NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-3 2008-12-10
PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS (RAYOS). PARTE 3: DAÑOS FÍSICOS A ESTRUCTURAS Y AMENAZAS A LA VIDA
E:
PROTECTION AGAINST LIGHTNING. PART 3: PHYSICAL DAMAGE TO STRUCTURES AND LIFE HAZARD
CORRESPONDENCIA:
esta norma es modificada (MOD) de la norma IEC 62305-3:2006
DESCRIPTORES:
descarga eléctrica atmosférica, protección contra rayo, daños físicos a estructuras, lesiones a seres vivos
I.C.S.: 91.120.40 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435
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Editada 2008-12-24
PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 4552-3 fue ratificada por el Consejo Directivo el 2008-12-10. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 147 Protección contra descargas eléctricas atmosféricas. DEMO INGENIERÍA ECOPETROL ELECTROPOL EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN GENELEC IEB INGENIERÍA INGETESA
LEVITON SPAT SPT INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DISTRITAL UNIVERSIDAD NACIONAL
Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: COMISIÓN REGULADORA DE ENERGÍA Y GAS CONSULTORÍA COLOMBIANA S.A. EMPRESA UNIPERSONAL CARLOS A. ACOSTA S. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ESP
INELMEC S.A. INGETESA S.A. LEVITON SEGURIDAD ELÉCTRICA LTDA UNIVERSIDAD DEL NORTE UNIVERSIDAD DEL VALLE
ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
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CONTENIDO
Página INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1.
OBJETIVO ................................................................................................................. 1
2.
REFERENCIAS NORMATIVAS ................................................................................. 1
3.
DEFINICIONES .......................................................................................................... 2
4.
SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS (SIPRA) ......................................... 4
4.1
CLASES DE SIPRA ................................................................................................... 4
4.2
DISEÑO DEL SIPRA ................................................................................................. 5
5.
SISTEMA DE PROTECCIÓN EXTERNO (SPE) ........................................................ 5
5.1
ASPECTOS GENERALES ........................................................................................ 5
5.2
SISTEMA DE CAPTACIÓN ....................................................................................... 5
5.3
SISTEMA DE CONDUCTORES BAJANTES ........................................................... 13
5.4
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA .......................................................................... 16
5.5
MATERIALES, DIMENSIONES Y CONEXIONES .................................................. 18
6.
SISTEMA DE PROTECCIÓN INTERNO .................................................................. 22
6.1
GENERAL ............................................................................................................... 22
6.2
UNIONES EQUIPOTENCIALES CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS ............................................................................. 23
6.3
AISLAMIENTO ELÉCTRICO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN ........................... 26
7.
MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN DE UN SIPRA ................................................ 27
7.1
OBJETIVO ............................................................................................................... 27
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7.2
ORDEN DE LAS INSPECCIONES .......................................................................... 27
7.3
MANTENIMIENTO.................................................................................................... 27
8.
MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LESIONES A SERES VIVOS DEBIDO A TENSIONES DE CONTACTO Y DE PASO ........................................................... 27
8.1
MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA TENSIONES DE CONTACTO Y PASO. ... 27
REFERENCIAS .................................................................................................................. 137 ANEXOS ANEXO A CIRCULACIÓN DE CORRIENTE DE RAYO EN PARTES CONDUCTORAS EXTERNAS Y ACOMETIDAS DE SERVICIO CONECTADAS A LA ESTRUCTURA .......... 29 ANEXO B (Normativo) SECCIÓN TRANSVERSAL MÍNIMA DE LA PANTALLA DEL CABLE DE ENTRADA PARA EVITAR CHISPAS PELIGROSAS ............................................................................ 32 ANEXO C (Informativo) DIVISIÓN DE LA CORRIENTE DE LA DESCARGA ELÉCTRICA ATMOSFÉRICA A TRAVÉS DE LAS BAJANTES ......................................................................................... 33 ANEXO D (Informativo) INFORMACION ADICIONAL PARA UN SIPRA EN EL CASO DE ESTRUCTURAS CON RIESGO DE EXPLOSION ........................................................................................... 36 ANEXO E (Informativo) GUÍA PARA EL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS ......................................................... 42 FIGURAS Figura 1. Utilización del método de la esfera rodante........................................................8 Figura 2. Área de Protección mediante el método de la esfera rodante ...........................9 Figura 3. Ángulo de protección dependiendo de la altura relativa y el nivel de protección .............................................................................................................................9 Figura 4. Ejemplo de protección mediante el método del ángulo con un nivel de protección III. ...................................................................................................................... 10
