103Tecnura Vol. 18 No. 40 pp. 103 - 114 abril - junio, 2014

RESUMEN

Para realizar un diseo eficiente de un sistema de proteccin contra descargas atmosfricas sobre una estructura es necesario evaluar el riesgo que puede presentar en la estructura y cules podran ser los daos y prdidas consecuentes de ese even-to. En este sentido, se deben tener en cuenta los aspectos descritos en la norma NTC 4552 o la IEC

62305 para poder realizar la evaluacin del ries-go y, de esta manera, determinar si la estructura implicada necesita o no un sistema de proteccin contra descargas atmosfricas y, en caso de tener uno, si este necesita modificaciones. La norma co-lombiana NTC 4552 Proteccin contra descargas elctricas atmosfricas se basa en los principios descritos en la norma IEC 62305 del 2006. Sin embargo, en la norma IEC 62305 de 2010 se rea-

Palabras clave: compatibilidad electromagntica, esfera rodante, evaluacin de riesgo, nivel ceruneo, proteccin contra rayos.

Key words: Electromagnetic Compatibility, Rolling Sphere, Risk Management, Kerau-nic Level, Protection Against Lightning.

Comparacin de las normas NTC 4552 de 2008 e IEC 62305 de 2010 para el anlisis de riesgoComparison of standards NTC 4552 of 2008 and IEC 62305 of 2010 for risk analysis

oscar iGnacio snchezIngeniero elctrico e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas. Bogot, Colombia. Contacto: os_carsa@hotmail.comcsar alBerto torresIngeniero elctrico e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas. Bogot, Colombia. Contacto: catorress12@hotmail.comfrancisco santamaraIngeniero electricista, doctor en Ingeniera. Docente e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas. Bogot, Colombia.Contacto: fsantamariap@udistrital.edu.co

Fecha de recepcin: 7 de mayo de 2013 Clasificacin del artculo: reflexin

Fecha de aceptacin: 27 de agosto de 2013 Financiamiento: Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas

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reflexinlizaron modificaciones, las cuales varan de forma significativa la evaluacin del riesgo y pueden ge-nerar un anlisis errneo para el caso colombiano, adems, en la norma NTC 4552 se han incorpo-rado resultados de investigaciones realizadas en Colombia y otros pases de la regin, lo cual ha llevado a que algunos de los parmetros emplea-dos en el anlisis y diseo de los sistemas de pro-teccin contra rayos sean diferentes a los usados en la normativa internacional.

ABSTRACT

In order to design an efficient protection system of structures against lightning, a risk assessment shall be made, and damages and losses resulting from that event must be identified. In this sense, the is-

sues described in the standard NTC 4552 or the IEC 62305 to perform the risk assessment must be taken into account, and thus evaluate whether a protection system against lightning is needed or if the existing lightning protection system needs modifications. The Colombian standard NTC 4552 Protection against lightning is based on the principles descri-bed in IEC 62305, published in 2006. However, in the IEC 62305 (2010) changes were made, which significantly change the risk assessment and can generate an incorrect analysis for the Colombian case; in addition, several research results obtained in Colombian and other tropical countries have been incorporated in the NTC 4252, which has led some of the parameters used in the analysis and de-sign of lightning protection systems are different from those used in international standards.

* * *

INTRODUCCIN

Las descargas elctricas atmosfricas rayos son fuentes de problemas de compatibilidad elec-tromagntica que pueden causar interferencia y mal funcionamiento de los sistemas elctricos in-ternos y de las redes de distribucin, adems de deterioro en las instalaciones o edificaciones en las cuales impactan (Avendao, Ortiz e Ibez, 2005). La mayora de las perturbaciones elctri-cas que ocurren en los sistemas de distribucin y transmisin de energa elctrica son causadas por rayos que impactan en sus estructuras o cerca de ellas (Avendao et al., 2005). Adems, los rayos no se pueden prever ni evitar, ya que son fenme-nos naturales que varan de acuerdo con las carac-tersticas geogrficas y climatolgicas, las cuales definen el nivel isocerauneo de cada pas o regin, lo cual hace posible que, en una misma regin, existan varios niveles de riesgo de descargas elc-tricas atmosfricas (Younes et al., 2005; Rodrguez y Zabala, 2005).

En la actualidad, la mayora de la informacin dis-ponible sobre las caractersticas y magnitudes de los rayos estn basadas en estudios llevados a cabo en zonas semitropicales o templadas, pero muy po-cos en zonas tropicales. Por razones de confiabili-dad, economa y seguridad, es recomendable que los parmetros del rayo, estimados en zonas tem-pladas normas internacionales, no sean direc-tamente aplicados a zonas tropicales, por lo que dichos parmetros se han venido determinando a partir de investigaciones locales y se han llevado a normas nacionales (Torres, 2005; Torres, 2006).

