lOMoARcPSD|29548600 Memoria DE Calculo DEL Sistema DE Puesta Análisis y Operación de Sistemas Eléctricos de Potencia (Universidad de Santiago de Chile) Studocu no está patrocinado ni avalado por ningún colegio o universidad. Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIA DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y EVALUACION DE RIESGO POR RAYOS PROYECTO PUESTAS A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS # 210 CONJUNTO RESIDENCIAL SANTA ANA ZIPAQUIRA (ETAPA 1) Calle 8 vía Nemocon ELABORADO POR: ING. CESAR GONZALES Bogotá, Junio 25 de 2012 Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA ÍNDICE 1. BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................3 2. CRITERIOS FUNDAMENTALES PARA EL DE DISEÑO DE PUESTAS A TIERRA................................................................................................................................4 2.1 Objetivo General del Diseño del Sistema de Puesta a Tierra. ...........................4 2.2 Criterios Generales para el diseño del Sistema de Puesta a Tierra. ..................4 2.3 Recomendaciones de Diseño y Construcción de las Puestas a Tierra. ..............6 3. CORRIENTE ASIMETRICA DE FALLA A TIERRA Y CÁLCULO DE CALIBRE DE CONDUCTORES........................................................................................7 3.1 Datos generales para el diseño de la Puesta a Tierra: ..........................................7 3.2 Calculo de la Corriente de Falla a Tierra (IEEE 80- 2000). ................................8 3.3 Calculo de la Corriente de Cortocircuito Transformador de 112.5 kVA. ........9 3.4 Calculo de la Corriente de Cortocircuito Transformador de 150 kVA. ...........9 3.4 Calculo conductores de las Puestas a Tierra .......................................................9 4. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y SELECCIÓN DEL MODELO DEL SUELO PARA EL CÁLCULO DE LAS PUESTAS A TIERRA. .11 4.1 Cálculo del Modelo de resistividad del Suelo.........................................................11 5. DISEÑO Y ANALISIS DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA .................14 5.1 Malla de Puesta a tierra 6. SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS .....................17 6.1. Diseño del Sistema de Protección Contra Rayos. ................................................17 Transformadores de 112.5 y 150 kVA. ................14 6.2. Evaluación del Grado de Riesgo para la necesidad de instalación de un sistema de Protección Contra Rayos. ...........................................................................................18 6.3. Datos Generales y Cálculos del Sistema de Protección Contra Rayos...........19 6.4 Evaluación del riesgo sin medidas de protección externa e interna. ...............22 6.5 Resumen de datos del Sistema de Protección Contra Rayos. ..........................23 2 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Proyecto de Puestas a Tierra Estudio Diseñador de la Puesta a Tierra Director Proyecto Eléctrico Formato de Cálculos # 210 Conjunto Residencial Santa Ana Memorias Calculo del Sistema de Puesta a Tierra y protección contra rayos. Ing. Cesar M. González, Matricula CN205 29648 Ing. Nydia Linares Corredor Version 3 Junio de 2012. 1. BIBLIOGRAFÍA. 1. IEEE 80-2000. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding. Institute of Electrical and Electronics Engineers. 2. IEEE 81-1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System Part 1: Normal Measurements. 3. NFPA 70, National Electrical Code® 2008 Edition. 4. ANSI/ IEEE Std 142-2007: Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial power Systems. 5. ANSI/ IEEE 1100-2005: Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment. 6. IEEE Std C62.41.1 -2002 Guide on the Surge Environment in Low-Voltage (1000 V and Less) AC Power Circuits. 7. Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas de Colombia RTIE 2008. 8. Instalaciones Eléctricas Carlos Mario Diez H. Universidad Nacional de Colombia sede Medellín. 9. Electrical Distribution System Protection, Third Edition, Cooper Power Systems. 10. Electric Transmission and Distribution Reference Book, Westinghouse Electric Corporation. 11. Earth Resistances, G. F Tagg. Editorial George Newnes Limited London. 