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Figura 5. Curvatura de conductores (Tomado de NFPA-780) ......................................... 14 Figura 6. Longitud mínima l1 de cada electrodo de acuerdo con la clase de NPR ........ 17 TABLAS Tabla 1. Relación entre las clases de SIPRA y el NPR ..................................................... 4 Tabla 2: Valores máximos del radio de la esfera rodante según el nivel de protección ....................................................................................................................... 7 Tabla 3. Dimensiones del enmallado para los diferentes niveles de protección .......... 10 Tabla 4. Mínimo espesor para cobertizos metálicos o tuberías metálicas en sistemas de captación ...................................................................................................... 11 Tabla 5. Material, configuración y mínima área de la sección transversal para cables o varillas del sistema de captación y bajantes .................................................... 12 Tabla 6. Distancia de separación promedio para conductores ..................................... 14 Tabla 7. Materiales y condiciones de uso en un SIPRA .................................................. 20 Tabla 8. Materiales, configuraciones y dimensiones mínimas de los eléctrodos de tierra .............................................................................................................................. 21 Tabla 9. Dimensiones mínimas de los conductores que conectan barras equipotenciales o que conectan barras equipotenciales con el sistema de puesta a tierra .................................................................................................................... 24 Tabla 10. Dimensiones mínimas de los conductores que conectan instalaciones internas metálicas a la barra equipotencial ..................................................................... 24 Tabla 11. Valores del coeficiente k1 (véase el numeral 6.3) para aislamiento externo .. 26 Tabla 12. Valores del coeficiente kc (véase el numeral 6.3) para aislamiento externo................................................................................................................................ 26 Tabla 13. Valores del coeficiente km ................................................................................. 27
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RESUMEN
INTRODUCCION Esta parte de la NTC 4552 esta relacionada con la protección, dentro y fuera de la estructura contra el daño y lesiones a los seres vivientes debido a tensiones de toque y de paso. El sistema integral de protección contra rayos, denominado SIPRA, se puede considerar la medida más efectiva para proteger las estructura contra los daños físicos causado por las descargas eléctricas atmosféricas. Este sistema usualmente consiste tanto de una protección externa como de una protección interna. Una protección externa esta diseñada para: a)
Interceptar los impactos directos de rayo a la estructura (usando el sistema de captación)
b)
Conducir la corriente del rayo de manera segura hacia la tierra (usando un sistema de bajantes)
c)
Dispersar y disipar la corriente de rayo dentro de la tierra (usando un sistema de puesta a tierra)
Una protección interna contra rayos previene de chispas peligrosas dentro de la estructura usando tanto equipotencialización como distancias de separación entre los componentes del SIPRA y otros elementos conductores eléctricos internos a la estructura. Las medidas de prevención de lesiones a seres vivos, debido a tensiones de paso y de contacto son realizadas para: 1)
Reducir las corrientes peligrosas que puedan fluir por el cuerpo aislando las partes conductoras expuestas y/o incrementando la resistividad de la superficie del suelo.
2)
Reducir la ocurrencia de tensiones de paso y/o de contacto peligrosas mediante el uso de restricciones físicas y/o avisos de peligro.
El tipo y ubicación del SIPRA debe considerarse cuidadosamente en el diseño de una estructura nueva, para lograr un sistema seguro a mínimo costo. De esta manera se hace más fácil mantener los aspectos estéticos y la efectividad del sistema de protección con un esfuerzo mínimo. Realizando el procedimiento anteriormente mencionado es posible tener un acceso fácil al sistema de puesta a tierra usando adecuadamente los cimientos para conformar un sistema de puesta a tierra más efectivo. Es prioritario que exista una relación muy estrecha entre los diseñadores del SIPRA, los arquitectos y los constructores de la edificación de tal manera que el SIPRA este completamente integrado a la edificación sin afectar su aspecto y sus características de construcción. Si el sistema de protección se debe adicionar a una estructura existente se deben llevar a cabo todos los esfuerzos necesarios para asegurar que estos cumplen con los principios de esta norma. El diseño y ubicación del SIPRA deben tener en cuenta las características propias de la estructura.
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PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS (RAYOS). PARTE 3: DAÑOS FÍSICOS A ESTRUCTURAS Y AMENAZAS A LA VIDA
1.
OBJETIVO
Esta parte del compendio de la NTC 4552 presenta los requisitos para proteger una estructura contra daños físicos por medio de un sistema de protección contra rayos (SIPRA), y para la protección contra lesiones a seres vivos debido a tensiones de paso y de contacto en las proximidades del SIPRA (véase la NTC 4552-1) Esta norma se aplica al: a)
Diseño, instalación, inspección y mantenimiento de un SIPRA para estructuras nuevas o ya existentes sin limitación en su altura.
b)
Establecimiento de medidas de protección contra lesiones a seres vivos debidas a tensiones de paso y de contacto. NOTA Esta parte de la norma no está intencionada para proveer protección contra fallas en sistemas eléctricos y electrónicos debidas a sobretensiones. Requisitos específicos para este tipo de casos se presentan en la normatividad nacional vigente o en su defecto la norma IEC 62305-4 o los documentos normativos IEEE C62.41-1 e IEEE C62.41-2 o la normatividad UIT serie K.