METODOLOGA

En este artculo se estudian las segundas partes de las normas NTC 4552 de 2008 (Icontec, 2008b) e IEC 62305-2 de 2010 (International Electrote-chnical Commission, 2010b); adems, se hace un breve anlisis de las diferencias encontradas en las partes 1 y 3 de dichas normas, a partir de las cuales se determinan los elementos y las caracte-

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reflexin

Comparacin de las normas NTC 4552 de 2008 e IEC 62305 de 2010 para el anlisis de riesgooscar iGnacio snchez / csar alBerto torres / francisco santamara

rsticas del sistema de proteccin contra rayos de una edificacin.

El principal objetivo de este artculo se centra en la parte tres de las normas, debido a que en ellas se encuentra especificada la metodologa para el anlisis de riesgo, la cual se resume en la figura 1.

Figura 1. Metodologa del anlisis de riesgo

Fuente: NTC 4552 2 de 2008

Aunque el mtodo para evaluar el riesgo de des-cargas atmosfricas de una estructura es similar en ambas normas, la mayora de sus diferencias se encuentran en la parte matemtica y su formu-lacin. A partir del estudio preliminar de las nor-mas, la primera diferencia observada est en que, en la norma colombiana, se realiza la evaluacin de los riesgos en las acometidas del servicio, lo que determina riesgo de prdida de vida huma-na, del servicio pblico y prdidas econmicas, mientras que en la norma internacional estos ries-gos no son calculados.

Es importante recalcar que la filosofa y princi-pios de la norma NTC 4552 de 2008 se basan en la norma internacional IEC 62305 de 2006, en la cual s se incluan estos factores de riesgo, pero fueron excluidos en la versin vigente de dicha

norma promulgada en 2010, con la cual se realiza esta comparacin.

Otra diferencia importante entre las dos normas es el hecho de que en la IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) el riesgo to-lerable para el tipo de prdida de patrimonio cultu-ral es R3=0,0001, mientras que en la NTC 4552-2 este valor es R3=0,001. Los dems valores de ries-go se conservan iguales en ambas normas.

No es objetivo de este artculo determinar cul de las normas es la ms adecuada para el anlisis de riesgo, diseo e implementacin de un siste-ma de proteccin contra rayos en edificaciones. El lector especialista en el tema debe emplear la norma colombiana NTC 4552, ya que esta nor-ma, adems de seguir la filosofa propuesta por la norma europea IEC 62305, incluye parme-tros propios de regiones tropicales y ms espe-cficamente de Colombia (Younes, y otros, 2005; Torres, 2005; Icontec, 2008b) obtenidos a partir de diferentes investigaciones desarrolladas en la regin. El objetivo de este artculo es establecer las diferencias entre las normas en cuestin para, a partir de all, poder establecer la necesidad o no de actualizar la normatividad colombiana a partir de las modificaciones realizadas en la nor-matividad europea.

Para evaluar la importancia de las diferencias encontradas en ambas normas, se tom un caso de estudio y se realiz el anlisis de riesgo. Los resultados de este anlisis se presentan a conti-nuacin divididos en secciones, tal y como se de-sarrollan en las normas.

RESULTADOS

Nmero de eventos peligrosos (NX)

Para determinar el nmero de eventos peligrosos se deben tener en cuenta parmetros como: nivel

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reflexinceruneo, densidad de rayos a tierra DDT (Ng en ingls) y corriente de retorno del rayo, entre otros.

Para determinar la DDT, la NTC 4552 utiliza la ecuacin (1), obtenida especialmente para regio-nes tropicales (Torres, 2000).

(1)

Mientras que en la IEC 62305 la densidad de ra-yos a tierra (Ng) es estimada para zonas templa-das con la ecuacin (2) (Torres, 2005).

(2)

Donde Nc o Td corresponde al nmero de das tormentosos al ao o nivel ceruneo.

Esta diferencia entre las dos norma no es nueva, y ha sido reportada por otros autores (Torres, 2005; Torres, 2010), la contribucin de este artculo est orientada a mostrar el efecto que tiene esta dife-rencia en el anlisis de riesgo, el cual es funda-mental para la correcta seleccin del sistema de proteccin contra rayos de una edificacin.