12. Electrical Grounding And Bonding, Based on the 2011 National Electrical Code, Phil Simmons, 3rd edition , Delmar Cengage Learning United States. 3 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 2. CRITERIOS FUNDAMENTALES PARA EL DE DISEÑO DE PUESTAS A TIERRA. Fig 1. Esquema General del Circuito para el Cálculo de la Corriente Asimétrica de Falla a tierra. 2.1 Objetivo General del Diseño del Sistema de Puesta a Tierra. El diseño de un sistema de puesta a tierra tiene dos objetivos principales: ÷ Proveer una trayectoria de la corriente de falla asimétrica por el suelo sin que se excedan los voltajes límites producidos por la circulación de la corriente por los conductores y electrodos de puesta a tierra. ÷ Garantizar la seguridad de las personas de acuerdo a las indicaciones del las normas nacionales e internacionales de instalaciones eléctricas. Se debe verificar que el diseño de la puesta a tierra siga los criterios necesarios de tal manera que voltajes no se afecten la confiabilidad o susceptibilidad de los equipos eléctricos y electrónicos. 2.2 Criterios Generales para el diseño del Sistema de Puesta a Tierra. Al proyectar una instalación de puesta a tierra se toma el siguiente procedimiento: 1. Investigación de la resistividad eléctrica del suelo. 2. Determinación o selección de la corriente máxima de falla a tierra y el tiempo máximo correspondiente de disparo de las protecciones eléctricas. Esta información por lo general es suministrada por la empresa de energía de la ciudad donde está localizado el proyecto, el cálculo se refleja en las tablas de ajuste de protecciones de circuito que alimenta la subestación del cliente. 4 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 3. Diseño preliminar de la instalación de puesta a tierra. 4. Cálculo de la resistencia del sistema de puesta a tierra. 5. Cálculo de las tensiones de paso y contacto; ver Fig 2. 6. Comprobar que las tensiones de paso y contacto calculadas son inferiores a los voltajes de paso y contacto admisibles, Investigación de las tensiones transferibles al exterior por tuberías, raíles, vallas, conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización y de los puntos especialmente peligrosos. 7. Si es necesario se ajusta el diseño inicial de la puesta a tierra hasta lograr los voltajes de paso y de contacto aceptables. Fig 2. Voltajes Críticos para Diseños de Puestas a Tierra. El diseño de un sistema de puesta a tierra, requiere conocer la siguiente información: 1. Área de zona disponible para construir la puesta a tierra. 2. Modelo de la resistividad del suelo donde se proyecta construir la puesta a tierra. 3. Magnitud de la corriente asimétrica de falla a tierra. En la tabla 1 se muestran valores típicos de resistencia de puesta a tierra de acuerdo a la aplicación que se destinará la puesta a tierra. 5 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA APLICACIÓN VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA Estructuras de líneas de transmisión.( y metálicas o con cable de guarda de distribución) 20 ÷ðð Subestaciones de alta y extra alta tensión. ðñð÷ððð Subestaciones de media tensión. ðñðð÷ððð Protección contra rayos. ðñðð÷ððð Neutro de acometida en baja tensión. ðòõð÷ððð Tabla 1. Valores de referencia para resistencia de puesta a tierra. 2.3 Recomendaciones de Diseño y Construcción de las Puestas a Tierra. A continuación se indican las recomendaciones generales que se deben cumplir en el diseño y construcción del sistema de puesta a tierra: ñ Dimensiones requeridas para los electrodos: Diámetro: 12.7 mm o más. Longitud: 2400 mm. Material: Cobre del 96.66 % de pureza. ñ La profundidad de la cabeza del electrodo siempre debe ser como mínimo de 0.15 m para instalaciones con caja de inspección (aisladas por el aire) y de 0.4 m para instalaciones sin caja de inspección (rodeadas de suelo). ñ Todas las conexiones de la malla de puesta a tierra se deben realizar mediante procesos de soldadura exotérmica o conector de compresión aprobado por normas nacionales. ñ El conductor de la malla de puesta a tierra no debe ser inferior al No. 2/0 AWG ñ Los barrajes de puesta a tierra de todos los tableros eléctricos deben estar montados con su respectivo aislador. ñ Los conductores de tierra deben recorrer la misma trayectoria junto con las fases y neutros. ñ El conductor de tierra que conecta el neutro de los transformadores se debe seleccionar de acuerdo con la tabla No. 250-66 del NEC. ñ El conductor de tierra de equipo que acompaña los circuitos se debe seleccionar de acuerdo con la tabla No. 250-122 del NEC. 6 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 3. CORRIENTE ASIMETRICA DE FALLA A TIERRA Y CÁLCULO DE CALIBRE DE CONDUCTORES En un diseño de puesta a tierra debemos calcular el calibre mínimo de los conductores necesarios para garantizar la confiabilidad del circuito de puesta a tierra durante una falla eléctrica. Los conductores a calcular son: 1. Conductor de conexión de neutro del transformador a malla de puesta a tierra 2. Conductor de conexión del barraje de puesta a tierra general a la malla de puesta a tierra 3. Conductor de la malla de puesta a tierra. 4. Conductor de conexión a tierra de las pantallas de cables XLP. 5. Conductor unión neutro tierra del tablero general. 6. Conductor de protección de seguridad de las puertas de los tableros eléctricos. 3.1 Datos generales para el diseño de la Puesta a Tierra: Nombre de la subestación Modelo de suelo para el diseño Procedimientos de cálculos Peso corporal usuario Espesor de la capa superficial Resistividad de la capa superficial Duración del choque eléctrico Tensión Nominal 7 Santa Ana Dos transformadores 112.5 y 150 kVA Estratificado en 2 capas. IEEE Std. 80-2000 50 kg 0.2 m 3000 ohm-m 0.5 S. 13.2 kV. KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 3.2 Calculo de la Corriente de Falla a Tierra (IEEE 80- 2000). Fig 3. Corriente asimétrica de falla a tierra de acuerdo a IEEE 80-2000, IEC 60909. Valor de corriente de falla asimetría de tierra se toma un valor de 2500 A Factor de división entre la corriente de falla a tierra y la distribución de la corriente que realmente llega a la malla se toma Sf = 0.4 Corriente asimétrica máxima 8 Ig = IF * Sf =2500*0.4 = 1000 A. KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Se diseñara la malla de puesta a tierra para una condición segura cuando circula una corriente asimétrica de falla de 1000A, de tal manera que los niveles de tensiones de paso y contacto sean seguros para las personas y la confiabilidad de los equipos conectados a la instalación eléctrica. Transformador de 112.5 kVA, S/E No 1 Imáx secundario 112.5 kVA/ (1.73205* 208) = 312 A. Transformador de 150 kVA, S/E No 2 Imáx secundario 3.3 150 kVA/ (1.73205* 208) = 416 A. Calculo de la Corriente de Cortocircuito Transformador de 112.5 kVA. Corriente de corto circuito simétrica máxima Impedancia de cortocircuito Corriente simétrica de corto circuito Corriente asimétrica de corto circuito 3.4 Calculo de la Corriente de Cortocircuito Transformador de 150 kVA. Corriente de corto circuito simétrica máxima Impedancia de cortocircuito Corriente simétrica de corto circuito Corriente asimétrica de corto circuito 3.4 Icc max= Ibase*100%/Z% Z% = 3.5 % Icc max =312 A*100/3.5 = 8.92 kA. Iccasim= 1.4142* Icc = 12 kA. Icc max= Ibase*100%/Z% Z% = 4 % Icc max =416 A*100/4 = 10.4 kA. Iccasim= 1.4142* Icc = 14.7 kA. Calculo conductores de las Puestas a Tierra Calibre conductor Área cmils. 10 10380 8 16510 6 26240 4 41740 3 52620 2 66360 1 83690 1/0 105600 2/0 133100 3/0 167800 4/0 211600 Tabla 2. Propiedades de los conductores. Se utiliza la ecuación 37 de la IEEE 80 tierra. 9 para el cálculo de los conductores de puestas a KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Corriente máxima de falla asimétrica por conductores Tiempo máximo falla (disparo de la protección) Temperatura máxima fusión conductor de cobre Temperatura ambiente 14.7 kA 0.5 S 1084 °C 19 °C Área mínima de conductor 71121 Cmils. Por tanto el conductor de conexión de puesta a tierra desde el borne de neutro tierra de los transformadores de 112.5 y 150 kVA hasta la malla de puesta a tierra debe ser mínimo: Cable calibre 1/0 AWG Para los conductores de la malla de puesta a tierra se selecciona un Cable calibre 2/0 AWG desnudo 10 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 4. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y SELECCIÓN DEL MODELO DEL SUELO PARA EL CÁLCULO DE LAS PUESTAS A TIERRA. 