3) --- --- --- --- Sistemas de alimentación internos Sí Sistemas de telefonía internos Sí Pérdida por lesiones debidas a tensiones de contacto y de paso Sí Lt 10-4 Tabla C.1 Pérdida por daños físicos Sí Lf 10-1 Tabla C.1 H.1.2 Cálculo de las cantidades relevantes En la Tabla H.4 se dan los cálculos de las áreas equivalentes. En la Tabla H.5 se dan los cálculos del número esperado de eventos peligrosos. Tabla H.4 – Áreas equivalentes de la estructura y líneas Símbolo del área Ecuación / Tabla de referencia Ad Ecuación (A.2) AI(P) Tabla A.3 Ai(P) Tabla A.3 AI(T) Tabla A.3 Ai(T) Tabla A.3 Ecuación para el área equivalente A la estructura: Ad = [ Lb ⋅Wb + 6 H b ⋅ ( Lb + Wb ) + π (3 H b ) 2 ] Datos de la tabla Valor [m2] H.1 2,58 x 103 A la línea de alimentación: AI(P) = ρ ⋅[ Lc − 3 H b ] H.1 H.2 Cercano a la línea de alimentación: Ai(P) = 25 ⋅ ρ ⋅ Lc A la línea de telecomunicación: AI(T) = 6 H c ⋅[ Lc − 3 H b ] Cercano a la línea de telecomunicación: Ai(T) =1000 ⋅ Lc H.2 H.1 H.2 H.2 2,2 x 104 5,6 x 105 3,5 x 104 106 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 79 Tabla H.5 – Número anual esperado de eventos peligrosos Símbolo Ecuación de referencia ND (A.4) N L(P) (A.7) N i(P) (A.8) N L(T) (A.7) N i(T) (A.8) H.1.3 Ecuación para el número de rayos A la estructura: N D = N g ⋅ Ad ⋅ Cd ⋅10 −6 A la línea de alimentación: N L(P) = N g ⋅ AI(P) ⋅ Cd(P) ⋅ Ct(P) ⋅10 −6 Cercano a la línea de alimentación: N i(P) = N g ⋅ Ai(P) ⋅ Ct(P) ⋅ Ce(P) ⋅10 −6 A la línea de telecomunicación: N L(T) = N g ⋅ AI(T) ⋅ Cd(T) ⋅10 −6 Cercano a la línea de telecomunicación: N i(T) = N g ⋅ Ai(T) ⋅ Ce(T) ⋅10 −6 Datos de la tabla Valor (1/año) H.1 H.4 1,03 x 10-2 H.1 H.2 H.4 H.1 H.2 H.4 H.1 H.2 H.4 H.1 H.2 H.4 8,78 x 10-2 2,24 1,41 x 10-1 4 Cálculo del riesgo para tomar una decisión acerca de la necesidad de protección En el caso bajo consideración, se debe evaluar la componente de riesgo R1 . De acuerdo a la ecuación (1), debe expresarse por la suma de los siguientes componentes: R1 = RB + RU(alimentación) + RV(alimentación) + RU(telecomunicación) + RV(telecomunicación) En la Tabla H.6 se dan los componentes involucrados y la evaluación del riesgo total. Tabla H.6 – Componentes de riesgo involucrados y su cálculo (valores x 10-5) Símbolo del componente Tabla de referencia RB Tabla 9 RU(alimentación) Tabla 9 RV(alimentación) Tabla 9 RU(telecomunicación) Tabla 9 RV(telecomunicación) Tabla 9 Total H.1.4 R1 Tabla 9 Ecuación para componente con rayos a la estructura resultando en daños físicos: RB = N D ⋅ PB ⋅ hZ ⋅ rP ⋅ rf ⋅ Lf Datos de la tabla Valor -5 x (10 ) H.1 H.3 H.5 0,103 la línea de alimentación dando lugar a un choque eléctrico: 0,000009 RU = ( N L + N Da ) ⋅ PU ⋅ ru ⋅ Lt la línea de alimentación resultando en daños físicos: RV = ( N L + N Da ) ⋅ PV ⋅ hZ ⋅ rP ⋅ rf ⋅ Lf la línea telefónica dando lugar a un choque eléctrico: RU = ( N L + N Da ) ⋅ PU ⋅ ru ⋅ Lt H.2 H.3 H.5 la línea telefónica resultando en daños físicos: + RU (telecomunicación ) + RV(telecomunicación) 0,000014 1,41 RV = ( N L + N Da ) ⋅ PV ⋅ hZ ⋅ rP ⋅ rf ⋅ Lf RA + RB + RU(alimentación) + RV(alimentación) + 0,878 H.6 2,39 Conclusión de la evaluación de R1 Como R1 = 2,39 ⋅10 −5 es mayor al valor tolerable RT =10 −5 , es necesaria la protección contra el rayo. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA H.1.5 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 80 Selección de las medidas de protección La composición de los componentes de riesgo (ver 4.3.1 y 4.3.2) conduce a: RD = RA + RB + RC = RB = 0,103⋅10 −5 RI = RM + RU + RV + RW + RZ = RU + RV ≈ 2,287 ⋅10 −5 RS = RA + RU = RU ≈ 0 RF = RB + RV ≈ 2,39 ⋅10 −5 RO = RM + RC + RW = 0 donde es el riesgo debido a los rayos que impactan en la estructura (fuente S1); RD RI es el riesgo debido a los rayos que no impactan en la estructura pero que influyen en ella (fuentes: S2, S3 y S4); es el riesgo debido a lesiones a los seres vivos; RS RF RO es el riesgo debido a daño físico; es el riesgo debido a falla de los sistemas internos. Esta composición muestra que el riesgo para la estructura es mayormente debido a daño físico causado por descargas que impactan en las líneas conectadas. De acuerdo a la Tabla H.6 los principales contribuyentes al valor de riesgo están dados por: - componente RV (telecomunicación) (descarga de un rayo a una línea de telecomunicación) por 59%; - componente RV (alimentación) (descarga de un rayo a una línea de alimentación) por 37%; - componente RB (descarga de un rayo a una estructura) por 4% Para reducir el riesgo R1 a un valor tolerable, deben considerarse las medidas de protección que influyen en los componentes RV y los componentes RB (ver Tabla H.6). Las siguientes pueden ser medidas apropiadas: a) instalando DPS de nivel de protección contra el rayo (LPL) IV en la entrada del servicio para proteger tanto las líneas de alimentación como telefónicas. De acuerdo a la Tabla B.3 esto reduce los valores de PU y PV (debido a DPS en líneas conectadas) de 1 a 0,03; b) instalando un SPCR de clase IV, el cual, de acuerdo a las Tablas B.2 y B.3, reduce el valor de PB de 1 a 0,2 y los valores de PU y PV (debido a los DPS en líneas conectadas) de 1 a 0,03. Insertando estos valores en las ecuaciones de la Tabla H.6, se obtienen nuevos valores de los componentes de riesgo, como se muestra en la Tabla H.7. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 81 Evaluación del riesgo Tabla H.7 – Valores de los componentes de riesgo asociados al riesgo R1 (valores x 10-5) para los casos adoptados Valores x 10-5 Componentes de riesgo Caso a) Caso b) 0 0 0,103 0,0206 RU (alimentación) ≈0 ≈0 RV (alimentación) 0,0263 0,0263 RU (telecomunicación) ≈0 ≈0 RV (telecomunicación) 0,0423 0,0423 TOTAL 0,1716 0,0892 RA RB La solución a adoptar está sujeta al mejor compromiso técnico/económico. H.2 Edificio de oficinas Como un segundo caso de estudio consideremos un edificio de oficinas para el cual debe ser evaluada la necesidad de protección. En este objetivo, el riesgo R1 de pérdida de vida humana (componente de R1 de acuerdo a 4.3 y Tabla 3) debe ser determinado y comparado con el valor tolerable RT =10 −5 (de acuerdo a 5.5 y Tabla 7). Se seleccionarán las medidas de protección para disminuir tal riesgo. Siguiendo la decisión tomada por el propietario, no se evaluará la efectividad de los costos de las medidas de protección adoptadas. H.2.1 Datos relevantes y características Se aplican los siguientes datos y características: 1) el edificio en sí mismo y sus alrededores, dados en la Tabla H.8; 2) sistemas eléctricos internos y línea de alimentación entrante, dados en la Tabla H.9; 3) sistemas electrónicos internos y línea de telecomunicación entrante, dados en la Tabla H.10. Tabla H.8 – Características de la estructura Parámetro Comentario Símbolo Valor --- Lb ⋅Wb ⋅ H b 40 x 20 x 25 Factor de ubicación Aislado Cd 1 SPCR Ninguno 1 Blindaje en la frontera de la estructura Ninguno PB KS1 Blindaje interno a la estructura Ninguno K S2 1 1 / (km .año) Ng 4 Dentro y fuera de la estructura nt 200 Dimensiones [m] Densidad ceráunica Personas presentes en la estructura 2 1 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 82 Tabla H.9 – Características del sistema de distribución interno y de la línea de alimentación entrante Parámetro Comentario Símbolo Valor --- Lc 200 Aéreo Hc 6 No Ct 1 Aislado Cd 1 Rural Ce 1 1 0,4 Longitud [m] Altura [m] Transformador MT/BT Factor de ubicación de línea Factor de medioambiente de línea Blindaje de la línea No Precaución de cableado interno No PLD PLI K S3 U W = 2,5 kV K S4 0,6 No PDPS 1 Ninguna La ⋅Wa ⋅ H a --- Tensión resistida al impulso del equi- UW pamiento Protección coordinada de DPS Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] 1 Tabla H.10 – Características de los sistemas de telecomunicación internos y de la línea entrante conectada Parámetro Resistividad del suelo Comentario [Ω.m] Símbolo ρ Valor 250 --- Lc 1000 Enterrado --- --- Aislado Cd 1 Rural Ce 1 1 1 Longitud [m] Altura [m] Factor de ubicación de línea Factor de medioambiente de línea Blindaje de línea No Precaución de cableado interno No PLD PLI K S3 U W = 1,5 kV K S4 1 Protección coordinada de DPS No PDPS 1 Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] No ( La ⋅Wa ⋅ H a ) --- Tensión resistida al impulso del equipamiento H.2.2 UW 1 Definición y características de zonas en un edificio de oficinas Teniendo que cuenta que - el tipo de superficie de suelo es diferente en el área de ingreso, en el jardín y dentro de la estructura, la estructura y el archivo son compartimientos a prueba de incendios, no existen blindajes espaciales, las pérdidas L en el centro de cómputos se asumen menores a aquellas en las oficinas, pueden definirse las siguientes zonas principales: ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA - PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 83 Z1 área de ingreso al edificio; Z 2 jardín; Z 3 archivo – está separado en un compartimiento a prueba de incendios –; Z 4 oficinas; Z 5 centro de cómputos. Se dan las características de las zonas en Tabla H.11 para zona Z1 , en Tabla H.12 para zona Z 2 , en Tabla H.13 para zona Z 3 , en Tabla H.14 para zona Z 4 y en Tabla H.15 para zona Z 5 . Según la estimación del proyectista de la protección contra el rayo, los valores promedio típicos de la cantidad relativa de pérdida por año asociada al riesgo R1 (ver Tabla C.1) - Lt =10−2 fuera de la estructura, - Lt =10 −4 dentro de la estructura, - Lf =10 −2 , son reducidos, para cada zona, teniendo en cuenta el número de personas potencialmente en peligro en la zona exterior en relación al número total de personas en el interior de la estructura. Tabla H.11 – Características de la zona Z1 (área de ingreso al edificio) Parámetro Comentario Símbolo Valor Mármol ra 10-3 Protección contra choques eléctricos No 1 Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí PA Lt 2 x 10-4 Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- 4 Tipo de superficie del piso Tabla H.12 – Características de la zona Z 2 (jardín) Comentario Símbolo Valor Tipo de superficie del suelo Parámetro Pasto ra 10-2 Protección contra choques eléctricos Cercos 0 10-4 2 Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí PA Lt Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 84 Evaluación del riesgo Tabla H.13 – Características de la zona Z 3 (archivo) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 10-5 Alto 10-1 1 Protección contra incendios No rf hZ rp Blindaje espacial No KS2 Sistemas de alimentación internos Sí Sistemas de telefonía internos Sí Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí Lt 10-5 Pérdida por daño físico Sí Lf 10-3 Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- 20 Peligro especial Pánico bajo Conectados a la línea de alimentación de baja tensión Conectados a la línea de telecomunicación 2 1 ----- Tabla H.14 – Características de la zona Z 4 (oficinas) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 10-5 Bajo 10-3 1 Protección contra incendios No rf hZ rp Blindaje espacial No KS2 Sistemas de alimentación internos Sí Sistemas de telefonía internos Sí Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí Lt 8 x 10-5 Pérdida por daño físico Sí Lf 8 x 10-3 Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- 160 Peligro especial Pánico bajo Conectados a la línea de alimentación de baja tensión Conectados a la línea de telecomunicación 2 1 ----- PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 85 Evaluación del riesgo Tabla H.15 – Características de la zona Z 5 (centro de cómputos) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 10-5 Bajo 10-3 1 Protección contra incendios No rf hZ rp Blindaje espacial No KS2 Sistemas de alimentación internos Sí Sistemas de telefonía internos Sí Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí Lt 7 x 10-6 Pérdida por daño físico Sí Lf 7 x 10-4 Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- 14 Peligro especial H.2.3 Pánico bajo Conectados a la línea de alimentación de baja tensión Conectados a la línea de telecomunicación 2 1 ----- Cálculo de las magnitudes relevantes En la Tabla H.16 se dan los cálculos de las áreas equivalentes, en la Tabla H.17 se dan los cálculos del número esperado de eventos peligrosos y en la Tabla H.18 se da una evaluación de las pérdidas esperadas anuales. Tabla H.16 – Áreas equivalentes de la estructura y líneas Símbolo Valor 2 [m ] Ad 2,7 x 104 AI(alimentación) 4,5 x 103 Ai(alimentación) 2 x 105 AI(telecomunicación) 1,45 x 104 Ai(telecomunicación) 3,9 x 105 Tabla H.17 – Número anual esperado de eventos peligrosos H.2.4 Símbolo Valor (1/año) Nd 1,1 x 10-1 N I(alimentación) 1,81 x 10-2 N i(alimentación) 8 x 10-1 N I(telecomunicación) 5,9 x 10-2 N i(telecomunicación) 1,581 Cálculo del riesgo para decidir sobre la necesidad de protección En la Tabla H.18 se dan los componentes de riesgo involucrados para cada zona y la evaluación de riesgo total. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 86 Evaluación del riesgo Tabla H.18 - Riesgo R1 – Valores de los componentes de riesgo de acuerdo a zonas (valores x 10-5) Símbolo Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Área de ingreso Jardín Archivo Oficinas Centro de cómputos Estructura RA RB 0,002 0 --- --- --- 0,002 --- --- 2,21 0,177 0,016 2,403 RU(alimentación) --- --- ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 RV(alimentación) --- --- 0,362 0,029 0,002 0,393 RU(telecomunicación) --- --- ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 RV(telecomunicación) --- --- 1,18 0,094 0,008 1,282 TOTAL 0,002 0 3,752 0,3 0,026 4,08 H.2.5 Conclusión de la evaluación de R1 Como R1 = 4,08 ⋅10 −5 es mayor que el valor tolerable RT = 10 −5 , es necesaria la protección de la estructura contra el rayo. H.2.6 Selección de las medidas de protección En la Tabla H.19 se da la composición de las componentes de riesgo (ver 4.3.1 y 4.3.2). Tabla H.19 – Composición de los componentes de riesgo R1 de acuerdo a las zonas (valores x 10-5) Símbolo Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Área de ingreso Jardín Archivo Oficinas Centro de cómputos Estructura RD RI 0,002 0 2,21 0,177 0,016 2,405 0 0 1,542 0,123 0,01 1,673 0,002 0 3,752 0,3 0,026 4,08 RS 0,002 0 ≈0 ≈0 ≈0 0,002 RF RO 0 0 3,752 0,3 0,026 4,312 TOTAL TOTAL donde RD = RA + RB + RC RI = RM + RU + RV + RW + RZ RS = RA + RU RF = RB + RV RO = RM + RC + RW y 0 0 0 0 ≈0 0 0,002 0 3,752 0,3 0,026 4,08 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 