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Protección de EdificacionesEjercicio de aplicacion
Guillermo Aponte M.Medellín, Julio de 2009
CARACTERÍSTICAS VALORAltura, H 8.4 mLongitud, L 27 mAncho, W 22.4 mÁrea aproximada 605 m2
Uso: Biblioteca públicaContorno: Con árboles altosSistema de Protección Contra Rayos No protegidoLongitud de la acometida, LC 100 mAlturas de la acometida Ha,Hb,Hc 8 mAislamiento del cable Uw 1 kVDensidad de descargas a tierra, DDT 2Estructura (w: 12 m entre columnas) Concreto y metalAmbiente UrbanoÁrea efectiva de la estructura adyacente, Ad/a 4508m2DPSs coordinados No tiene
Vista en planta del edificio
Componentes de riesgo en estructuras
S1 S2 S3(1) S4(1)
RA=ND*PA*LA RU=(NL+NDa)*PU*LU
RB=ND*PB*LB RV=(NL+NDa)*PV*LV
RC=ND*PC*LC RM=NM*PM*LM RW=(NL+NDa)*PW*LW RZ=(NI-NL)*PZ*LZ
Evaluación de las componentes de riesgo
Cada componente de riesgo RX puede calcularse a través de la ecuación:
RX=NX*PX*LX
NX= Número de eventos peligrosos PX= Probabilidad de dañoLX= Pérdida consecuente
Para calcular las componentes del riesgo primero se calculan las componentes NX, luego las componentes de probabilidad PX y por último los valores de las pérdidas LX.
Evaluación de las componentes de riesgo
RX=NX*PX*LX
NX= Número de eventos peligrosos
Evaluación de las componentes de riesgo
RA=ND*PA*LA RU=(NL+NDa)*PU*LU
RB=ND*PB*LB RV=(NL+NDa)*PV*LV
RC=ND*PC*LC RM=NM*PM*LM RW=(NL+NDa)*PW*LW RZ=(NI-NL)*PZ*LZ
Evaluación del número de eventos peligrosos
Promedio anual de descargas sobre la estructura
ND=DDT *Ad*Cd*10-6
Ad: Área efectiva.
Ad = LW + 6H (L + W) + 9 π (H)²Ad = 27*22.4 + 6(8.4) (27 + 22.4) + 9 π (8.4)²=5090m2
Factor de localización Cd
Localización relativa Cd
Objeto rodeado de objetos o árboles más altos 0.25Objeto rodeado de objetos o árboles de igual altura o menor 0.5Objeto aislado: sin objetos en la vecindad 1Objeto aislado: en la cima de una colina o elevación 2
Nd=2*5090*0.0025=0.0025
Evaluación del número de eventos peligrosos
Promedio anual de descargas sobre estructuras adyacentes
Nda =DDT*Ad/a*Cd/a*Ct*10-6
Cd/a: Factor de riesgo igual a Cd.Ct: Factor de influencia del transformador.
Factor de corrección por presencia de transformador ct
Tipo de transformador Ct
Transformador con devanado primario y secundario desacoplados eléctricamente 0.2
Auto transformador 1Sin transformador 1
Nda =2*4508*0.25*1*10-6=0.0022
Evaluación del número de eventos
Promedio anual de descargas sobre las acometidas de servicios
NL =DDT*Al*Cd*Ct*10-6
Al: Área efectiva de descargas al servicio.
Área efectiva de descargas al servicio (m2), Al
Al =(Lc - 3(Ha + Hb)) 6 Hc
Ha Altura de donde proviene la acometida.
Área Al
Hb Altura por donde ingresa la acometida de servicio (m);Hc Altura de los conductores del servicio.Lc Longitud de la acometida de servicio.
Al =(100 - 3(8 + 8)) 6*8=2496m2
NL =2*2496*0.25*0.1*10-6=0.00012
Evaluación del número de eventos
Promedio anual de descargas cercanas a las acometidas de servicio
Ni =DDT*Ai*Ce*Ct*10-6
Ai: área efectiva de descargas cercanas al servicio al servicio = 1000Lc
Ni =2*1000*100*0.25*1*10-6=0.05
Factor ambiental Ce
Ambiente Ce
Urbano con edificaciones altas1 0Urbano2 0.1Suburbano3 0.5Rural 11 Edificaciones de más de 20m de altura2 Edificaciones entre 10m y 20m de altura3 Edificaciones menores a 10m de altura
Ni =2*1000*100*0.25*0.1*10-6=0.05
Evaluación del número de eventos
Promedio anual de descargas cercanas a la estructura
NM=DDT*((Am-Ad)*Cd)*10-6
Am: área de influencia de la estructura, el perímetro ampliado en 250 m, Am=268878m2.