Debido a la diferencia en el clculo de dicho pa-rmetro, se generan una serie de variaciones en la forma de evaluar el promedio anual de descar-gas sobre y cercanas a la estructura, la acometida principal y a estructuras adyacentes, ya que utili-zan el DDT como promedio anual de descargas cercanas a la estructura (NM). Teniendo en cuen-ta nicamente esta variacin, se encontr que la densidad de descargas a tierra (DDT) para Bogot da un valor de 1,58 con la norma colombiana y de 8 utilizando la frmula de la norma internacional (ecuacin 2). Lo cual hace que al realizar la eva-luacin de riesgo para la misma estructura, esta pase de cumplir los lmites del riesgo R1 con la norma colombiana a incumplirlos con la norma internacional.

Adicionalmente, en estos mismos clculos se re-quiere del rea de influencia de la estructura (AM), la cual en la IEC est comprendida entre la fronte-ra de la estructura y una lnea localizada a 500 m del permetro de la estructura, mientras que en la NTC se encuentra a 250 m, adems influye en el clculo otras variables, como lo son el rea efecti-va y el factor de localizacin relativa de la estruc-tura, lo cual hace que en la norma internacional se obtenga un valor mayor para los riesgos R1 y R2.

Para el clculo del nmero promedio anual de descargas sobre y cercanas a la acometida de ser-vicio (NL) y (NI), en la norma internacional IEC se adicionan factores como el factor ambiental (CE) para el clculo (NL), y el factor de instala-cin de la lnea (CI), el cual vara si la lnea es area o subterrnea, y que influye para el clculo de (NI), en la NTC no se utiliza este factor, por lo tanto, para el clculo del rea efectiva de la aco-metida AL y AI se utiliza la tabla 12 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b), que depende del tipo de la lnea area o subterrnea. Por otra parte, para el caso urbano con edificaciones altas, que hace referencia a un ambiente con edificaciones de ms de 20 m de altura, en la IEC se le asigna un valor CE de 0,01, mientras que en la NTC este valor es 0.

Probabilidad de dao (PX)

Existen varios tipos de probabilidad de dao a causa de descargas atmosfricas, los cuales de-penden del lugar de impacto del rayo y del tipo de dao causado. En ambas normas la probabilidad de lesiones a seres vivos por descargas directas a la estructura (PA) depende de las medidas de pro-teccin contra tensiones de paso y de contacto; sin embargo, en la norma IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) esta proba-bilidad depende adems del nivel de proteccin contra descargas atmosfricas de la estructura.

Comparacin de las normas NTC 4552 de 2008 e IEC 62305 de 2010 para el anlisis de riesgoOscar IgnacIO snchez / csar albertO tOrres / FrancIscO santamara

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reflexinPor otro lado, la probabilidad de daos en siste-mas internos por descargas directas a la estruc-tura, tanto en la norma colombiana como en la norma internacional, depende de la coordinacin del sistema de protecciones contra sobretensio-nes. Adems, en la norma internacional este pa-rmetro depende del apantallamiento, puesta a tierra y condiciones de aislamiento de la lnea. Adicionalmente, tambin se encuentra un cambio en el valor asignado para el nivel de proteccin (PSPD), ya que en la norma colombiana este fac-tor es 0,02 puntos menor que en la internacional.

En el caso del clculo de la probabilidad de da-os en sistemas internos por descargas cercanas a la estructura (PM), se observa que en la norma internacional el valor de la componente (KMS), que es el factor de desempeo de las medidas de proteccin, corresponde al cuadrado del valor que se obtiene con la norma colombiana, y que dos de sus variables se multiplican por 1 y no por 1,5 como en la norma colombiana. Teniendo en cuen-ta estas diferencias se encontr que el valor del riesgo R1 calculado con la NTC 4552 es mayor en casi el 40 % con respecto al calculado con la norma internacional, mientras que en R2 es mayor en un 15 % aproximadamente.

Para la normatividad colombiana la probabilidad de lesiones a seres vivos, de daos fsicos y de daos en sistemas internos por descargas directas a la acometida (PU), (PV) y (PW), respectivamente, est condicionado a que el sistema de proteccin contra sobretensiones cumpla los requerimientos de equipotencializacion segn la NTC 4552-3 (Icontec, 2008c).

Adems, la norma colombiana evala la probabi-lidad de daos a sistemas internos por descargas cercanas a la acometida (PZ), lo cual depende de que el sistema coordinado de protecciones est acorde con la normatividad nacional vigente o en su defecto a la norma IEC 62305-4 (International Electrotechnical Commission, 2010c). En caso de que el sistema coordinado de protecciones est

acorde con la normatividad, (PZ) tomar el menor valor entre (Pl1) y (PSPD), en caso contrario (PZ) ser igual a (Pl1), que es un factor que depende de la tensin soportable del equipo y de la resistencia del apantallamiento del cable.