87 Evaluación del riesgo es el riesgo debido a los rayos que impactan la estructura (fuente S1); RD RI es el riesgo debido a los rayos que no impactan la estructura pero influyen en ella (fuentes: S2, S3 y S4); es el riesgo debido a lesiones a los seres vivos; RS RF RO es el riesgo debido a daño físico; es el riesgo debido a fallas de los sistemas internos. Esta composición muestra que el riesgo para la estructura es principalmente debido a daño físico en la zona Z 3 causado por rayos que impactan la estructura o las líneas conectadas; el riesgo de incendio (daño físico) en la zona Z 3 es un 92% del riesgo total. De acuerdo a la Tabla H.18, los factores primarios que contribuyen al valor de riesgo R1 en la zona Z 3 se deben a: - componente RB (descarga de un rayo a una estructura): 54% ; - componente RV(alimentación) (descarga de un rayo a una línea de alimentación): ≈ 9% ; - componente RV(telecomunicación) (descarga de un rayo a una línea de telecomunicación): ≈ 29% . Pueden adoptarse las siguientes medidas de protección para reducir el riesgo al valor tolerable: a) proteger el edificio con un SPCR clase IV conforme a AEA 92305-3 para reducir el componente RB . Este SPCR no tiene las características de un blindaje espacial mallado. Los parámetros en las Tablas H.8, H.9 y H.10 se modificarán de la siguiente manera: - PB = 0,2 ; PU = PV = 0,03 (debido a la presencia de DPS en las líneas entrantes). b) instalar en el archivo (zona Z 3 ) un sistema automático de extinción (o detección) de incendios, para reducir el componente RB y RV en esta zona y DPS de LPL IV en el punto de ingreso en el edificio en las líneas de alimentación y telefónicas. Los parámetros en Tablas H.9, H.10 y H.13 van a cambiar como sigue: rp = 0,2 sólo para zona Z 3 ; PU = PV = 0,03 (debido a la presencia de DPS en líneas entrantes). En la Tabla H.20 se dan los valores de riesgo para cada zona. Tabla H.20 – Valores del riesgo R1 de acuerdo a la solución elegida (valores x 10-5) Solución a) Solución b) Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 TOTAL 0,002 0,002 0 0 0,488 0,451 0,039 0,18 0,003 0,0158 0,532 0,649 Ambas soluciones reducen el riesgo debajo del valor tolerable. La solución a adoptarse está sujeta tanto al mejor criterio técnico y la solución más efectiva en costos. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA H.3 AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 88 Evaluación del riesgo Hospital El próximo caso de estudio incluye una instalación hospitalaria normal con un sector quirúrgico y una unidad de cuidados intensivos. Son componentes aplicables a este tipo de instalación la pérdida de vida humana (L1) y la pérdida de valor económico (L4). Es necesario evaluar la necesidad de protección y la efectividad de costos de las medidas de protección, para que estén evaluados los riesgos R1 y R4 . H.3.1 Datos y características relevantes Datos y características de: 1) el edificio en sí mismo y sus alrededores se dan en la Tabla H.21; 2) sistemas internos eléctricos y líneas de alimentación entrantes de media tensión se dan en la Tabla H.22; 3) sistemas internos electrónicos y líneas de telecomunicación entrantes se dan en la Tabla H.23. Tabla H.21 – Características de la estructura Parámetro Comentario Símbolo Valor --- Lb ⋅Wb ⋅ H b 50 x 150 x 10 Aislado Cd 1 SPCR No 1 Blindaje en la frontera de la estructura No PB K S1 Blindaje interno a la estructura No K S2 1 2 1 / (km .año) Ng 4 Dentro y fuera de la estructura nt 1000 Dimensiones [m] Factor de ubicación Densidad ceráunica Personas presentes en la estructura 1 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 89 Tabla H.22 – Características del sistema de alimentación interno y de la línea de alimentación entrante Parámetro Resistividad del suelo Longitud [m] Altura [m] Comentario [Ω.m] Símbolo ρ Valor 200 --- Lc 500 Enterrado --- --- En el ingreso al edificio Ct 0,2 Rodeado de objetos más pequeños Cd 0,5 Suburbano Ce 0,5 PLD PLI 0,2 0,008 Cable sin blindaje – precaución de recorrido para evitar grandes lazos K S3 0,2 U W = 2,5 kV KS4 0,6 Protección coordinada de DPS No PDPS 1 Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] No La ⋅Wa ⋅ H a --- Transformador MT/BT Factor de ubicación de la línea Factor de medioambiente de línea Blindaje de la línea: unida a una barra de unión equipotencial y equipo conectado a la misma barra de unión Precaución de cableado interno Tensión resistida al impulso UW RS ≤ 1 [Ω/km] Tabla H.23 – Características del sistema de telecomunicación interno y de la línea entrante Parámetro Resistividad del suelo Comentario [Ω.m] Símbolo ρ Valor 200 --- Lc 300 Enterrado --- --- Rodeado de objetos más pequeños Cd 0,5 Suburbano Ce 0,5 PLD PLI 0,8 0,04 Cable sin blindaje – precaución de recorrido para evitar lazos K S3 0,02 U W = 1,5 kV KS4 1 Protección coordinada de DPS No PDPS 1 Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] No La ⋅Wa ⋅ H a 20 x 30 x 5 Aislado Cda 1 Longitud [m] Altura [m] Factor de ubicación de la línea Factor de medioambiente de línea Blindaje de la línea: unida a una barra de unión equipotencial y equipo conectado a la misma barra de unión Precaución de cableado interno Tensión resistida al impulso UW Factor de ubicación de estructura “a” H.3.2 1 < RS ≤ 5 [Ω/km] Definición y características de las zonas en el hospital Teniendo en cuenta que - el tipo de superficie es diferente fuera de la estructura de aquella dentro de la estructura; la estructura y el sector quirúrgico son compartimientos a prueba de incendio; no existen blindajes espaciales; la unidad de cuidados intensivos contiene numerosos sistemas electrónicos sensibles y puede adoptarse un blindaje como medida de protección; en la unidad de cuidados intensivos se asume que las pérdidas L van a ser mayores que aquellas en otras partes de la estructura, ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 90 Evaluación del riesgo se pueden definir las siguientes zonas: (fuera del edificio); Z1 Z2 Z3 (bloque de habitaciones); Z4 (unidad de cuidados intensivos). (sector quirúrgico); Se dan las características de estas zonas en la Tabla H.24 para la zona Z1 , en la Tabla H.25 para la zona Z 2 , en la Tabla H.26 para la zona Z 3 y en la Tabla H.27 para la zona Z 4 . Según la estimación de las medidas de protección contra el rayo realizada por el proyectista, los valores promedio típicos de la cantidad relativa de pérdidas por año asociadas al riesgo R1 (ver Tabla C.1), Lt =10−2 (fuera de la estructura), Lt =10 −4 (dentro de la estructura), Lf =10 −1 , Lo =10 −3 , son reducidos para las zonas Z1 , Z 2 y Z 3 . Para la zona Z 4 el valor por defecto, sin reducción, fue asumido, debido a las características particulares de esta zona: Lo =10 −3 . Se asumieron para el riesgo R4 los valores promedio típicos de la cantidad relativa de pérdidas (ver Tabla C.1): - Lf = 5 ⋅10 −1 - Lo = 10 −2 Tabla H.24 – Características de la zona Z1 (fuera del edificio) Parámetro Comentario Símbolo Valor Concreto ra 1 x 10-2 Protección contra choques eléctricos No 1 Lesiones por tensiones de contacto y de paso Sí PA Lt 1 x 10-4 Personas potencialmente en peligro en la zona --- --- 10 Tipo de superficie del suelo PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 