4.1 Cálculo del Modelo de resistividad del Suelo. Las medidas de resistividad aparente se pueden hacer por varios métodos de sondeos eléctricos. El más usado es el método de Wenner, el cual se resume a continuación. El método de Wenner: Consiste de cuatro electrodos que están ubicados a lo largo de una línea recta, simétricamente de un punto O. Los electrodos de corriente A y B, se encuentran en los extremos y los de potencial M y N, en el interior, como se muestra en la figura 4. Fig 4. Método de Wenner para la medida de resistividad aparente del Suelo. La resistividad aparente òa para una configuración simétrica de cuatro electrodos AMNB se calcula según la fórmula: ò a, W ý 2ð a ÷ Rmedida Para la medida se empleo un telurometro Megabras MTD 20 KWE No de serie OA 1134I con certificado de calibración # 20422 valido hasta enero de 2013, el resultado del análisis de los datos se realizo con un programa de computador de acuerdo al procedimiento de la referencia bibliográfica # 2. 11 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Fig 5 Telurometro Megabras MTD -20 KWe. En la tabla 3 se presentan los resultados de medida de resistividad de la zona de Zipaquira. El suelo presenta un modelo de resistividad de suelo de dos capas. Separación entre electrodos ( m ) Resistencia Medida ( ÷ð) Resistividad Calculada ( ÷ðm) 0,5 6,4 20,18 1 3,4 21,10 1,5 2,4 22,69 2,5 1,6 24,52 3,5 1,2 26,30 4 1,1 27,90 4,5 1,0 29,29 5 1,0 30,49 5,5 0,9 31,51 Tabla 3. Datos de medida resistividad del suelo. Fig 6. Curva de resistividad para datos de la tabla 3. Modelo Capas Resistividad Ohm-m p1 p2 20 Ohm-m , h= 1.3 m 2 35 Ohm-m Tabla 4. Modelo del suelo a partir de los datos de campo. En la figura 7 se muestra el cálculo de los puntos exactos para el modelo del suelo de la tabla 4, se uso el programa de Matlab Resis.m , los datos calculados se presentan en la 12 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA tabla 5, este procediendo se realiza para mejorar la precisión de los cálculos de las puestas a tierra debido a que el programa de cálculo de las puesta a tierra trabaja por medio de elementos finitos . Distancia Inter electrodos (m) Resistividad Calculada ( ÷ m) 0,5 20,21 1 21,24 1,5 22,84 2 24,52 2,5 26,03 3 27,31 3,5 28,37 4 29,24 4,5 29,96 5 30,57 5,5 31,07 Tabla 5. Calculo de puntos del modelo del suelo a partir de los datos de campo. . Fig 7. Curva de resistividad para datos de la tabla 5. 13 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA 5. DISEÑO Y ANALISIS DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 5.1 Malla de Puesta a tierra Transformadores de 112.5 y 150 kVA. Parámetros generales para el cálculo de la resistencia de puesta a tierra Modelo del suelo Tratamiento del suelo Espesor de capa superficial Frecuencia nominal Nombre de la barra Corriente asimétrica de falla a tierra Tiempo máximo de disparo de Protecciones Electrodos requeridos por transformador Cable de la malla Profundidad de instalación de la malla 14 Dos Capas No Requiere 0.2 m 60 Hz Red de media tensión 13.2 kV 1000 A 0.5 S. 4 de Cu 5/8=, 2.4 m 2/0 AWG desnudo, longitud 12 m 0.5 m KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Fig 8. Sistema General de Puesta a Tierra. El método de análisis por software ( CYMGrd) del diseño de la malla de puesta a tierra se realiza por un modelo por elementos finitos, con una división de 15 o más elementos por tramo de la malla, lo que garantiza una precisión lo suficientemente buena para la evaluación de los voltajes de paso y de contacto. El valor calculado para la resistencia de puesta a tierra de la configuración de la figura 8 es: Resistencia de puesta a tierra de diseño R = 2.81 ÷. Datos de potenciales de paso y de contacto. Intervalo de cálculo de potencial de paso Potencial de paso máximo admisible Potencial paso máximo en el diseño Potencial de Contacto máximo admisible Potencial de Contacto máximo en el diseño 15 1m 2670 V 82 V. 790 V. 694 V. KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Elevación máximo del potencial de tierra Elevación de Potencial en el diseño 2890 V. 2285 V. Se aprecia en la comparación de voltajes permitidos y máximos de la malla se concluye que esta cumple con los requisitos de seguridad para las personas y equipos. Fig 