Al realizar el anlisis de riesgo teniendo en cuenta nicamente las variaciones de las probabilidades (PU), (PV), (PW) y (PZ) se encontr que su varia-cin es muy pequea, del orden de 0,01 % debido a que las variables que se adicionan a una u otra norma tienen valores muy pequeos y no afectan directamente los valores de probabilidad.

Otra diferencia entre la norma colombiana NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) y la norma internacio-nal IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) es que en la norma colom-biana se calcula la probabilidad de dao de acuer-do al tipo de conductor que pasa por la acometida, aunque solo se ha desarrollado para conductores metlicos, mientras que en la norma internacional no se realiza este clculo.

Prdidas consecuentes (Lx)

Prdidas de vidas humanas (L1)

En la norma internacional el valor asignado a las prdidas por lesiones debido a tensiones de paso y de contacto (LT) tiene un solo valor de 10

-2, y por otra parte el valor asignado a la variable pr-didas por falla de sistemas internos (LO) divide la opcin de hospitales en dos opciones que va-ran su valor dependiendo de la ubicacin dentro del mismo hospital.

En la norma colombiana el valor de LT se divide en dos opciones que varan su valor dependiendo si las personas se encuentran afuera de la estruc-tura (10-2) o dentro de la estructura (10-4), y el va-lor asignado a LO tiene un solo valor de (10

-3) para el caso de hospitales.

108108 Tecnura Vol. 18 No. 40 abril - junio, 2014

reflexinLas prdidas de vidas humanas por tensiones de paso y de contacto fuera y dentro de la estructura (LA) y (LU) respectivamente en la norma interna-cional estn dadas por las ecuaciones (3) y (4).

(3)

(4)

Donde (ra y ru) son factores reductores de prdidas de vidas humanas que dependen de las caracters-ticas del terreno, (LT) es el valor medio relativo del nmero de vctimas lesionadas por choque elctrico, (nz) es el nmero de personas fuera o dentro de la zona de la estructura, (nT) es el n-mero total de personas fuera o dentro de toda es-tructura y (tZ) es el tiempo en horas al ao en el cual las personas estn presentes en la estructura.

En la norma colombiana para el clculo de las prdidas (LA) y (LU) se omite LT, y en caso de no conocer alguno de los datos de nZ, nT y tZ, el valor de las prdidas (LA) y (LU) corresponde al produc-to de (ra) y (ru), respectivamente, por LT.

En la norma internacional las prdidas de vidas humanas debido a fuego o explosin dentro de la estructura por arco elctrico o por impacto sobre la estructura (LB), y las prdidas de vidas huma-nas por daos fsicos debido al impacto sobre la acometida (LV) estn dadas por la ecuacin (5).

(5)

Donde (rP) es el factor reductor de prdidas debi-do a dao fsico que depende las medidas de pro-teccin tomadas para reducir las consecuencias de incendio, (rf) es el factor reductor de prdidas debido a dao fsico que depende del riesgo de fuego y del riesgo de explosin de la estructura, (hZ) es el factor multiplicador de prdidas debido a dao fsico cuando existe un peligro especial,

(Lf) es el valor medio relativo del nmero de vc-timas por dao fsico. Para la norma colombiana se utilizan las ecuaciones (6) y (7).

(6)

(7)

En caso de no conocer los datos del nmero de personas o tiempo de permanencia, el factor (Lf) toma el valor segn la tabla 26 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) dependiendo del tipo de estruc-tura.

En la norma internacional cuando el dao a la estructura por rayo involucra las estructuras cir-cundantes o el medio ambiente, se debe tener en cuenta la prdida adicional (LE) para evaluar la prdida total (LFT), la cual se calcula con las ecua-ciones (8) y (9).

(8)

(9)

Donde LFE es la prdida de los daos fsicos fuera de la estructura y (te) es el tiempo de permanen-cia de las personas en la zona de peligro fuera de la estructura, mientras que en la norma colom-biana, en la tabla 24, se incluyen unos valores predeterminados para este factor. Por otra parte, la variable (rf) en la norma internacional define tres zonas de riesgo de explosin, mientras en la norma colombiana no definen estas zonas.