91 Tabla H.25 – Características de la zona Z 2 (bloque de habitaciones) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 1 x 10-5 Ordinario 1 x 10-2 Protección contra incendios No rf hZ hZ rp Blindaje espacial No KS2 1 --- --- --- --- Sí Lt 9,5 x 10-5 Sí Lf 9,5 x 10-2 No Lo --- Peligro especial (relacionado a Peligro especial (relacionado a Dificultad de evacuación R1 ) R4 ) No Conectado a una línea de alimentación Conectado a una línea de telecomunicación Sistemas de alimentación internos Sistemas de telecomunicación internos Lesiones por tensiones de contacto y de paso (relacionado con R1 ) Pérdida por daño físico (relacionado con R1 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con R1 ) Personas potencialmente en peligro en la zona Pérdida por daño físico (relacionado con R4 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con R4 ) 5 1 1 --- --- 950 Sí Lf 5 x 10-1 Sí Lo 1 x 10-2 Tabla H.26 – Características de la zona Z 3 (sector quirúrgico) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 1 x 10-5 Bajo 1 x 10-3 Protección contra incendios No rf hZ hZ rp Blindaje espacial No KS2 1 --- --- --- --- Sí Lt 3,5 x 10-6 Sí Lf 3,5 x 10-3 No Lo 1 x 10-3 --- --- 35 Sí Lf 5 x 10-1 Sí Lo 1 x 10-2 Peligro especial (relacionado con Peligro especial (relacionado con Dificultad de evacuación R1 ) R4 ) No Conectados a la línea de alimentación Conectados a la línea de telecomunicación Sistemas de alimentación internos Sistemas de telecomunicación internos Lesiones por tensiones de contacto y de paso (relacionado con R1 ) Pérdida por daño físico (relacionado con R1 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con R1 ) Personas potencialmente en peligro en la zona Pérdida por daño físico (relacionado con R4 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con R4 ) 5 1 1 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 92 Tabla H.27 – Características de la zona Z 4 (unidad de cuidados intensivos) Parámetro Tipo de superficie del piso Riesgo de incendio Comentario Símbolo Valor Linóleo ru 10-5 Bajo 10-3 Protección contra incendios No rf hZ hZ rp Blindaje espacial No KS2 1 --- --- --- --- Sí Lt 5 x 10-7 Sí Lf 5 x 10-4 Sí Lo 1 x 10-3 Peligro especial (relacionado con Peligro especial (relacionado con Dificultad de evacuación R1 ) R4 ) No Conectados a la línea de alimentación Conectados a la línea de telecomunicación Sistemas de alimentación internos Sistemas de telecomunicación internos Lesiones por tensiones de contacto y de paso (relacionado con R1 ) Pérdida por daño físico (relacionado con R1 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con R1 ) Personas potencialmente en peligro en la zona Pérdida por daño físico (relacionado con R4 ) Pérdida por falla de los sistemas internos (relacionado con H.3.3 R4 ) 5 1 1 --- --- 5 Sí Lf 5 x 10-1 Sí Lo 1 x 10-2 Número anual esperado de eventos peligrosos Se evalúa el número anual esperado de eventos peligrosos de acuerdo al Anexo A. En la Tabla H.28 se dan los datos resultantes. Tabla H.28 – Número anual esperado de eventos peligrosos Símbolo H.3.4 Valor (1/año) ND NM N L(alimentación) 8,98 x 10-2 N i(alimentación) 7,1 x 10-2 N L(telecomunicación) 7,26 x 10-3 N i(telecomunicación) 2,13 x 10-1 N Da(telecomunicación) 1,13 x 10-2 1,13 2,67 x 10-3 Evaluación de riesgo de pérdida de vida humana: R1 En las Tablas H.21 a H.28 se dan los parámetros requeridos para la evaluación de los componentes de riesgo. En la Tabla H.29 se dan las componentes de riesgo a evaluar. En la Tabla H.30 se dan los valores de probabilidad P . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 93 Tabla H.29 – Riesgo R1 - Componentes de riesgo a considerar de acuerdo a zonas Z1 Z2 Z3 Z4 X --- --- --- --- X X X --- --- X X RM RU(alimentación) --- --- X X --- X X X RV(alimentación) --- X X X RW(alimentación) --- --- X X RZ(alimentación) --- --- X X RU(telecomunicación) --- X X X RV(telecomunicación) --- X X X RW(telecomunicación) --- --- X X RZ(telecomunicación) --- --- X X Símbolo RA RB RC Tabla H.30 – Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para una estructura sin protección Probabilidad Z1 Z2 Z3 PA PB PC(alimentación) 1 --- --- 1 --- 1 PC(telecomunicación) --- 1 PC --- 1 PM(alimentación) --- 0,75 PM(telecomunicación) --- 0,009 PM PU(alimentación) --- 0,752 --- 0,2 PV(alimentación) --- 0,2 PW(alimentación) --- 0,2 PZ(alimentación) --- 0,008 PU(telecomunicación) --- 0,8 PV(telecomunicación) --- 0,8 PW(telecomunicación) --- 0,8 PZ(telecomunicación) --- 0,04 Z4 En la Tabla H.31 se indican los valores de los componentes de riesgo para la estructura desprotegida. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 94 Evaluación del riesgo Tabla H.31 – Riesgo R1 – Valores de los componentes de riesgo para estructuras desprotegidas de acuerdo a zonas (valores x 10-5) Z1 Z2 Z3 Z4 Estructura 0,009 --- --- --- 0,009 --- 42,7 0,157 0,022 44,01 --- --- 8,98 8,98 8,98 RM RU(alimentación) --- --- 85,2 85,2 85,2 --- ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 RV(alimentación) --- 0,25 ≈0 ≈0 0,26 RW(alimentación) --- --- 0,053 0,053 0,053 RZ(alimentación) --- --- 0,055 0,055 0,055 RU(telecomunicación) --- ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 RV(telecomunicación) --- 7,05 0,026 0,004 7,278 RW(telecomunicación) --- --- 1,48 1,48 1,48 RZ(telecomunicación) --- --- 0,825 0,825 0,825 0,009 50 96,8 96,62 243,4 Símbolo RA RB RC TOTAL Conclusión de la evaluación de R1 H.3.5 Como R1 = 243,4 ⋅10 −5 es mayor que el valor de riesgo tolerable RT = 10 −5 , se requiere la protección contra el rayo para la estructura. H.3.6 Selección de las medidas de protección En la Tabla H.32 se da la composición de las componentes de riesgo (ver 4.3.1 y 4.3.2). Tabla H.32 – Composición de las componentes de riesgo R1 de acuerdo a zonas (valores x 10-5) Z1 Z2 Z3 Z4 Estructura RD RI 0,009 42,7 9,14 9,02 53,02 0 7,3 87,66 87,6 95,13 TOTAL 0,009 50 96,8 96,62 243,4 RS 0,009 0 ≈0 ≈0 0,009 RF RO 0 50 0,2 0,026 50,22 0 0 96,6 96,6 193,2 0,009 50 96,8 96,62 243,4 Símbolo TOTAL con RD = RA + RB + RC RI = RM + RU + RV + RW + RZ RS = RA + RU ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 95 RF = RB + RV RO = RM + RC + RW Donde es el riesgo debido a los rayos que impactan la estructura (fuente S1); RD RI es el riesgo debido a los rayos que no impactan la estructura pero que influyen en ella (fuentes: S2, S3 y S4); es el riesgo debido a lesiones a los seres vivos; RS RF RO es el riesgo debido a daño físico; es el riesgo debido a fallas de los sistemas internos. Esta composición muestra que el riesgo R1 para la estructura es principalmente debido a falla de los sistemas internos en zonas Z 3 y Z 4 causados por descargas cercanas a la estructura. El riesgo R1 es influenciado por - fallas de los sistemas internos en zonas Z 3 y Z 4 (componentes RM ≈ 57% y RC ≈ 6% del riesgo total), daños físicos en la zona Z 2 (componentes RB ≈ 27% y RV ≈ 4% del riesgo total) Puede ser reducido el componente RB por - un SPCR conforme a AEA 92305-3 para todo el edificio, proveyendo a la zona Z 2 con medidas de protección para reducir las consecuencias de incendio (tales como extintores, sistema de detección de incendio automático, etc.). Pueden ser reducidos los componentes RC