NM=2*((268878-5090)*0.25)*10-6=0.535
Parámetro ValorND 0.0025
Ni 0.05
NM 0.535
NL 0.00012
NDa 0.0022
Evaluación del número de eventos
Evaluación de las componentes de riesgo
Cada componente de riesgo RX1 puede calcularse a través de la siguiente ecuación general:
RX=NX*PX*LX
NX= Número de eventos peligrosos. PX= Probabilidad de daño.LX=Pérdida consecuente.
RX=NX*PX*LX
PX= Probabilidad de daño.
Evaluación de las componentes de riesgo
RA=ND*PA*LA RU=(NL+NDa)*PU*LU
RB=ND*PB*LB RV=(NL+NDa)*PV*LV
RC=ND*PC*LC RM=NM*PM*LM RW=(NL+NDa)*PW*LW RZ=(NI-NL)*PZ*LZ
Probabilidad PA
La probabilidad de lesiones a seres vivos a causa de tensiones de paso o contacto por descargas directas a la estructura.
Medida de Protección PA
Sin medidas de protección 1Aislamiento eléctrico de bajantes expuestas 10-2
Equipotencialización efectiva del suelo 10-2
Avisos de advertencia 10-1
Nota: Si más de una medida de protección ha sido tomada, el valor de PA
es el producto de los valores correspondiente según esta tabla.
PA = 1
Probabilidad PB
La probabilidad de daño a la estructura por descargas directas.
Características de la estructura NPR PB
No protegida - 1
Estructura Protegida
IV 0.2III 0.1II 0.05I 0.02
PB =1
Nivel de Protección contra rayos PDPS
Sin sistema coordinado de protección 1III-IV 0.03
II 0.02I 0.01
Probabilidad PC
La probabilidad de daño de sistemas internos por impacto directo a la estructura, PC= PDPS.
PC=1
La probabilidad de daño de sistemas internos por impactos cercanos a la estructura PM, está asociada a las medidas de protección adoptadas, de acuerdo al factor KMS, el cual a su vez está dado por:
KMS = KS1× KS2 × KS3 × KS4
Cuando no es provisto un sistema de protecciones, el valor de PM será igual a PMS.
Probabilidad PM
KS1: Factor de eficacia del apantantallamiento de la estructura.
KS1= 0,12 × w =0.12*12=1.44
w: separación entre columnas.
KS2 :Factor de eficacia del apantallamiento interno de la estructura.
KS2= 0,12 × w=0.12*12=1.44
KS3 : Factor de características del cableado internoKS4: Factor de soportabilidad al impulso tipo rayo del sistema.
KS4 = 1.5/Uw
Probabilidad PM
Tipo de Cableado Interno KS3
Cables sin pantalla - Sin precaución de evitar lazos en la ruta 1Cables sin pantalla – Con precaución de evitar grandes lazos en la ruta 0.2
Cables sin pantalla – Con precaución de evitar lazos en la ruta 0.02Cable apantallado con resistencia de pantalla 5 < Rs ≤ 20 Ω/km 0.001Cable apantallado con resistencia de pantalla 1 < Rs ≤ 5 Ω/km 0.0002Cable apantallado con resistencia de pantalla Rs ≤ 1 Ω/km 0.0001
Probabilidad PM
KMS = (12*0.12) × (12*0.12) × 0.0001× 1.5=0.00031
Probabilidad PM
KMS PMS
≥0.4 10.15 0.90.07 0.5
0.035 0.10.021 0.010.016 0.0050.015 0.0030.014 0.001≤0.013 0.0001
PM=0.0001
Probabilidades de daño Pu, Pv y Pw
Cuando no existe una coordinación de DPS, Pu, Pv y PwW tomarán el valor de PLD, cuando existe será el menor entre PDPS y PLD.
Pz tomará los valores de y PL1.
