NORMA TÉCNICA
NTC
COLOMBIANA 4552-2
2008-11-26
PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS
ATMOSFÉRICAS (RAYOS).
PARTE 2: MANEJO DEL RIESGO
E: PROTECTION AGAINST LIGHTNING. PART 2: RISK MANAGEMENT
CORRESPONDENCIA: esta norma es modificada (MOD) de la norma IEC 62305-2:2006
DESCRIPTORES: descarga eléctrica atmosférica; protección contra rayo; componentes de riesgo; probabilidad de daño; perdidas.
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
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 4552-2 fue ratificada por el Consejo Directivo de 2008-11-26.
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 LTDA. ECOPETROL
ELECTROPOL
EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN E.S.P.
GENELEC LTDA. IEB INGENIERÍA INGETESA S.A.
LEVITON SPAT - MTM SPT INGENIERIA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DISTRITAL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
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.
HIDROCOL INELMEC S.A.
INTERNACIONAL DE INGENIERÍA SEGURIDAD ELÉCTRICA LTDA SIEMENS
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 y otros documentos relacionados.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
CONTENIDO
Página
INTRODUCCIÓN
1. ALCANCE Y OBJETO ...1
2. REFERENCIAS NORMATIVAS ...1
3. TÉRMINOS, DEFINICIONES SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ...2
3.1 TÉRMINOS V DEFINICIONES ...2
3.2 SÍMBOLOS Y DEFINICIONES ...5
4. EXPLICACIÓN DE TÉRMINOS...10
4.1 DAÑOS Y PÉRDIDAS ...10
4.2 RIESGO Y COMPONENTES DE RIESGO...11
4.3 FACTORES QUE INFLUENCIAS LAS COMPONENTES DE RIESGO ...14
5. MANEJO DEL RIESGO...14
5.1 PROCEDIMIENTO BÁSICO...14
5.2 ESTRUCTURA A SER CONSIDERADA PARA LA EVALUACIÓN DE RIESGO...15
5.3 ACOMETIDA DE SERVICIO A CONSIDERARSE PARA LA EVALUACIÓN DE RIESGO ...15
5.4 RIESGO TOLERABLE Rt ...16
5.5 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA NECESIDAD DE PROTECCIÓN ...16
5.6 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA CONVENIENCIA ECONÓMICA DE LA PROTECCIÓN ...17
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Página
5.8 SELECCIÓN DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN ...20
6. EVALUACIÓN DE LAS COMPONENTES DE RIESGO ...21
6.1 ECUACIÓN BÁSICA ...21
6.2 DIVISIÓN DE ESTRUCTURA EN ZONAS ZS ...23
6.3 DIVISIÓN DE UNA ACOMETIDA DE SERVICIO EN SECCIONES SS...23
6.4 EVALUACIÓN DE LAS COMPONENTES DE RIESGO EN ESTRUCTURAS CON ZONAS ZS ...24
6.5 EVALUACIÓN DEL NÚMERO ANUAL N DE EVENTOS PELIGROSOS ...25
6.6 EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE DAÑO PX ...31
6.7 EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PÉRDIDAS ...40
FIGURAS Figura 1. Ejemplo de acometida de servicios ...3
Figura 2. Procedimiento para la decisión de necesidad de protección...17
Figura 3. Procedimiento para la decisión de la conveniencia económica de una medida de protección...19
Figura 4. Procedimiento para la selección de medidas de protección en la estructura ..20
Figura 5. Procedimiento para la selección de las medidas de protección en los servicios ...21
Figura 6. Estructuras a los extremos de una línea: En el extremo 'b' la estructura a ser protegida (estructura b) y en el extremo 'a' una estructura adyacente (estructura a) ...22
Figura 7. Área efectiva de la estructura Ad...26
Figura 8. Estructura a ser evaluada para el área efectiva (Ad) ...28
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Página
TABLAS
Tabla 1. Riesgo por cada tipo de daño y pérdida ...11
Tabla 2. Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en una estructura...12
Tabla 3. Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en acometida de servicios ...13
Tabla 4. Componentes de riesgo para cada tipo de daño en la estructura ...13
Tabla 5. Componentes de riesgo para cada tipo de daño en las acometidas de servicio ...13