En la norma internacional las prdidas de vidas humanas por fallas del sistema interno por IER debido a descargas en la estructura (LC), las pr-didas de vidas humanas por fallas de sistema in-terno por IER debido a descargas prximas a la estructura (LM), las prdidas de vidas humanas por fallas de sistema interno por IER debido a

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reflexindescargas en la lnea (Lw) y las prdidas de vidas humanas por fallas de sistema interno por IER de-bido a descargas cerca a la acometida (LZ) estn dadas por la ecuacin (10).

(10)

Donde LO es el valor medio relativo del nmero de vctimas por daos de sistemas internos. Para la norma colombiana (ver ecuaciones 11 y 12), en caso de no conocer los datos del nmero de personas o tiempo de permanencia, el factor (LO) toma el valor segn la tabla 26 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) la cual depende del tipo de es-tructura.

(11)

(12)

Prdidas inaceptables de servicio pblico (L2)

Estas prdidas pueden ser causadas por una ex-plosin dentro de la estructura por arco elctrico debido al impacto sobre la estructura (LB) o de-bidas al impacto sobre la acometida (LV), en la norma IEC 62305-2 (International Electrotech-nical Commission, 2010b) son expresadas por la ecuacin (13).

(13)

Donde Lf es el valor medio relativo de usuarios no servidos resultado de dao fsico. Las prdi-das inaceptables de servicio pblico por falla en los sistemas internos por IER debido a descargas en la estructura (LC), las prdidas debidas a des-cargas cerca de la estructura (LM), las debidas a descargas sobre la acometida (LW), y las debidas a descargas cerca a la acometida (LZ), en la norma internacional estn dadas por la ecuacin (14).

(14)

Donde LO es el valor medio relativo de usuarios no servidos resultado de la falla de sistemas in-ternos. En la norma colombiana (nZ) y (nt) no son necesarios para hallar (LC), (LM), (LW), (LZ), (LB) o (LV), puesto que si se desconoce alguno de estos dos valores, el factor (LO) o (Lf) tendrn un va-lor asignado de acuerdo a la tabla 31 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b).

En la norma colombiana se consideran algunas prdidas que son omitidas en la norma interna-cional, como lo son las prdidas inaceptables del servicio pblico por falla de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura (LC), por falla de lneas y equipos conectados debido a sobreten-siones inducidas sobre la lnea por descargas cer-canas a la acometida de servicio (LZ) y por falla de equipos conectado debido a sobretensiones de acople resistivo (LW), por daos fsicos debido a efectos mecnicos y trmicos de la corriente de rayo fluyendo por la acometida de servicio por impacto sobre la estructura (LB), y por impacto sobre la acometida de servicio (LV).

Prdidas de valor cultural irreemplazable (L3)

Las prdidas de valor cultural irreemplazable por explosin dentro de la estructura por arco elc-trico debido al impacto sobre la estructura (LB) y por daos fsicos debido al impacto sobre la aco-metida (LV), en la norma IEC 62305-2 (Internatio-nal Electrotechnical Commission, 2010b) estn dadas por la ecuacin (15).

(15)

Donde Lf es el valor medio relativo de todos los bienes deteriorados debido a dao fsico de la es-tructura, (ct) es el valor del patrimonio cultural de

110110 Tecnura Vol. 18 No. 40 abril - junio, 2014

reflexintoda la estructura y su contenido, y (cz) es el valor del patrimonio cultural de la zona. En la norma NTC 4554-2 (Icontec, 2008b) (cz) y (ct) no son utilizados para hallar (LB) o (LV), solo son utiliza-dos en el caso de que se quiera hallar el valor de (Lf) para eso se deben conocer los valores de (cz), (ct), si estos se desconocen el factor (Lf) toma el valor .

Prdidas econmicas (L4)

En la norma internacional no se clasifican lesio-nes debido a choque por lo tanto solo se define un valor para todos los tipos (anexo C, tabla C.12 de la IEC 62305-2; International Electrotechnical Commission, 2010b). En la norma colombiana la variable prdidas fsicas (Lf) no especifica un valor para riesgo de explosin (tabla 32 de la NTC 4552-2; Icontec, 2008b).

Las prdidas econmicas por tensiones de paso y de contacto fuera de la estructura (LA) y por ten-siones de contacto dentro de la estructura (LU), en la norma internacional estn dadas por la ecua-cin (16).

(16)

Donde (rt) es el factor reductor de prdidas eco-nmicas que depende las caractersticas del suelo o terreno, (Lt) prdidas debido a lesiones por ten-siones de paso y contacto fuera de la estructura, (ca) es el nmero de animales en la zona, (ct) es el valor total de la estructura. En la norma colom-biana se utilizan las ecuaciones (17) y (18).