Tipo de acometida UW [kV] 5<RS<20 [Ω/km] 1<RS≤5 [Ω/km] RS≤1 [Ω/km]
Cable apantallado
1.5 1 0.8 0.42.5 0.95 0.6 0.24 0.9 0.3 0.046 0.8 0.1 0.02
Cable no apant. 1RS Resistencia del apantallamiento del cable
Probabilidad de daño PLD en función de la resistencia de la pantalla Rs y la tensión
soportable UW del cable
PU=PV=PW=0.4
UW
[kV]
Sin pantall
a
Pantalla no conectada a barra equipotencial a la
cual esta conectada el equipo
Apantallamiento y equipo unido a barra equipotencial
5<RS<20 [Ω/km]
1<RS≤5[Ω/km]
RS≤1[Ω/km]
1.5 1 0.5 0.15 0.04 0.022.5 0.4 0.2 0.06 0.02 0.0084 0.2 0.1 0.03 0.008 0.0046 1 0.05 0.2 0.004 0.002
RS Resistencia de la pantalla del cablePZ=0.02
Probabilidad de daño PL1 en función de la resistencia de la pantalla Rs y la tensión
soportable UW del cable
Probabilidad ValorPA 1PB 1PC 1PM 0.0001PU 0.4PV 0.4PW 0.4PZ 0.02
Evaluación de las probabilidades
Evaluación de las componentes de riesgo
Cada componente de riesgo RX1 puede calcularse a través de la siguiente ecuación general:
RX=NX*PX*LX
NX= Número de eventos peligrosos PX= Probabilidad de dañoLX=Pérdida consecuente
RX=NX*PX*LX
LX= Perdida consecuente.
Evaluación de las componentes de riesgo
RA=ND*PA*LA RU=(NL+NDa)*PU*LU
RB=ND*PB*LB RV=(NL+NDa)*PV*LV
RC=ND*PC*LC RM=NM*PM*LM RW=(NL+NDa)*PW*LW RZ=(NI-NL)*PZ*LZ
[email protected]@geiico.com.co
Pérdida de vidas humanas (LA)
Pérdida de vidas humanas por tensiones de paso y contacto fuera de la estructura:
LA = ra* Lt
ra : factor reductor de pérdida de vidas por características del suelo o terreno.Lt: Tipó de estructura
Valores de Lt , Lf, y Lo
Tipo de Estructura Lt
Todos los tipos – personas dentro de la estructura 10-4
Todos los tipos – personas fuera de la estructura 10-2
Tipo de Estructura Lf
Hospitales, hoteles, edificios civiles 10-1
Industrial, comercial, escuelas 5*10-2
Entretenimiento público, Iglesias, museos 2*10-3
Tipo de Estructura Lo
Riesgo de explosión 10-1
Hospitales 10-3
Tipo de Superficie Resistencia de contacto [kΩ] ra
Agricultura, concreto ≤1 10-2
Mármol, cerámica 1-10 10-3
Gravilla, tapete 10-100 10-4
Asfalto, madera, linóleo ≥100 10-5
Valores de ra
LA=10-4* 10-2 =10-6
Las pérdidas de vidas por fuego o explosión dentro de la estructura por arco eléctrico, se puede estimar así:
LB = rp * rf *hz *Lf
rp factor reductor de pérdida debido a daños físicos, que depende de medidas de protección tomadas para reducir las consecuencias de incendio.rf Factor reductor de pérdida debido a daños físicos, que depende del riesgo de fuego de la estructura.hz Factor de incremento de pérdidas por condiciones especiales.
Pérdida de vidas humanas (LB)
Factor de reducción Rp
Medida de prevención rP
Sin medida de prevención 1
Una de las siguientes prevenciones: Extintores manuales; instalaciones de alarma manual; hidrantes; compartimientos contra fuego; rutas deevacuación .
0.5
Una de las siguientes prevenciones: Extintores automáticos; instalaciones de alarma automática (*) 0.2
(*) Sólo si está protegida contra sobretensiones u otros daños y tiempo de respuesta de los bomberos menor a 10 min.Si más de una de estas medidas de provisión se aplican, es necesario tomar el valor más bajo entre los calculados individualmente.