2.
REFERENCIAS NORMATIVAS
Los siguientes documentos normativos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento normativo. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada. Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento normativo referenciado (incluida cualquier corrección). Los siguientes documentos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento. IEC 60079-10:2002, Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres. Part 10: Classification of Hazardous Areas. IEC 60079-14:2002, Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres. Part 14: Electrical Installations in Hazardous Areas (Other than Mines). IEC 61241-10:2004, Electrical Apparatus for Use in the Presence of Combustible Dust. Part 10: Classification of Areas where Combustible Dusts are or May be Present. 1 de 137
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IEC 61241-14:2004, Electrical Apparatus for Use in the Presence of Combustible Dust. Part 14: Selection and Installation. IEC 61643-12:2002, Low-voltage Surge Protective Devices. Part 12: Surge Protective Devices Connected to Low Voltage Power Distribution Systems – Selection and Application Principles. IEC 62305, (All parts) Protection against lightning. NTC 4552 -1, Protección contra descargas eléctricas atmosféricas. Parte 1: Principios generales. NTC 4552-2, Protección contra descargas eléctricas atmosféricas. Parte 2: Riesgo.
3.
DEFINICIONES
3.1 Acero de refuerzo interconectado. (Interconnected Reinforcing Steel). Acero dentro de una estructura de concreto que es considerado eléctricamente continuo 3.2 Barra equipotencial (Bonding Bar). Barra metálica en la cual las instalaciones metálicas, partes conductoras externas, líneas eléctricas y de telecomunicaciones y otras cables pueden ser equipotencializados 3.3 Cables colgantes. Cables tendidos entre dos puntos que cubren parte de la estructura y forman parte del sistema de captación. 3.4 Chispa peligrosa. Disrupción eléctrica producida por un rayo que puede causar daños físicos a la estructura que se va a proteger. 3.5 Clase de SIPRA (Class of LPS). Número que denota la clasificación de un SIPRA de acuerdo con el nivel de protección contra rayos para cual este diseñado. 3.6 Componente natural del un SIPRA (Natural Component of LPS). Componente conductivo instalado, no específicamente, para protección contra rayo, el cual puede ser usado junto con el SIPRA o en algunos casos puede proveer la función de uno o más partes de una SIPRA NOTA
Algunos ejemplos para el uso de esta definición incluyen:
-
terminal natural de captación aérea
-
conductor bajante natural
-
electrodo natural de puesta a tierra
3.7 Conductor equipotencial. Conductor que conecta partes conductoras al SIPRA. 3.8 Descarga nube tierra (Lightning Flash to Earth). Rayo de origen atmosférico entre nube y tierra que consiste en una o más descargas (strokes). 3.9 Dispositivo de protección contra sobretensiones DPS (Surge Protective Device SPD). Dispositivo que limita intencionalmente las sobretensiones transitorias y dispersa las sobrecorrientes transitorias. Contiene por lo menos un componente no lineal. 3.10 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias del tipo conmutación de tensión. Un DPS que tiene una alta impedancia cuando no está presente un transitorio, pero que cambia súbitamente su impedancia a un valor bajo en respuesta de un transitorio de tensión. Ejemplos de estos dispositivos son: Las vías de chispa, tubos de gas, entre otros. 2
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3.11 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias del tipo limitación de la tensión. Un DPS que tiene una alta impedancia cuando no está presente un transitorio, pero que se reduce gradualmente con el incremento de la corriente y la tensión transitoria. Ejemplos de estos dispositivos son: varistores, diodos de supresión, entre otros. 3.12 Distancia de separación. Distancia entre dos partes conductoras en la cual no puede existir una chispa peligrosa. 3.13 Estructura con riego de explosión . Estructura que contiene materiales sólidos explosivos o zonas peligrosas como las definidas en IEC 60079-10 e IEC 61241-10 3.14 Impulso electromagnético del rayo IER (Lightning Electromagnetic Impulse LEMP). Campo electromagnético generado por la corriente del rayo, capaz de generar interferencia electromagnética. NOTA La interferencia electromagnética incluye sobretensiones conducidas al equipo del sistema eléctrico y electrónico así como efectos directos del campo magnético sobre el equipo mismo.
3.15 Nivel de protección contra rayos NPR. 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 eléctrica atmosférica. NOTA El nivel de protección contra rayos es usado en el diseño de medidas de protección de acuerdo con el conjunto de parámetros de la corriente de rayo.