(17)

(18)

Las prdidas econmicas por fuego o explosin dentro de la estructura por arco elctrico o por im-

pacto sobre la estructura (LB) y por daos fsicos debido al impacto sobre la acometida (LV), en la norma internacional son expresadas con la ecua-cin (19).

(19)

Donde (Lf) prdidas debido a daos fsicos, (ca) es el valor de los animales en la zona, (cb) es el va-lor de la construccin correspondiente a la zona, (cc) es el valor del contenido en la zona; (cs) es el valor de los sistemas internos incluyendo sus actividades en la zona, (ct) es el valor total de la estructura la suma sobre todas las zonas para los animales, la construccin, el contenido y los sistemas internos, incluyendo sus actividades.

En la norma colombiana (c) y (ct) no son nece-sarios para hallar (LA), (Lu), (Lb) o (Lv), solo son utilizados en el caso en que se quiera hallar el valor de (Lt) o (Lf) segn sea el caso, donde c es el valor de posibles prdidas en la estructura, si estos se desconocen, los factores (Lt) y (Lf) toma su respectivo valor de la tabla 32 de la nor-ma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b). En la norma internacional, cuando el dao a la estructura por rayo involucra las estructuras circundantes o el medio ambiente, la prdida adicional (LE) debe tenerse en tener en cuenta para evaluar la prdi-da total (LFT) la cual se calcula con las ecuacio-nes (20) y (21).

(20)

(21)

Donde (LFE) es la prdida debida a daos fsicos fuera de la estructura y (ce) es el valor total de los bienes en el lugar peligroso fuera de la estructura, mientras que en la norma colombiana se incluyen dentro de la tabla 13 de la norma NTC 4552-2

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reflexin(Icontec, 2008b) unos valores predeterminados para este factor (ce).

Las prdidas econmicas por falla en los sistemas internos por IER debido a descargas en la estructu-ra (LC), debido a descargas prximas a la estructura (LM), debido a descargas sobre la acometida (LW) y debido a descargas cerca a la acometida (LZ) es-tn dadas en la norma internacional por la ecua-cin (22).

(22)

Para el caso de las prdidas (LC), (LM), (LW) y (LZ) en la norma colombiana se aplica el mismo pro-cedimiento que explicamos anteriormente con las prdidas (LA), (Lu), (Lb) o (Lv).

Solo en la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) se tienen en cuenta las prdidas econmicas por falla de equipos conectados debido a sobreten-siones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura (LC), por falla de lneas y equipos conectados debido a sobretensiones inducidas so-bre la lnea por descargas cercanas a la acometida de servicio (LZ) y por falla de equipos conectado debido a sobretensiones de acople resistivo (LW), las cuales se calculan segn las frmulas dadas para este fin, donde (c) es el valor de posibles pr-didas en la estructura, en caso de no conocer (c) y (ct), el factor (Lo) toma el valor de la tabla 32 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) depen-diendo del tipo de estructura.

En la norma colombiana se consideran algunas prdidas que son omitidas en la norma internacio-nal, las prdidas econmicas por falla de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura (Lc), por falla de lneas y equipos conectados debido a sobretensiones inducidas sobre la lnea por des-cargas cercanas a la acometida de servicio (Lz), por falla de equipos conectado debido sobreten-siones de acople resistivo (Lw), por daos fsi-

cos debido a efectos mecnicos y trmicos de la corriente de rayo fluyendo por la acometida de servicio por impacto sobre la estructura (LB), y por impacto sobre la acometida de servicio (LV).

En resumen, en la seccin de prdidas la ma-yor diferencia entre las normas radica principal-mente en que: en la norma internacional, para realizar el clculo de riesgo, es necesario cono-cer el nmero de personas que habitan la estruc-tura y el tiempo que la habitan; mientras que en la norma colombiana, en caso de no conocer es-tos valores, se pueden asignar unos valores tpi-cos segn el tipo de estructura seleccionada por el usuario. Al realizar el anlisis de riesgo para el caso de estudio, suponiendo que el 50 % de los habitantes de la estructura estn en riesgo y per-manecen en la estructura el 70 % del tiempo en un ao, se obtiene como resultado que el riesgo calculado con la norma internacional se reduce en casi una tercera parte con respecto al calcula-do con la norma colombiana, teniendo en cuenta que para la norma colombiana se tomaron los valores tpicos de las tablas.