9. Diagrama de perfil de Potencial. Se observa en las figura 9 que el potencial de contacto y de paso están por debajo de los límites máximos permitidos para un tiempo operación de las protecciones de falla a tierra con un máximo de tiempo de 0.5 S. En las figuras 10 y 11, observamos la distribución de potenciales de superficie y de contacto, los voltajes de paso y contacto están dentro de los límites permitidos con respecto a los potenciales de contacto en caso de presentarse la falla a tierra, se observa que el diseño del sistema garantiza un nivel equipotencial uniforme sobre toda la superficie de trabajo. Por lo tanto este diseño del sistema de puesta a tierra cumple con los requisitos de protección de las personas y garantiza niveles de voltajes para la confiabilidad de la operación de equipo eléctrico y electrónico. 16 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Fig 10. Distribución de potenciales de Superficie. Fig 11. Distribución de Potenciales de Contacto. 6. SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS 6.1. Diseño del Sistema de Protección Contra Rayos. El RETIE Reglamento Técnico para las Instalaciones Eléctricas actualización 2008 en el Artículo 18 dice: Requisitos de Protección contra Rayos. 17 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA La protección se debe basar en la aplicación de un Sistema Integral de Protección, conducente a mitigar los riesgos asociados con la exposición directa e indirecta a los rayos. En general, una protección contra rayos totalmente efectiva no es técnica ni económicamente viable. El diseño debe realizarse aplicando un método reconocido por normas técnicas internacionales como la IEC 62305-3, de reconocimiento internacional o NTC 4552-3, las cuales se basan en el método electro geométrico. Los criterios generales para el diseño del sistema integral de protección contra rayos, están explicados por la norma técnica colombiana NTC 4552 1, 2 y 3 <Protección Contra Descargas Eléctricas Atmosféricas <en la figura 12, se presenta el esquema general del sistema Integral de protección contra rayos. Sistema Integral de protección contra rayos: SIPRA Sistema de protección Externa Sistema de protección Interna Prevención de Riesgos Terminales de Interceptación contra rayos Protecciones Primarias Guia de Seguridad Personal Bajantes Protecciones Secundarias Sistema de detección de Tormentas Sistema de Puesta a Tierra Equipotencializacion Fig 12. Diagrama general de los componentes de un sistema Integral de Protección contra rayos. 6.2. 18 Evaluación del Grado de Riesgo para la necesidad de instalación de un sistema de Protección Contra Rayos. KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA A partir de la entrada en vigencia del Reglamento Técnico, en instalaciones Eléctricas RETIE donde se tenga concentración de personas, tales como, viviendas multifamiliares, oficinas, hoteles, Hospitales, centros educativos, centros comerciales, supermercados, parques de diversión, industrias, prisiones o aeropuertos, debe hacerse una evaluación del nivel de riesgo de exposición al rayo y de acuerdo con su resultado, cumplir los siguientes requisitos, adoptados de la NTC 4552. Por lo tanto El primer paso, en el proceso de selección y diseño de un sistema integral de protección contra rayos, es realizar una evaluación del grado de riesgo, se empleo el diagrama de flujo de la figura 13, este diagrama corresponde a las indicaciones de la NTC 4552. Determinación de la densidad de descargas a Tierra, la corriente pico promedio y los datos de latitud y nivel ceraunico Caracterizar la estrutura Calcular los indices de Riesgo Evaluar el riesgo con o sin sistema de protección externa Medio- Alto Se requiere sistema de Proteccion Externo Nivel de Riesgo Bajo Selección del sistema de Proteccion Interno Guia de seguridad Personal Fig. 13. Diagrama de flujo para la evaluación del grado de riesgo. Una vez evaluado el grado de riesgo, se procede a diseñar el sistema de protección externo contra rayos, el cual consiste en los siguientes pasos ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ 6.3. Determinar si re requiere instalar pararrayos. Determinar la ubicación de las terminales de captación. Ubicación de las bajantes del sistema de Protección Externo. Diseño del sistema de Puesta a Tierra. Equipotencializacion de las puestas a Tierra. Datos Generales y Cálculos del Sistema de Protección Contra Rayos. 