Riesgo de Fuego rf
Explosión 1Alto 10-1
Ordinario 10-2
Bajo 10-3
Ninguno 0
Factor de reducción Rf
Clase especial de riesgo hz
Sin riesgo especial 1Nivel bajo de pánico (Edificio de dos pisos con un número no mayor a 100 personas) 2
Nivel medio de pánico (Edificio diseñado para eventos culturales o deportivos, entre 100 y 1000 personas) 5
Dificultad de evacuación (edificación con personas inmovilizadas) 5Nivel alto de pánico (Edificio diseñado para eventos culturales o deportivos, mayor a 1000 personas) 10
Peligro por ambiente alrededor 20Contaminación del ambiente alrededor 50
Factor de incremento de perdidas Hz
Valores de Lt , Lf, y Lo
Tipo de Estructura Lt
Todos los tipos – personas dentro de la estructura 10-4
Todos los tipos – personas fuera de la estructura 10-2
Tipo de Estructura Lf
Hospitales, hoteles, edificios civiles 10-1
Industrial, comercial, escuelas 5*10-2
Entretenimiento público, Iglesias, museos 2*10-3
Tipo de Estructura Lo
Riesgo de explosión 10-1
Hospitales 10-3
LB=0.2*5*10-2*5*10-3=0.00005
Pérdida de vidas humanas por falla de sistemas internos a causa de descargas en la estructura Lc y cerca de la estructura Lz .
LC=Lz = (np/ nt)*(tp /8760)
np =Número de posibles personas en peligro.nt =Número total de personas esperado en la estructura.tp = Tiempo en horas al año que las personas están presentes en el lugar peligroso.
LC.y y Lz se pueden asumir iguales a Lo, cuando la determinación de np, nt y tp es incierta.
Pérdidas LC y Lz
Valores de Lt , Lf, y Lo
Tipo de Estructura Lt
Todos los tipos – personas dentro de la estructura 10-4
Todos los tipos – personas fuera de la estructura 10-2
Tipo de Estructura Lf
Hospitales, hoteles, edificios civiles 10-1
Industrial, comercial, escuelas 5*10-2
Entretenimiento público, Iglesias, museos 2*10-3
Tipo de Estructura Lo
Riesgo de explosión 10-1
Hospitales 10-3
LC=10-3
Pérdida de vidas humanas por tensiones de contacto dentro de la estructura, LU
LU= rU* Lt
Pérdidas (LU)
Tipo de Superficie Resistencia de contacto [kΩ] ru (ra )
Agricultura, concreto ≤1 10-2
Mármol, cerámica 1-10 10-3
Gravilla, tapete 10-100 10-4
Asfalto, madera, linóleo ≥100 10-5
Valores de ru
LU=10-2*10-4= 10-6
Pérdida de vidas humanas por daños físicos a causa de descargas en acometida de servicios, LV
LV= rP*hZ*rf*Lt
Pérdidas (LV)
LV=1*5*10-2*5*10-2=0.0025
Pérdida de vidas humanas por falla de sistemas internos por IER a causa de descargas próximas a la estructura, LM
LM= L0
Pérdidas (LM)
LM=10-3
Pérdida de vidas humanas por falla de sistemas internos por IER (impulso electromagnético del rayo) a causa de descargas sobre la estructuras LM, sobre las acometidas de servicio LW y en cercanías de estas Lz.
LM = LW= LZ=(np/ nt)*(tp /8760)
Se pueden asumir los valores de LM= LW=LZ= Lo para todos los tipos de estructura cuando la determinación de np, nt y tp es incierta o difícil de obtener.