Sistema de integral de proteccin contra rayos

Teniendo en cuenta que la comprensin y estu-dio de las tres partes de la norma NTC 4552 es fundamental para la correcta seleccin y diseo de los sistemas de proteccin contra rayos, en las siguientes secciones se incluye la comparacin de las partes 1 y 3.

Sistema de proteccin externo (SPE)

Para el diseo del sistema de proteccin externo y ms precisamente para la ubicacin de las ter-minales captadoras, el mtodo ms aceptado es el de la esfera rodante (G., A., & A., S. (2006), (ERITECH, 2009), (National Fire Protecction Association, 2004) sin embargo, la expresin em-pleada en las dos normas para determinar el radio

112112 Tecnura Vol. 18 No. 40 abril - junio, 2014

reflexinde la esfera vara significativamente, lo que lle-va a que los valores asignados de acuerdo con el nivel de proteccin contra rayos sean diferentes como se ven en la tabla 1.Tabla 1. Radio de la esfera de acuerdo al nivel de pro-

teccin (NPR)

Nivel de proteccin

NPR

Radio de la esfe-ra rodante (m)NTC 4552 - 1 (NTC 4552-1,

2008a)

Radio de la esfera rodante (m)

IEC 62305 - 1 (International Elec-trotechnical Com-mission, 2010a)

I 35 20II 40 30III 50 45

Fuente: disponible en NTC 4552-2 de 2008.

Esta diferencia de radios de la esfera rodante de acuerdo con el nivel de proteccin es importante para el diseo del sistema de proteccin externo, porque a mayor radio mayor distancia de separa-cin de terminales, lo cual reduce el porcentaje de rayos que podran impactar en las terminales captadoras, debido a que reduce su capacidad para captar descargas elctricas atmosfricas de baja corriente (G. & A., 2006), (Rodrguez y Za-bala, 2005). Por otro lado, al tener un menor ra-dio es necesario instalar ms puntas captadoras para proteger la totalidad de la parte superior de la estructura, lo cual incrementara el costo de la implementacin de SPE (ERITECH, 2009).

Sistema de proteccin interno (SPI)

En la norma internacional IEC 62305-1 (Interna-tional Electrotechnical Commission, 2010a), las dimensiones mnimas de los conductores que co-nectan las barras equipotenciales entre ellas o con el sistema de puesta a tierra y de los conductores que conectan las instalaciones internas metlicas a las barras equipotenciales son mayores en dos de tres casos a la norma colombiana.

Medidas de proteccin contra tensiones de paso y de contacto

El riesgo de que ocurra una situacin peligrosa para la vida debido a tensiones de paso y de con-tacto afuera de la estructura puede ser reducido cumpliendo ciertos parmetros o condiciones. Una de ellas es si la resistividad de la capa super-ficial del suelo, a 3 m de un conductor bajante, no es inferior a un valor especifico. En la nor-ma internacional ese valor es de 100.000 (_m) mientras que en la norma colombiana este valor es 5000 (_m).

CONCLUSIONES

Una de las diferencias ms relevantes entre la norma colombiana NTC 4552 y la norma inter-nacional IEC 62305 es el clculo de las descar-gas directas a tierra, puesto que este parmetro tiene gran influencia en la evaluacin de nmero de eventos peligrosos. Esta diferencia se debe a que Colombia se encuentra ubicada en una zona subtropical, lo cual genera variaciones en los pa-rmetros del rayo y por ende en los valores del radio de la esfera utilizada en la ubicacin de los terminales de captacin.

Algunas de las diferencias encontradas entre las versiones ms recientes de la norma NTC 4552 y la norma IEC 62305 se deben a que la norma colombiana fue adaptada de la versin del 2006 de la norma internacional, pero la norma interna-cional fue actualizada en el 2010, en el cual se modific la forma de calcular las prdidas con-secuentes, y se incluyeron y modificaron factores para clculo de la probabilidad de dao, lo cual sugiere la necesidad de realizar una revisin y ac-tualizacin de la norma colombiana.

En la norma internacional, es necesario conocer los valores de las personas que circulan por la es-tructura y el tiempo que stas permanecen en ella para poder realizar la evaluacin de riesgo, mien-

Comparacin de las normas NTC 4552 de 2008 e IEC 62305 de 2010 para el anlisis de riesgoOscar IgnacIO snchez / csar albertO tOrres / FrancIscO santamara

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reflexintras que la norma colombiana, en caso de descono-cer estos valores, toma un valor tpico promedio y asume el caso ms crtico, que es cuando durante todo el ao permanecen en la estructura todas las personas que habitan la estructura.