3.16 Partes externas conductoras (External Conductive Parts). Extensiones de partes metálicas que ingresan o salen de la estructura a proteger, por ejemplo tuberías, cables metálicos, ductos metálicos, entre otros, que pueden llevar corrientes parciales de rayo. 3.17 Sistema de captación (Air Terminal System). Parte de un SIPRA, compuesto de elementos metálicos tales como bayonetas o pararrayos tipo bayoneta, conductores de acoplamiento o catenarias que interceptan intencionalmente el rayo. 3.18 Sistema de conductores bajantes (Down Conductors System). Parte de un SIPRA que conduce intencionalmente la corriente del rayo desde el sistema de captación al sistema de puesta a tierra. 3.19 Sistema de protección contra IER (SPIER). Conjunto de medidas de protección contra IER para sistemas internos. 3.20 Sistema de protección contra sobretensiones (Surge Protection Devices System). Sistema coordinado de DPS seleccionados e instalados correctamente para reducir fallas de sistemas eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones. 3.21 Sistema de protección externa (External Lightning Protection System). Parte del SIPRA que consiste en un sistema de puntas de captación (pararrayos tipo bayoneta), un sistema de conductores bajantes y un sistema de puesta a tierra. 3.22 Sistema de protección externa aislado de la estructura a proteger (External LPS Isolated from the Structure to be Protected). Parte del sistema de protección externo con sistema de captación y bajantes colocadas de tal manera que el camino de la corriente del rayo no tiene contacto con la estructura a ser protegida.
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3.23 Sistema de protección externa no aislado de la estructura a proteger (External LPS Not Isolated from the Structure to be Protected). Parte del sistema de protección externo con sistema de captación y bajantes colocadas de tal manera que el camino de la corriente del rayo puede tener contacto con la estructura a ser protegida. 3.24 Sistema de protección interna (Internal Lightning Protection System). Parte de un SIPRA que consiste en una conexión equipotencial de rayo y acorde con la distancia de separación dentro de la estructura protegida. 3.25 Sistema de puesta a tierra (Earth Termination System). Parte de un SIPRA que conduce y dispersa intencionalmente la corriente de rayo en tierra. 3.26 Sistema eléctrico. Sistema que incluye componentes de suministro eléctrico de baja tensión y posiblemente componentes electrónicos. 3.27 Sistema electrónico. Sistema que incluye componentes electrónicos sensibles tales como equipos de comunicación, computadores, instrumentos de control e instrumentación, sistemas de radio, instalaciones electrónicas de potencia. 3.28 Sistemas integral de protección contra rayos (SIPRA). Sistema integral usado para reducir los daños físicos que pueden ser causados por el rayo a un ser vivo o a una estructura. Consiste en sistemas de protección externa e interna, además de medidas de seguridad y protección personal contra rayos. 3.29 Sistema Interno. Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de una estructura. 3.30 Terminal de captación o dispositivo de interceptación de rayos (Air Terminal): Elemento metálico cuya función es interceptar los rayos que podrían impactar directamente sobre la instalación a proteger. Comúnmente se le conoce como pararrayos. 3.31 Unión de prueba (Test Joint). Unión diseñada para facilitar las pruebas y mediciones eléctricas de los componentes de un SIPRA. 3.32 Uniones equipotenciales contra descargas eléctricas atmosféricas (Lightning Equipotencial Bonding EB). Uniones equipotenciales de un SIPRA separadas de las partes conductivas, por conexiones directas o por dispositivos de protección contra sobretensiones para reducir las diferencias de potencial causadas por las corrientes de rayo.
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REFERENCIAS
IEC 60050(426):1990, International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 426: Electrical Apparatus for Explosive Atmospheres IEC 61000-5-2, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 5: Installation and Mitigation Guidelines. Section 2: Earthing and Cabling IEC 61643-1:2005, Low-voltage Surge Protective Devices – Part 1: Surge Protective Devices Connected to low-voltage Power Distribution Systems. Requirements and Tests. EN 50164 (All Parts), Lightning Protection Components (LPC) EN 50164-1:1999, Lightning Protection Components (LPC) – Part 1: Requirements for Connection Components.
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IMPORTANTE
Este resumen no contiene toda la información necesaria para la aplicación del documento normativo original al que se refiere la portada. ICONTEC lo creo para orientar a su cliente sobre el alcance de cada uno de sus documentos y facilitar su consulta. Este resumen es de libre distribución y su uso es de total responsabilidad del usuario final. El documento completo al que se refiere este resumen puede consultarse en los centros de información de ICONTEC en Bogotá, Medellín, Barranquilla, Cali o Bucaramanga, también puede adquirirse a través de nuestra página web o en nuestra red de oficinas (véase www.icontec.org). El logo de ICONTEC y el documento normativo al que hace referencia este resumen están cubiertos por las leyes de derechos reservados de autor. Información de servicios aplicables al documento aquí referenciado la encuentra en: www.icontec.org o por medio del contacto
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