Pérdidas LM, LW y Lz
LM = Lw=Lz =10-3
Pérdida ValorLA 10-6
LB 0.0025LC 10-3
LM 10-3
LU 10-6
LV 0.0025LW 10-3
LZ 10-3
Evaluación de la cantidad de pérdidas
Componentes de riesgo
S1 S2 S3(1) S4(1)
RA=0.005*1*10-6
=5*10-9RU=(0.006+0.077)*0.4*10-6=3.32*10-8
RB=0.005*10-2* 0.0025 =10-5
RV=(0.006+0.077)*0.4*0.0025=8.3*10-
5
RC=0.005*1*10-3
=5*10-6RM=0.06*0.0001*10-3=6*10-9
RW=(0.006+0.077)*.0.4*10-3=3.32*10-5
RZ=(1.025-0.006)*0.02*10-
3=2*10-5
Componente de Riesgo Evaluada Valor del Riesgo
RA 2,50*10‐09
RB 6,25*10‐06
RC 2,50*10‐06
RM 5,35*10‐08
RU 9,28*10‐10
RV 2,32*10‐06
RW 9,28*10‐07
RZ 9,98*10‐07
RTOTAL 1,31*10‐05
Componentes de riesgo
Tipo de Pérdida RT(y-1)Pérdida de vidas o lesiones permanentes 10-5
Pérdida de servicio público 10-3
Pérdida de patrimonio cultural 10-3
Valores típicos de riesgo tolerable
Sumatoria de las componentes de riesgo ΣRX:
ΣRX=1.31*10-5>10-5
No cumple, ahora se debe repetir el procedimiento y evaluar de nuevo el riesgo con un sistema de protección de nivel IV y con algunas medidas de protección.
Evaluación del riesgo
Al tomar algunas medidas se deben estimar los nuevos valores de los componentes que cambiaron con las medidas tomadas, para volver a evaluar las componentes de riesgo.
Nota: las medidas tomadas se enfocaron en las componentes de riesgo que tenían un valor más alto.
Implementación de medidas parareducir el riesgo
Componentes del riesgo
Componente De Riesgo Evaluada Valor del Riesgo
RA 2,50*10‐09
RB 6,25*10‐06
RC 2,50*10‐06
RM 5,35*10‐08
RU 9,28*10‐10
RV 2,32*10‐06
RW 9,28*10‐07
RZ 9,98*10‐07
RTOTAL 1,31*10‐05
Medidas a tomar
Medida de Protección PA
Sin medidas de protección 1Aislamiento eléctrico de bajantes expuestas 10-2
Equipotencialización efectiva del suelo 10-2
Avisos de advertencia 10-1
Nota: Si más de una medida de protección ha sido tomada, el valor de PA
es el producto de los valores correspondiente según esta tabla.
Un SIPRA de nivel IV
Características de la estructura NPR PB
No protegida - 1
Estructura Protegida
IV 0.2III 0.1II 0.05I 0.02
Medidas a tomar
Nivel de Protección contra rayos PPDSSin sistema coordinado de protección 1
III-IV 0.03II 0.02I 0.01
Valores de PPDS
PC= PDPS=0.03
Riesgo de Fuego rf
Explosión 1Alto 10-1
Ordinario 10-2
Bajo 10-3
Ninguno 0
Reducción del riesgo de fuego.
Medidas a tomar
Probabilidad ValorPA 10-2
PB 0.2PC 0.03PM 0.0001PU 0.4PV 0.4PW 0.4PZ 0.02
Valoración de los componentes del riesgoNuevos valores de probabilidad.
LA=10-4* 10-2 =10-6
LB=0.2*5*10-2*5*10-3=0.00005LC=Lo=10-3
LM=Lo=10-3
LV=0.2*5*10-2*5*10-3=0.00005LU=10-2*10-4= 10-6
LW=Lo=10-3
LZ=Lo=10-3
Pérdida ValorLA 10-6
LB 5*10-5
LC 10-3
LM 10-3
LV 5*10-5
LU 10-6
LW 10-3
LZ 10-3
Nuevos valores de pérdidas.
Valoración de los componentes del riesgo
Componente De Riesgo Evaluada Valor del Riesgo
RA 2,50*10‐11
RB 2,50*10‐08
RC 7,50*10‐08
RM 5,35*10‐08
RU 9,28*10‐10
RV 4,64*10‐08
RW 9,28*10‐07
RZ 9,98*10‐07
RTOTAL 2,1*10‐06
Valoración del riesgo
Sumatoria de las componentes de riesgo ΣRX:
ΣRX=2.1*10-6<10-5
Por debajo de lo tolerable.
Valoración del riesgo
![ESPECIFICACIÓN TÉCNICA: CABLES PROTEGIDOS ......Tabla 4: Capacidad de conducción de corriente para los cables de redes de 15 kV, 25 kV y 34,5 kV.2 [mm2] 15 kV 25 kV 34,5 kV 15 kV](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5e82c9adc0c98e7454202fac/especificacin-tcnica-cables-protegidos-tabla-4-capacidad-de-conduccin.jpg)