Utilizando como caso de estudio una estructura en Bogot, al realizar la evaluacin del riesgo teniendo en cuenta nicamente la diferencia de densidad de descargas a tierra (DDT), en la nor-ma colombiana para el riesgo R1 se obtuvo un valor de 6x10-6, cumpliendo los limites, mientras

que en la norma internacional el valor es 2x10-5, el cual supera el lmite tolerable.

Para el caso de estudio se observ que en la nor-ma internacional con solo seleccionar un sistema de proteccin contra rayos nivel IV se cumplieron to-dos los lmites de riesgo tolerables, mientras que en la norma colombiana, estos lmites no se cumplen ni siquiera con un sistema de proteccin nivel I, esto debido a la importancia y el peso que se le da a este factor en la norma internacional dentro del clculo de las probabilidades de dao en la estructura

Avendao, C., Ortiz, H., & Ibez, H. (2005). Correlacin entre la actividad cerunea y la localizacin de dao en equipos elctricos y electrnicos a causa de rayos en Bogot. Tecnura, 8 (fasc.16 p.86 - 93).

ERITECH. (2009). Lightning Protection Design-ing to the IEC 62305 Series . Erico.

Forero, J., y Viaa, J. (Enero de 2001). Compo-nentes de SPE: Proteccin contra rayos. Energa y computacin, X (1), 1-7.

G., A., y A., S. (Diciembre de 2006). Proteccin externa de edificaciones contra descargas. Scientia Et Technica, Vol. XII (32), 165-168.

Icontec. (2008a). NTC 4552-1 Proteccin Con-tra Rayos parte 1: Principios Generales (1 ed.). Colombia: Icontec.

Icontec. (2008b). NTC 4552-2. Proteccin con-tra descargas elctricas atmosfricas. Parte 2: Manejo del riesgo. Colombia: Icontec.

Icontec. (2008c). NTC 4552-3. Proteccin contra descargas elctricas atmosfericas. Parte 3: Daos Fsicos a estructuras y amenazas a la vida. Colombia: Icontec.

International Electrotechnical Commission. (2010a). IEC 62305-1 Potection Against lighthing Part 1: General Principles. Ge-neva, Switzerland.

International Electrotechnical Commission. (2010b). IEC 62305-2 Potection Against lighthing Part 2: Risk Management. Ge-neva: Switzerland.

International Electrotechnical Commission. (2010c). IEC 62305-4 Potection Against lighthing Part 4: Electrical and elec-tronic systems within structures. Geneva, Switzerland.

Martony, C. (2009). Proteccin de edificios y es-tructuras de las descargas elctricas atmos-fricas. Seguridad Elctrica, (pg. 21).

National Fire Protecction Association. (2004). NFPA 780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems (2004 ed.). Salt Lake, UT, Estados Unidos.

Pando, R. (Noviembre de 2005). Aspectos bsi-cos de las descargas atmosfricas. CET.

Rodrguez, M., y Zabala, H. (2005). Estudio de descargas atmosfricas y determinacin del

REFERENCIAS

114114 Tecnura Vol. 18 No. 40 abril - junio, 2014

reflexinindice de riesgo en edificaciones. II Con-greso Boliviano de Ing. Mecanica Electro-mecanica. Oruro-Bolivia.

Torres, H. (2000). Hiptesis de investigacin so-bre variacin espacial y temporal en los pa-rmetros del rayo. Meteorol, 2, 1-6.

Torres, H. (2005). Parmetros del rayo para la norma colombiana. Primera jornada tcni-ca IEEE del oriente colombiano-UIS. Bu-caramanga.

Torres, H. (2006). Norma Tcnica Colombiana de proteccin filosofa y resultados. Seminario Internacional seguridad, riesgo, calidad y protecciones elctricas. Medelln.

Torres, H. (2010). Qu Rayos Sabemos? Acade-mia Colombiana De Ciencia, 34, 193-208.

Younes, C., y Duarte, O. (2005). Relaciones entre parmetros del rayo y caractersticas me-teorolgicas utilizando minera de datos. III Simposio Internacional sobre Calidad de la Energa Elctrica SICEL 2005 (pp. 1-6). Bogot.

Younes, C., Torres, H., Duarte, O., Perez, E., Aranguren, D., y Rondon, D. (2005). In-fluencia en los parmetros del rayo en co-lombia debido a posibles errores del sistema de localizacin. III Simposio Internacional sobre Calidad de la Energa Elctrica SI-CEL 2005 (pp. 1-4). Bogot.