Tabla 6. Factores que Influencian las Componentes de Riesgo...14
Tabla 7. Valores Típicos de riesgo tolerable...16
Tabla 8. Componentes de riesgo en estructuras...22
Tabla 9. Componentes de riesgo en acometidas de servicio ...22
Tabla 10. Factor de localización Cd...26
Tabla 11. Factor de corrección por presencia de transformador ...29
Tabla 12. Áreas Efectivas AI y Ai dependiendo de las características del servicio...30
Tabla 13. Factor ambiental Ce...31
Tabla 14. Valores de PA...32
Tabla 15. Valores de PB...32
Tabla 16. Valores de PDPS ...33
Tabla 17. Valores de KS3...34
Tabla 18. Valores de PMS en función de KMS...34
Tabla 19. Valores de probabilidad de daño PLD en sistemas internos en función de la resistencia del apantallamiento Rs y la tensión soportable Uw del cable ...35
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Página
Tabla 21. Valores del factor Kd como función de las características
del apantallamiento de la línea...37
Tabla 22. Valores del factor Kp como función de las medidas de protección ...37
Tabla 23. Tensión disruptiva soportable Uw en función del tipo de cable...37
Tabla 24. Tensión disruptiva al impulso Uw en función del tipo equipo...38
Tabla 25, Valores de Probabilidad P’B, P’C, P’V y P’W en relación a la corriente de falla Ia...38
Tabla 26. Valores promedio típicos de Lt, Lf y Lo para L1 ...41
Tabla 27. Valores de factores de reducción ra y ru en función del tipo suelo o piso....41
Tabla 28. Valores de factores de reducción rp en función de las medidas de prevención para reducir las consecuencias de fuego...42
Tabla 29. Valores de factor de reducción rf en función del riesgo de fuego de la estructura ...43
Tabla 30. Valores de factor de incremento hz en función de la cantidad de pérdidas en presencia de situaciones especiales de peligro ...43
Tabla 31. Valores medios típicos de Lf y Lo para L2 ...46
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
INTRODUCCIÓN
Los rayos a tierra son peligrosos para las estructuras y sus acometidas de servicios.
Los peligros a la estructura se manifiestan como:
- Daños a la estructura y su contenido.
- Fallas asociadas a sistemas eléctricos y electrónicos.
- Lesiones a seres vivos dentro o fuera de la estructura.
Los efectos de los daños y fallas se pueden extender a los alrededores de la estructura o pueden involucrar su entorno.
Los peligros en las acometidas de servicios pueden generar:
- Daños a los mismos servicios.
- Fallas asociadas a los equipos eléctricos y electrónicos.
Para reducir las pérdidas debidas a rayos se requieren medidas de protección, cuyas características deben determinarse por medio de la evaluación del Riesgo
En esta norma, el riesgo se define como el promedio anual probable de pérdidas en la estructura y en sus acometidas de servicios debido a descargas atmosféricas, el cual depende de:
- El número anual de rayos que afecta a las estructuras y a sus acometidas de servicios.
- La probabilidad de daño debido a los efectos del rayo.
- El costo promedio de los daños.
Los efectos de los rayos en las estructuras pueden ser por:
- Impactos directos a la estructura.
- Impactos cercanos a la estructura y/o a las acometidas de servicios (energía eléctrica, líneas de telecomunicaciones, otros).
Los efectos del rayo en las acometidas de servicios pueden ser por:
- Impactos directos a las acometidas de servicios
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Los impactos directos en estructuras o en acometidas conectadas a estas pueden causar daños físicos y poner en peligro la vida.
Impactos cercanos o directos a estructuras o a sus acometidas pueden causar fallas de los sistemas eléctricos y electrónicos, debido a sobretensiones causadas por acoples resistivos o inductivos de estos sistemas con la corriente de rayo.