19 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Nivel de protección contra rayo NPR (Lightning Protección Level LPL). Número relacionado con un conjunto de los parámetros de la corriente de rayo, pertinentes a la probabilidad que asocia los valores de diseño máximo y mínimo, son valores que no serán excedidos cuando naturalmente ocurra una descarga. Primera descarga corta NPR Parámetro Símbolo Unidad Corriente pico I KA Carga corta Qcorta C Energía específica Descarga corta subsecuente W/R kJ/O Parámetro Símbolo Unidad Corriente pico I KA Pendiente Promedio di/dt kA¿s Parámetros de tiempo T1/T2 ¿s/¿s II III 200 100 10000 150 75 5625 IV 100 50 2500 NPR Descarga larga I II 54 120 40,5 90 III IV 27 60 0,4/50 NPR Parámetro Símbolo Unidad Carga larga Qlarga C Parámetro de tiempo Tlargo s Símbolo Unidad I II 100 III 75 IV 50 0,5 Rayo NPR Parámetro Carga I I II III IV 300 225 150 Qrayo C Tabla 6. Valores máximos de parámetros del rayo de acuerdo con el NPR. Nivel de tensión de operación de los equipos V Contadores Tableros, Electrodomésticos, interruptores, cables, herramientas etc. portátiles Electrónico Categoría IV Categoría III Categoría I Equipo Categoría II 120 3 240 ; 120 / 208 4 kV 2,5 kV 1,5 kV 6 kV 4 kV 2,5 kV 254 / 440 ; 277 / 480 Tabla 7. Tensión de impulso que deben soportar los equipos 0,8 kV 1,5 kV NPR Criterio de interceptación Símbolo Unidad Corriente pico mínima I kA Radio esfera rodante R m I II 17 35 21 40 III 26 50 IV 30 55 Tabla 8. Valores mínimos de parámetros del rayo relativos al radio de la esfera rodante Correspondiente a cada NPR 20 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Ciudad Latitud Longitud Densidad de descargas a tierra Dimensiones de la estructura a Proteger Tensión soportable por impulso por rayos para equipos 21 Zipáquira 4.7 -74.2 2. 110 m * 85 m * 15 m altura 2.5 kV, 1.5 kV y 0.8 kV. KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Características del entorno: Corriente de descarga promedio Localización de la estructura Ambiente donde están las estructuras Tipo de Suelo en el interior Suelo en el exterior de la estructura Estructuras adyacentes 40 kA Rodeado de objetos de alturas similares. Urbano entre 10 y 20 m de altura. Asfalto, madera, linóleo,vinilo. Prado, Concreto. No se considera. Evaluación de Perdidas: Uso de la estructura Personas expuestas a tensiones de paso Perdidas por sobretensiones Riesgo por fuego en la estructura Medidas de prevención riesgo fuego Tipo de servicio que no se puede perder Situación de Peligro Patrimonio Cultural Riesgos económicos especiales Por incendios Por sobretensiones Riesgo Tolerable Instalaciones Residenciales En primer piso de la estructura. Sistemas eléctricos Críticos. Escaso Sistemas Manuales Servicio de Potencia Nivel medio de pánico instalación 100 personas no Sin riesgos especiales No aplica No aplica 1 en 10 años Líneas de Conducción Eléctrica: Línea que llega a la estructura Tipo de Cable externo Existencia de Transformador Cable aéreo No apantallado Dos Tranformadores Valores de riesgo Tolerable Riesgo de pérdida de vidas humanas Riesgo de pérdida de Servicio Público Riesgo de pérdida de patrimonio Cultural Riesgo de pérdida de perdidas económicas R1= 1E-5 R2= 1E-3 R3= 1E-3 R3= 1E-3 6.4 Evaluación del riesgo sin medidas de protección externa e interna. IEC Risk Assesment Calculator Version 1.03. 22 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA No existen riesgos considerables por descargas eléctricas atmosféricas, no es necesario instalar un sistema de protección externo contra el rayo. 6.5 Resumen de datos del Sistema de Protección Contra Rayos. 23 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com) lOMoARcPSD|29548600 MEMORIAS DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA RAYOS SANTA ANA Fig 15. Resultados de cálculo del sistema de protección contra rayos. Fig 16. Calculo de Riesgo de Pérdidas. ING. NYDIA LINARES C MAT CN 205-0873 24 KRA 67 No. 167-61, OF.316, TEL: 6695844 CEL 310-4851169/300-2658597 E-mail: nylico3@yahoo.com Descargado por Rodrigo Vega (rhvegam@gmail.com)