y RV proveyendo a los sistemas internos de alimentación y de telecomunicación una protección coordinada de DPS conforme a AEA 92305-4. Puede ser reducido el componente RM en zonas Z 3 y Z 4 al: - proveer a los sistemas internos de alimentación y telecomunicación con una protección de coordinada de DPS conforme a AEA 92305-4; proveer a las zonas Z 3 y Z 4 con un adecuado blindaje espacial mallado conforme a AEA 92305-4. Se pueden adoptar las siguientes soluciones para las medidas de protección: a) Primera solución - Proteger el edificio con un SPCR Clase I. Reforzar la instalación (1,5x) de DPS coordinados con PDPS = 0,005 en los sistemas de alimentación y telecomunicación internos. Proveer a la zona Z 2 con un sistema automático de detección de incendios. - Proveer a las zonas Z 3 y Z 4 con un blindaje mallado con w = 0,5 m . - ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 96 Evaluación del riesgo Utilizando esta solución, los parámetros en la Tabla H.25 van a cambiar, conduciendo a las probabilidades reportadas en la Tabla H.33. El factor que reduce la pérdida debido a las previsiones contra incendio cambiará a Rp = 0,2 para la zona Z 2 . Tabla H.33 – Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución a) Probabilidad PA PB PC(alimentación) Z1 Z2 Z3 1 --- --- 0,02 Z4 --- 0,005 PC(telecomunicación) --- 0,005 PC --- 0,00199 PM(alimentación) --- 0,0001 PM(telecomunicación) --- 0,0001 PM PU(alimentación) --- 0,0002 --- 0,005 PV(alimentación) --- 0,005 PW(alimentación) --- 0,005 PZ(alimentación) --- 0,005 PU(telecomunicación) --- 0,005 PV(telecomunicación) --- 0,005 PW(telecomunicación) --- 0,005 PZ(telecomunicación) --- 0,005 b) Segunda solución - Proteger el edificio con un SPCR Clase I. - Reforzar la instalación (3x) de DPS coordinados con PPDS = 0,001 en los sistemas de alimentación y telecomunicación internos. - Proveer a la zona Z 2 con un sistema automático de detección de incendios. Utilizando esta solución, los parámetros en la Tabla H.25 cambiarán, conduciendo a las probabilidades reportadas en la Tabla H.34. El factor que reduce la pérdida debido a previsiones contra incendios cambiará a rp = 0,5 para la zona Z 2 . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 97 Evaluación del riesgo Tabla H.34 – Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución b) Probabilidad Z1 Z2 Z3 PA PB PC(alimentación) 1 --- --- 0,02 --- 0,001 PC(telecomunicación) --- 0,001 PC --- 0,002 PM(alimentación) --- 0,001 PM(telecomunicación) --- 0,001 PM PU(alimentación) --- 0,002 --- 0,001 PV(alimentación) --- 0,001 PW(alimentación) --- 0,001 PZ(alimentación) --- 0,001 PU(telecomunicación) --- 0,001 PV(telecomunicación) --- 0,001 PW(telecomunicación) --- 0,001 PZ(telecomunicación) --- 0,001 Z4 c) Tercera solución - Proteger el edificio con un SPCR Clase I. - Reforzar la instalación (2x) de DPS coordinados con PDPS = 0,002 en los sistemas de alimentación y telecomunicación internos. - Proveer a la zona Z 2 con un sistema automático de detección de incendios. - Proveer a las zonas Z 3 y Z 4 con un blindaje mallado con w = 0,1m . Utilizando esta solución, los parámetros en la Tabla H.25 cambiarán, conduciendo a las probabilidades reportadas en la Tabla H.35. El factor que reduce la pérdida debido a previsiones contra incendios cambiará a rp = 0,2 para la zona Z 2 . ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 98 Tabla H.35 – Riesgo R1 – Valores de probabilidad P para estructura protegida conforme a la solución c) Probabilidad PA PB PC(alimentación) Z1 Z3 Z2 1 --- --- 0,02 Z4 --- 0,002 PC(telecomunicación) --- 0,002 PC --- 0,004 PM(alimentación) --- 0,0001 PM(telecomunicación) --- 0,0001 PM PU(alimentación) --- 0,0002 --- 0,002 PV(alimentación) --- 0,002 PW(alimentación) --- 0,002 PZ(alimentación) --- 0,002 PU(telecomunicación) --- 0,002 PV(telecomunicación) --- 0,002 PW(telecomunicación) --- 0,002 PZ(telecomunicación) --- 0,002 En la Tabla H.36 se dan los valores de riesgo para cada zona de acuerdo a la solución elegida. Tabla H.36 – Riesgo R1 – Valores del riesgo de acuerdo a la solución elegida (valores x 10-5) Solución a) Solución b) Solución c) Z1 Z2 Z3 Z4 TOTAL 0,009 0,009 0,009 0,181 0,173 0,175 0,263 0,277 0,121 0,261 0,274 0,118 0,714 0,733 0,423 Todas las soluciones reducen el riesgo por debajo del nivel tolerable. La solución a adoptar está sujeta tanto al mejor criterio técnico como a la solución más efectiva en costos. H.3.7 Datos para el análisis del costo-beneficio El costo de pérdida total CL puede ser calculado por la ecuación (G.1) del Anexo G. En la Tabla H.37 se dan los valores económicos, incluyendo la pérdida de actividad, para cada zona. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 99 Evaluación del riesgo Tabla H.37 – Valores de costos de pérdida asociados a zonas (valores en $ x 106) Símbolo Edificio B Contenidos I Sistema de alimentación A Sistemas de telecomunicación A Total Z1 Z2 Z3 --- --- --- --- --- 70 6 3 0,5 79,5 2 0,9 5 0,5 8,4 Z4 1 0,1 0,015 1 2,1 Total 73 7 8 2 90 En la Tabla H.38 se dan los valores asumidos para las tasas de interés, amortización y mantenimiento asociados a las medidas de protección. Tabla H.38 – Valores de tasas asociados Tasa Interés Amortización Mantenimiento H.3.8 Símbolo Valor 0,04 0,05 0,01 i a m Evaluación del riesgo de pérdida económica: R4 En las Tablas H.31 hasta H.38 se dan los parámetros requeridos para la evaluación de las componentes de riesgo. En la Tabla H.39 se dan los valores de los componentes de riesgo para la estructura desprotegida. Tabla H.39 – Riesgo R4 – Valores de los componentes de riesgo para estructuras desprotegidas de acuerdo a zonas (valores x 10-5) Z2 Z3 Z4 RB RC(alimentación) 44,9 4,49 4,49 89,8 89,8 89,8 RU(telecomunicación) 89,8 89,8 89,8 RM(alimentación) 849 849 849 RM(telecomunicación) 10,2 10,2 10,2 RV(alimentación) 0,27 0,027 0,027 RW(alimentación) 0,53 0,53 0,53 RZ(alimentación) 0,55 0,55 0,55 RV(telecomunicación) 7,42 0,74 0,74 RW(telecomunicación) 14,8 14,8 14,8 RZ(telecomunicación) 8,25 8,25 8,25 Símbolo PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA H.3.9 AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 100 Evaluación del riesgo Análisis del costo-beneficio El costo de pérdida residual CRL puede calcularse utilizando la ecuación (G.2) del Anexo G, una vez que los nuevos valores de los componentes de riesgo han sido evaluados de acuerdo a las medidas de protección elegidas (ver H.3.4 – soluciones a), b) y c)). En la Tabla H.40 se dan los valores de los costos de pérdida CL para las estructuras desprotegidas y de pérdida residual CRL para la estructura protegida de acuerdo con las soluciones a), b) y c). Tabla H.40 – Monto de pérdidas CRL y CL (valores en $) CL Símbolo CRL (desprotegido) CRL (protegido) (protegido) CRL (protegido) Solución a) Solución b) Solución c) Z2 Z3 68801 3503 3325 4066 47779 2293 5011 202 Z4 1430 27 927 64 118010 5824 9262 4332 Total En la Tabla H.41 se da el costo CP y el costo anual CPM de las medidas de protección (Ver ecuación (G.4) del Anexo G). Tabla H.41 – Costos CP y CPM de las medidas de protección (valores en $) CP CPM 100000 50000 10000 5000 Medidas de protección SPCR Clase I Sistemas de detección de incendio Blindaje de zonas Z3 y Z 4 ( w = 0,5 ) 100000 10000 Blindaje de zonas Z3 y Z 4 ( w = 0,1 ) 110000 11000 20000 24000 30000 10000 12000 15000 2000 2400 3000 1000 2000 1500 DPS (1,5x) en el sistema de alimentación DPS (2x) en el sistema de alimentación DPS (3x) en el sistema de alimentación DPS (1,5x) en el sistema de TLC DPS (2x) en el sistema de TLC DPS (3x) en el sistema de TLC El ahorro anual de dinero S = CL − (CRL + CPM ) se da en la Tabla H.42. Tabla H.42 – Ahorro anual de dinero (valores en $) Solución a) Solución b) Solución c) 84186 89248 84078 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA H.4 AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 101 Evaluación del riesgo Edificio de departamentos Tal como para el caso de estudio anterior, se evaluará el riesgo R1 para un edificio de departamentos localizado en una región con una densidad ceráunica N g = 4 rayos por km2 por año. Se evaluarán de acuerdo a la Tabla 3 los componentes de riesgo RB , RU y RV . El edificio está aislado: no hay otras estructuras vecinas. Los servicios entrantes son: - línea de alimentación de baja tensión; línea telefónica; En la Tabla H.43 se dan las características de la estructura. Tabla H.43 – Características de la estructura Parámetro Dimensiones [m] Factor de ubicación SPCR Densidad ceráunica Comentario Símbolo Valor --- Lb ⋅Wb ⋅ H b 30 x 20 x 20 Aislado Cd 1 No PB Ng 1 1 / (km2.año) 4 Se pueden definir las siguientes zonas: - Z1 (fuera del edificio); Z 2 (dentro del edificio). No hay personas localizadas fuera del edificio; por ende, se puede descartar el riesgo R1 para la zona Z1 . No se requiere evaluación económica. En la Tabla H.44 se dan los parámetros de la zona Z 2 . PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 102 Evaluación del riesgo Tabla H.44 – Parámetros de la zona Z 2 Comentario Símbolo Valor Tipo de superficie del piso Parámetro Madera ru 10-5 Riesgo de incendio Variable rf hZ rp --- --- --- --- --- --- --- Sí Lt 10-4 Sí Lf 10-1 Peligro especial No Protección contra incendios No Protección contra choques eléctricos No Conectado a una línea de alimentación de baja tensión Conectado a una línea de telecomunicación Sistemas de alimentación internos Sistemas de telefonía internos Lesiones por tensiones de contacto y de paso (relacionado con R1 ) Pérdida por daños físicos (relacionado con R1 ) 1 1 En la Tabla H.45 se dan las características de los sistemas internos y de líneas entrantes para un sistema de alimentación y en la Tabla H.46 para un sistema de telecomunicación. Tabla H.45 – Parámetros del sistema de alimentación interno y de la línea entrante Parámetro Comentario [Ω.m] Símbolo ρ Valor 250 --- Lc 200 Enterrado --- --- No Ct 1 Rodeado de objetos más pequeños Cd 0,5 Factor de medioambiente de la línea Suburbano Ce 0,5 Blindaje de la línea Sin blindaje 1 UW = 2,5 kV PLD PLI K S4 0,6 Protección coordinada de DPS No PDPS 1 Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] No La ⋅Wa ⋅ H a --- Resistividad del suelo Longitud [m] Altura [m] Transformador MT/BT Factor de ubicación de la línea Tensión resistida al impulso UW 0,4 PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 103 Tabla H.46 – Parámetros del sistema de telecomunicación interno y de la línea entrante Parámetro Resistividad del suelo Comentario [Ω.m] Símbolo ρ Valor 250 --- Lc 100 Enterrado Rodeado de objetos más pequeños --- --- Cd 0,5 Suburbano Ce 0,5 1 1 U W =1,5 kV PLD PLI K S4 Protección coordinada de DPS No PDPS 1 Dimensiones de la estructura en el extremo “a” de la línea [m] No La ⋅Wa ⋅ H a --- Longitud [m] Altura [m] Factor de ubicación de la línea Factor de medioambiente de la línea Blindaje de la línea Tensión resistida al impulso No UW 1 En la Tabla H.47 se dan los valores del riesgo R1 y las medidas de protección a adoptar para reducir el riesgo a un nivel tolerable RT =10 −5 de acuerdo a la altura del edificio y su riesgo de incendio. Tabla H.47 - Medidas de protección a adoptar de acuerdo a la altura del edificio y su riesgo de incendio Riesgo de incendio Altura [m] Bajo Ordinario 20 Alto Bajo Ordinario Alto (1) Extintores Hidrantes (3) Alarma automática (2) 40 Tipo de SPCR ---III IV --II I I ----IV --IV I --I Protección contra incendios ------(2) --(3) --(1) --(3) ----(3) ----(3) R1 ( x 10 −5 ) Estructura protegida 0,77 7,7 0,74 0,73 77 0,74 1,49 0,74 2,33 0,46 0,46 23,3 0,93 0,46 233 0,93 X No X X No X No X No X X No X X No X ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 104 Evaluación del riesgo Anexo I (Informativo) Caso de estudio para servicios – Línea de telecomunicación I.1 General El servicio a considerar es una línea de telecomunicación utilizando conductores metálicos. Pueden afectar a este tipo de servicio la pérdida de servicio público (L2) y pérdida de valor económico (L4) de manera tal que deben ser evaluados los correspondientes riesgos R '2 y R '4 , pero siguiendo el pedido del operador de redes, se considerará solamente el riesgo R '2 . I.2 Datos básicos En la Figura I.1 se muestra la línea, localizada en una región con N g = 4 rayos por km2 por año (no hay equipo instalado a lo largo de la línea). 3Ha 3Hb Hb a b Sección 1 Ha Sección 2 Estructura a (usuario) IEC 2092/05 Estructura b (maniobra) Figura I.1 – Línea de telecomunicación a proteger I.3 Características de la línea La línea consiste de 2 secciones: - sección S1 : línea blindada enterrada y conectada al edificio de maniobra: no hay medidas de protección instaladas en esta sección; sección S 2 : línea aérea sin blindar y conectada al edificio del cliente: no hay medidas de protección instaladas en esta sección; y 3 puntos de transición: - Tb : en la entrada de la sección S1 al edificio “b” (esto es, el edificio de maniobra): no hay medidas de protección instaladas en este punto; T1/2 : entre la sección S1 y la sección S 2 : no hay medidas de protección instaladas en este punto; Ta : en la entrada de la sección S 2 al edificio “a” (esto es, al edificio del cliente): no hay medidas de protección instaladas en este punto. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 105 Evaluación del riesgo La pantalla de la sección S1 se conecta a tierra en ambos extremos (es decir, en la barra de unión en el edificio de maniobra ( Tb ) y en el punto de transición T1/2 ) con un valor de resistencia de tierra de algunas decenas de ohms. En la Tabla I.1 se dan las características de la línea para la sección S1 y en la Tabla I.2 para la sección S2 . Tabla I.1 – Características de la sección S1 de la línea Parámetro Resistividad del suelo Comentario [Ω . m] Símbolo ρ Valor 500 --- Lc 600 Altura [m] Enterrado --- --- Factor de ubicación de la línea Rodeado Cd 0,5 Rural Ce 1 --- RS 0,5 Longitud [m] Factor de medioambiente de la línea Resistencia del blindaje de la línea [Ω / km] Tipo de blindaje de línea Características del blindaje Plomo --- --- Sin contacto con el suelo Kd 0,4 Tipo de aislamiento de la línea Papel UW [kV] 1,5 UW [kV] 1,5 (1) Tipo de equipo en el punto de transición Tb Electrónico Tipo de equipo en el punto de transición T1/2 No --- --- No Kp 1 Medidas de protección (1) Nivel intensificado de la Recomendación ITU-T K.20. Tabla I.2 – Características de la sección S 2 de la línea Parámetro Resistividad del suelo Comentario [Ω . m] Símbolo ρ Valor 500 --- Lc 800 Aéreo Hc 6 Rodeado Cd 0,5 Rural Ce 1 --- --- Longitud [m] Altura [m] Factor de ubicación de la línea Factor de medioambiente de la línea Resistencia del blindaje de la línea [Ω / km] Descubierto Tipo de aislamiento de línea Plástico UW [kV] 5 UW [kV] 1,5 (1) Tipo de equipo en el punto de transición Ta Electrónico Tipo de equipo en el punto de transición T1/2 No --- --- No Kp 1 Medidas de protección (1) I.4 Nivel intensificado de la Recomendación ITU-T K.20. Características de la estructura en el extremo de la línea En la Tabla I.3 se dan las características de la estructura en el extremo de la línea. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 106 Tabla I.3 - Características de la estructura en el extremo de la línea I.5 Dimensiones [m] Factor de ubicación Estructura L⋅W ⋅ H Cd Número n de servicios a la estructura “a” “b” 25 x 20 x 15 20 x 30 x 10 2 0,5 3 10 Número anual esperado de eventos peligrosos Se evalúa el número anual esperado de eventos peligrosos de acuerdo al Anexo A. Los datos se indican en la Tabla I.4 Tabla I.4 - Número anual esperado de eventos peligrosos I.6 Parámetro Valor (1/año) N Da 0,0873 N Db 0,0129 N L(S1) 0,0235 N I(S1) 0,617 N L(S2) 0,0522 N I(S2) 1,6 Componentes de riesgo En la Tabla I.5 se dan las componentes de riesgo involucradas en cada sección. Tabla I.5 – Riesgo R '2 – Componentes de riesgo relevantes a las secciones S de la línea Parámetro S1 S2 R 'B(a) --- X R'B(b) X --- R'C(a) --- X R'C(b) X --- R 'V X X R 'W X X R 'Z X X En la Tabla I.6 se dan las corrientes de falla y las probabilidades necesarias para la evaluación de los componentes de riesgo. PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 107 Tabla I.6 – Riesgo R '2 – Valores de las corrientes de falla y probabilidades P ' para la línea sin protección S1 Parámetro I a(B, C) S2 (1) [kA] > 600 0(2) I a(V) [kA] 40(3) 0(2) I a(W) [kA] 125(4) 0(2) P'B(a)(Ia(B)) --- 1(5) P 'B(b)(Ia(B)) 0,001(5) --- P'C(a) (Ia(C)) --- 1(5) P 'C(b) (Ia(C)) 0,001(5) --- P 'V(Ia(V)) 0,4 1 P 'W(Ia(W)) 0,035 1 0,5(8) 1(8) 0,02(7) 1(8) 0,5(9) 1(8) P'Z(Ta) (para el equipo en el punto de transición Ta , U W =1,5 kV ) P'Z(Tb) (6) (para el equipo en el punto de transición Tb , U W =1,5 kV ) (6) P'Z(T1/2) (para la perforación del aislante del cable enterrado, i. U W =1,5 kV ) (6) I a = 25 nU W / ( RS ⋅ K d ⋅ K p ) con K p =1 y K d = 4 ii. Ia = 0 ii. Limitado a 40 kA por el blindaje de plomo (ver D.1.2). v. I a = 25U W / ( RS ⋅ K d ⋅ K p ) (ver Anexo D.1 y Tabla D.1). para línea sin blindaje (ver Anexo D.1). con K p =1 y K d = 4 v. Ver Tabla D.5. vi. Se reportan en la Tabla B.7 valores de (ver Anexo D.1.2 y Tabla D.1) P'Z . La regla para utilizar la Tabla B.7 para la sección blindada es la siguiente: Cuando el punto de transición considerado es entre dos secciones blindadas o la sección blindada está al ingresar a la estructura y está conectada a la barra de unión donde el equipo está conectado, se aplican a las secciones cubiertas los valores de la Tabla B.7 dados en la columna “blindaje unido a...”. ii. ii. x. I.7 En todos los otros casos, se aplican a las secciones blindadas los valores de la Tabla B.7 dados en las columnas “blindaje no unido a...”, si la blindaje está conectado a tierra al menos en ambos extremos con un valor de resistencia de tierra de algunas decenas de ohms. De otro modo, la sección blindada debe ser considerada como aquellas sin blindar. Valores de la Tabla B.7 en las columnas “blindaje unido a ...” Valores de la Tabla B.7 en la columna “sin blindar”. Valores de la Tabla B.7 en la columna “blindaje no unido...” Evaluación de riesgo R '2 Siguiendo a la evaluación del proyectista de la protección contra el rayo basada en la experiencia del operador de redes, se asumieron los siguientes valores promedio de la cantidad relativa de pérdida por año asociada al riesgo R2 : Lf = 3⋅10 −3 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 108 Lo = 10 −3 (valor por defecto – ver Tabla E.1). En la Tabla I.7 se dan los valores de las componentes de riesgo para la línea sin protección. Tabla I.7 – Riesgo R '2 – Valores de los componentes de riesgo para la línea sin protección de acuerdo a las secciones S de la línea (valores x 10-3) S1 S2 Línea R 'B(a) (1) --- 0,261 0,261 R'B(b) (1) ≅0 --- ≅0 R 'C(a) (2) --- 0,0873 0,0873 R'C(b) (2) ≅0 --- ≅0 R 'V 0,0282 0,1566 0,1848 R 'W 0,0008 0,0522 0,053 Parámetro R ' = R'B(a) + R'B(b) + R'C(a) + R'C(b) + R'V + R 'W 0,5861 R'Z(Ta) (5) 0,2967 1,5478 1,845 R'Z(Tb) (6) 0,0119 1,5478 1,59 R'Z(T1/2) (7) 0,2967 1,5478 1,845 R2(Ta) = R ' + R'Z(Ta) 2,4311 R2(Tb) = R' + R'Z(Tb) 2,1761 R2(T1/2) = R' + R'Z(T1/2) 2,4311 (1) (2) (3) (4) (5) R ' B = N D ⋅ P ' B ⋅ L 'f R 'C = N D ⋅ P'C ⋅ L'0 R 'V = N L ⋅ P 'V ⋅ L'f R 'W = N L ⋅ P'W ⋅ L'0 R 'Z(Ta) = ( N I − N L ) ⋅ P'Z(Ta) ⋅ L'0 (6) R 'Z(Tb) = ( N I − N L ) ⋅ P 'Z(Tb) ⋅ L'0 (7) R 'Z(T1/2) = ( N I − N L ) ⋅ P 'Z(T1/2) ⋅ L'0 El valor de riesgo R ' 2 = 3,508 ⋅10 −3 es mayor que el valor de riesgo tolerable RT = 10 −3 , por ende la línea necesita ser protegida contra el rayo. La Tabla I.7 muestra que, debido al componente de riesgo R'Z en la sección S 2 , el riesgo R '2 sobrepasó el valor tolerable en los puntos de transición Ta , Tb y T1/2 . Entonces este componente de riesgo debe ser reducido. Porque la línea ya está instalada (y por ello no es posible usar, por ejemplo, una sección blindada en vez de una sin blindar) y deben ser utilizados como una medida de protección los DPS conformes a AEA 92305-5. Para reducir el riesgo R '2 por debajo del valor tolerable, es suficiente seleccionar DPS de acuerdo con el LPL III, es decir, PDPS = 0,03 (ver Tabla B.3). La instalación de DPS en los puntos de transición Ta y T1/2 : ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 109 Evaluación del riesgo - reduce las probabilidades PZ(Ta) y PZ(T1/2) al valor PDPS ; - no afecta las probabilidades P 'V y P 'W (ver D.1.2); - no afecta las probabilidades P 'B y P 'C referidos a la sección S 2 porque es aérea (ver D.1.1); - no afecta las probabilidades P 'B y P 'C referidos a la sección S1 porque son menores que PDPS (ver D.1.1). Además, de acuerdo a la definición 3.25 y la Cláusula A.4, con los DPS instalados en el punto de transición T1/2 , T1/2 se convierte en un “nodo” para el punto de transición Tb y la sección S 2 de la línea ya no contribuye en demasía al valor del componente de riesgo R 'Z(Tb) (ver Anexo A de AEA 92305-5). En la Tabla I.8 se dan los valores de las probabilidades P ' para la línea protegida. Tabla I.8 – Riesgo R '2 – Valores de las probabilidades P ' para la línea protegida S1 S2 P'B(a)(Ia(B)) --- 1 P'B(b)(Ia(B)) 0,001 --- P'C(a)(Ia(C)) --- 1 P'C(b)(Ia(C)) 0,001 --- P 'V(Ia(V)) 0,4 1 P 'W(Ia(W)) 0,035 1 Parámetro P'Z(Ta) (para equipo en el punto de transición, U W =1,5 kV ) 0,03 0,03 P'Z(Tb) (para equipo en el punto de transición, U W =1,5 kV ) 0,02 --- 0,03 0,03 P'Z(T1/2) (para la perforación del aislante del cable enterrado, U W =1,5 kV ) En la Tabla I.9 se indican los valores de las componentes de riesgo para la línea protegida que muestra que el riesgo R '2 es menor al valor tolerable; por ende se logra la protección de la línea contra el rayo. ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 110 Tabla I.9 – Riesgo R '2 – Valores de los componentes de riesgo para la línea protegida con DPS instalados en el punto de transición T1/2 y Ta con PDPS = 0,03 (valores x 10-3) Parámetro S1 S2 Línea R 'B(a) --- 0,261 0,261 R'B(b) ≅0 --- ≅0 R'C(a) --- 0,0873 0,0873 R'C(b) ≅0 --- ≅0 R 'V 0,0282 0,1566 0,1848 R 'W 0,0008 0,0522 0,053 R ' = R'B(a) + R'B(b) + R'C(a) + R'C(b) + R'V + R 'W 0,5861 R'Z(Ta) 0,0178 0,0553 0,0731 R'Z(Tb) 0,0119 --- 0,0119 R'Z(T1/2) 0,0178 0,0.553 0,0731 R2(Ta) = R ' + R'Z(Ta) 0,6592 R2(Tb) = R' + R'Z(Tb) 0,598 R2(T1/2) = R' + R'Z(T1/2) 0,6592 ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 111 Anexo J (Informativo) Programas simplificados para la evaluación de riesgo en estructuras J.1 Fundamentos SIRAC (acrónimo del inglés Simplified Iec Risk Assessment Calculador) es una herramienta informática basada en cálculos y métodos dados en AEA 92305-2 y asiste en el cálculo de los componentes de riesgo de las estructuras simples. Está destinado para complementar la aplicación de AEA 92305-2 como un método de manejo del riesgo para los propósitos de la protección contra el rayo. Es importante notar que esta herramienta es una simplificación del método más riguroso del manejo del riesgo descripto a lo largo de este documento. El cálculo está diseñado para ser relativamente intuitivo para los usuarios que desean obtener una estimación inicial del riesgo. El objeto y las limitaciones de SIRAC son las que siguen: - - - - - J.2 Permitir a más usuarios generales de AEA 92305-2 llevar a cabo cálculos en estructuras típicas sin requerirles un conocimiento en profundidad de detalles y metodologías cubiertas por el cuerpo de este documento. Promover la aplicación de AEA 92305-2 y la adopción de su método de evaluación de riesgo por un sector más amplio de usuarios y lectores. Se cree que una herramienta tan amiga del usuario servirá también para incrementar la aceptación del documento en una comunidad de protección contra el rayo más amplia. Proveer una herramienta específicamente diseñada para el cálculo de riesgo en estructuras típicas, no complicadas, y situaciones más generales. Para lograr este objetivo, ciertos parámetros están estipulados por defecto en valores fijos y al usuario se le requiere hacer solamente selecciones de un nivel más limitado de parámetros. El programa no implementa la completa funcionalidad de este documento; tal implementación hubiese añadido complejidad no deseada a la herramienta. Se alienta a los usuarios a utilizar el documento escrito para un tratamiento más detallado del riesgo cuando se evalúan estructuras complicadas o circunstancias especiales. Sólo es aplicable para el cálculo de estructuras de una zona. SIRAC debe ser visto como una herramienta compañera de AEA 92305-2 y estará apoyada a través de una función de actualización online a un servidor de FTP de la IEC donde las descargas estarán disponibles a medida que la herramienta se actualice. Descripción de parámetros Los parámetros importantes para el cálculo de los componentes de riesgo en la herramienta informática están divididos en tres categorías: - parámetros que el usuario requiere seleccionar de acuerdo a las definiciones y posibilidades provistas en el documento (ver Tabla J.1); parámetros donde la elección del usuario está limitada a un subconjunto de aquellos provistos en el documento (ver Tabla J.2); parámetros que están fijos en el programa y que el usuario no puede alterar (ver Tabla J.3). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 112 Tabla J.1 – Parámetros para que el usuario cambie libremente Parámetro Abreviatura / Símbolo Densidad ceráunica L, W , H Ng Factor de ubicación Cd Factor de medioambiente Ce Longitud, ancho y altura de la estructura a proteger Tipo de servicio (línea de alimentación, otros servicios aéreos, otros servicios subterráneos) Comentario: Un transformador es sólo posible para la línea de alimentación Sistema de protección contra el rayo de acuerdo a AEA 92305-3 Protección contra ondas (sobretensión) para los servicios - sólo en la entrada (unión equipotencial con DPS) - o una protección coordinada de DPS de acuerdo a AEA 92305-4 para todo el sistema interno conectado a los servicios PB PDPS Comentario: el usuario sólo puede seleccionar un valor para la protección contra las ondas. Este valor se aplica a todos los servicios y para el conjunto de la estructura a proteger. Riesgo de incendio o de daño físico a la estructura Protección contra incendio rf rp Peligros especiales hZ Elección de las pérdidas asociadas (tipos de pérdidas) Tabla J.2 – Subconjunto limitado de parámetros a ser modificados por el usuario Parámetro Abreviatura / Símbolo Efectividad del blindaje de la estructura KS1 Tipo de cableado interno K S2 Blindaje de los servicios externos (tipo de cableado externo) PLD , PLI Factores de pérdida debido a incendio: se le pide al usuario el tipo de estructura a proteger Comentario: no es posible un cálculo de Lf para los cuatro tipos de pérdida, tal y como están definidos en el Anexo C. El usuario debe seleccionar el tipo de estructura a proteger de la lista dada. Factores de pérdida debido a las sobretensiones Comentario: no es posible un cálculo de Lo para los cuatro tipos de pérdidas, tal y como están definidos en el Anexo C. El usuario debe seleccionar el tipo de estructura a proteger de la lista dada. Para pérdidas del tipo L4, pérdida económica, no hay implementación de la investigación de la efectividad de costos de las medidas de protección en esta solución informática simplificada. Si se requiere esto, el usuario tiene que elegir un riesgo tolerable de pérdida económica. Lf Lo ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 113 Tabla J.3 – Parámetros fijos (no modificables por el usuario) Símbolo Valor fijado Longitud de los servicios Parámetro Lc 1000 m En el caso de los servicios aéreos: altura Hc 6m No se tiene en cuenta un edificio adyacente N Da 0 No se tiene en cuenta la efectividad del blindaje de las zonas internas a la estructura K S2 1 Tensión resistida al impulso del equipo interno conectado al servicio (1,5 kV) K S4 1 Probabilidad de choque eléctrico para los seres vivos 1 Tipo de suelo o piso PA ra 10-2 Para pérdida del tipo L1, pérdida de vida humana, factor de pérdida por tensiones paso y de contacto dentro y hasta 3 m afuera de la estructura a proteger Lt 0,01 Nota: Se puede encontrar más información concerniente a los valores de parámetro directamente en SIRAC (desplazarse hacia abajo del menú con el mouse). J.3 Ejemplo de una impresión de pantalla En la Figura J.1 y en la Figura J.2 se dan impresiones de pantalla para el ejemplo descripto en la Cláusula H.1 (casa de campo) (medidas de protección provistas como se describe en la Cláusula H.1, por ejemplo SPCR Clase IV y DPS en la entrada del servicio). ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 114 Figura J.1 – Ejemplo para una casa de campo (ver Cláusula H.1 – sin medidas de protección provistas) ASOCIACIÓN ELECTROTÉCNICA ARGENTINA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Evaluación del riesgo AEA 92305-2 © Edición 2007 Página 115 Figura J.2 – Ejemplo para una casa de campo (ver Cláusula H.1 – medidas de protección provistas)