El número de rayos que afectan la estructura y sus servicios, depende de las dimensiones y las características de la estructura y de las acometidas, así como de la densidad de rayos a tierra en el área donde la estructura y las acometidas se encuentran localizadas.
La probabilidad de daños por rayos depende de las características de la estructura, sus acometidas y de la corriente del rayo; así como de la clase y eficiencia de las medidas de protección aplicadas.
El monto promedio anual de las pérdidas depende de la magnitud de los daños y de las consecuencias que se puedan presentar como resultado del rayo.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS (RAYOS). PARTE 2: MANEJO DEL RIESGO
1. ALCANCE Y OBJETO
Esta parte de la serie de normas NTC 4552 aplica a la evaluación de riesgo en una estructura o en sus acometidas de servicio debido a descargas de rayos a tierra.
El alcance de la presente norma es establecer un procedimiento para la evaluación de dicho riesgo. Una vez se seleccione un límite de riesgo superior tolerable, este procedimiento permite la selección de medidas de protección apropiadas que deben adoptarse para reducir el riesgo a un límite tolerable o por debajo de el.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS
Los siguientes documentos normativos fueron tenidos en cuenta en la elaboración de la presente norma. Se recomienda aplicar las ediciones más recientes de los documentos normativos indicados a continuación. Los miembros del ICONTEC, la lEC y de la ISO mantienen registros de las normas internacionales actualmente válidas.
NTC 4552-1:2008, Protección contra descargas eléctricas atmosféricas (rayos). Parte 1: Principios generales.
NTC 4552-3:2008, Protección contra descargas eléctricas atmosféricas (rayos). Parte 3: Daños físicos y riesgos en estructuras.
IEC 60079-10:2002, Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmosphere. Part 10: Classification of Hazardous Areas.
lEC 60364, (All parts) Electrical Installations of buildings.
lEC 60479, (All parts) Effects of Current on Human Beings and Livestock.
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.
lEC 61643-1:2005, Low-voltage Surge Protective Devices. Part 1: Surge Protective Devices Connected to Low-Voltage Power Distribution Systems. Requirements and Tests.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
lEC 62305, (All parts) Protection Against Lightning.
ITU-T Recommendation K.46:2000, Protection of Telecommunication Lines Using Metallic
Symmetric Conductors Against Lightning Induced Surges.
ITU-T Recommendation K.47:2000, Protection of Telecommunication Lines Using Metallic
Symmetric Conductors Against Direct Lightning Discharges.
3. TÉRMINOS, DEFINICIONES SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
3.1 TÉRMINOS Y DEFINICIONES
Para los propósitos de este documento normativo, se aplican los siguientes términos y definiciones.
3.1.1 Objeto a proteger. Estructura o acometida de servicio a ser protegida contra los efectos del rayo.
3.1.2 Estructura a ser protegida. Estructura para la cual se requiere protección contra los efectos del rayo de acuerdo con lo especificado en esta norma.
NOTA Una estructura a ser protegida puede ser parte de una estructura más grande
3.1.3 Estructura con riesgo de explosión. Estructura que contiene materiales sólidos
explosivos o zonas peligrosas como las definidas en lEC 60079-10 e lEC 61241-10.
NOTA Para el propósito de esta norma solo se consideran las estructuras con zonas peligrosas tipo Cero (0) o con contenido de materiales sólidos explosivos.
3.1.4 Estructuras peligrosas para el medio ambiente. Estructuras que pueden causar
emisiones biológicas, químicas o radiactivas como consecuencia del rayo, tales como plantas químicas, petroquímicas, nucleares, etc.
3.1.5 Ambiente urbano. Área con alta densidad de edificios o con comunidades densamente
pobladas y edificios altos.
NOTA El centro de la ciudad es un ejemplo de ambiente urbano.
3.1.6 Ambiente suburbano. Área con densidad media de edificios.
NOTA La afueras de la ciudad es un ejemplo de ambiente suburbano. 3.1.7 Ambiente rural. Área con baja densidad de edificios.
NOTA El campo es un ejemplo de ambiente rural.
3.1.8 Tensión nominal soportable al impulso tipo rayo (Uw). Es la capacidad del
aislamiento de un dispositivo o equipo ante un impulso de tensión, la cual es definida por el fabricante en unidades de tensión.
NOTA Para efectos de esta norma solamente se considera la tensión soportable línea-tierra.
3.1.9 Sistema eléctrico. Para esta norma es un sistema que incorpora alimentación y
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
3.1.10 Sistema electrónico. Para esta norma es un sistema compuesto de componentes
electrónicos sensibles tales como equipos de comunicación, computadores, sistemas de control e instrumentación, sistemas de radio, instalaciones electrónicas de potencia.
3.1.11 Sistema interno. Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de una estructura.
3.1.12 Acometida de servicio. Derivación de la red local de un servicio domiciliario que ingresa a la estructura a ser protegida (véase la Figura 1).
PAS
Calefacción
Zona 1 Zona 0
Tubería con protección catódica
Tierra de cimientos Gas
Agua
Protección contra rayos-Barra equipotencial
Protección externa
Z
Red
Figura 1. Ejemplo de acometida de servicios
3.1.13 Líneas de telecomunicaciones. Medio de transmisión para comunicación entre
equipos que pueden estar localizados en estructuras separadas tales como líneas telefónicas y de datos.
3.1.14 Acometida eléctrica. Para esta norma se considera como la derivación de una red
local del servicio de energía eléctrica, que entra a la estructura y alimenta a los sistemas eléctricos y electrónicos localizados allí.
3.1.15 Tubería. Dueto metálico que transporta un fluido dentro o fuera de la estructura tales como tuberías de agua, gas, petróleo, combustibles.
3.1.16 Eventos peligrosos. Un impacto de rayo sobre el objeto a proteger o cercano al
mismo.
3.1.17 Impacto directo de rayo. Rayo sobre un objeto a proteger.
3.1.18 Impacto indirecto de rayo. Rayo que impacta lo suficientemente cerca a un objeto a ser protegido, tal que puede causar sobretensiones peligrosas.
3.1.19 Número de impactos directos de rayos a una estructura (ND). Número anual de
rayos esperados sobre la estructura.
3.1.20 Número de impactos directos de rayos a una acometida (NL). Número anual de
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
3.1.21 Número de impactos de rayos cerca a una estructura (NM). Número anual de rayos
esperados cerca a una estructura.
3.1.22 Número de impactos de rayos cerca de una acometida (NI). Número anual de rayos
esperados cerca de una acometida.
3.1.23 Impulso electromagnético del rayo IER (LEMP). Campo electromagnético generado
por la corriente de rayo.
NOTA La interferencia electromagnética incluye sobretensiones conducidas al equipo del sistema eléctrico y electrónico así como efectos directos del campo magnético.
3.1.24 Transitorio. Cambio en las condiciones de energía de un sistema entre dos estados estables, de corta duración comparado con la escala de tiempo de interés, que se manifiesta como sobretensión o sobrecorriente.
3.1.25 Sobretensión. Tensión anormal entre dos puntos del sistema eléctrico, que es mayor que el valor máximo presentado entre los mismos dos puntos bajo condiciones de servicio normal.
3.1.26 Daño físico. Daño a la estructura o al contenido de la misma debido a efectos
mecánicos, térmicos, químicos y explosivos del rayo.
3.1.27 Lesiones a seres vivos. Perdidas de facultades físicas, biológicas, psíquicas, incluida la vida, de personas o animales debido a tensiones de paso o de contacto causados por el rayo.
3.1.28 Falla de sistemas eléctricos y electrónicos. Daño permanente de sistemas eléctricos y Electrónicos debido a impulso electromagnético por rayo IER.
3.1.29 Corriente de Falla la. Valor de pico mínimo de la corriente de rayo que causará daño en una línea.
3.1.30 Probabilidad de daño (Px). Probabilidad de que un rayo pueda causar daño al objeto a ser protegido.
3.1.31 Pérdida (Lx). Monto promedio de pérdidas (seres vivos y bienes) para un tipo de daño específico debido a eventos peligrosos, relativo al valor (seres vivos y bienes) del objeto a protegerse.
3.1.32 Riesgo (R). Medida de las pérdidas anuales probables (seres vivos y en bienes)
debidas a rayos, relativo al valor de (seres vivos yen bienes) de los objetos a proteger.
3.1.33 Componentes de riesgo (Rx). Riesgo parcial dependiendo de la fuente y el tipo de daño.
3.1.34 Riesgo tolerable (Rt). Valor máximo del riesgo el cual puede ser tolerado por el objeto a proteger.
3.1.35 Zona de una estructura (Zs). Parte de una estructura con características homogéneas donde solo una parte de los parámetros son tenidos en cuenta en la evaluación de los componentes de riesgo.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
3.1.37 Zona de Protección de Rayos (LPZ). Zona donde está definido el ambiente
electromagnético del rayo.
3.1.38 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.
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.
3.1.39 Medidas de protección. Medidas a ser adoptadas en el objeto a proteger con el fin de reducir el riesgo debido a rayos.
3.1.40 Sistemas de protección contra rayos (SIPRA). Sistema completo usado para reducir
los daños físicos sobre estructuras debidos a descargas directas o indirectas. Este consiste en sistemas de protección contra rayos interno y/o externo.
3.1.41 Sistema de protección contra IER (SPIER). Conjunto de medidas de protección
contra IER para sistemas internos.
3.1.42 Cable de guarda. Cable metálico usado para reducir daños físicos debido a descargas sobre la acometida.
3.1.43 Apantallamiento magnético (Magnetic Shield). Conjunto de elementos metálicos que encierran el objeto a proteger, o parte de éste, para reducir fallas en sistemas eléctricos y electrónicos.
3.1.44 Dispositivo de protección contra sobretensiones DPS (Surge Protective Device
SPD). Dispositivo destinado a limitar las sobretensiones transitorias, evacuando las corrientes asociadas a dichas sobretensiones. Debe contener uno o más elementos no lineales. Ejemplos de estos dispositivos son los varistores, diodos de supresión, vías de chispas, tubos de gas, tiristores y triacs.
3.1.45 Sistema coordinado de protección contra sobretensiones (Coordinated SPD
Protección). Conjunto de DPS's seleccionados, coordinados e instalados apropiadamente para reducir fallas de sistemas eléctricos y electrónicos.
3.2 SÍMBOLOS Y ABREVIACIONES
Símbolo Definición numeral
Ad Área efectiva para descargas directas en estructura aislada 6.5.5
Ai Área efectiva para descargas próximas a la acometida de servicio 6.5.1
Al Área efectiva para descargas en la acometida de servicio 6.5.3; Figura 9
Am Área de influencia para descargas cercanas a la estructura
c Valor medio de posibles pérdidas en la estructura 6.7.4;6.7.5
Cd Factor de localización 6.5.1
Ce Factor ambiental 6.5.5, Tabla 13
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Símbolo Definición numeral
CRL Costo total de las pérdidas no cubiertas en presencia de las medidas de
protección
5.6
CPM Costo anual de las medidas de protección seleccionadas 6.7.4;6.7.5
ct Valor total de la estructura
Ct Factor de corrección por transformador en acometida de servicio 6.5.2; Tabla 8
Di Distancia lateral relevante para descargas cercanas al servicio Figura 9
D1 Lesiones a seres vivos 4.1.2
D2 Daños físicos 4.1.2
D3 Fallas de sistemas eléctricos y electrónicos 4.1.2
DDT Densidad de descargas a tierra 6.5
hz Factor de incremento de pérdida debida a daños físicos por presencia de
condiciones especiales peligrosas
6.7.2.2; Tabla 30
Ha Altura de la estructura de donde proviene la acometida de servicio 6.5.4
Hb Altura del punto de la estructura por donde ingresa la acometida de
servicio
Hc Altura de los conductores del servicio sobre el suelo 6.5.4
Ia Corriente de falla 6.6.9;Tabla 25
Kd Factor que depende de las características de la línea 6.6.9; Tabla 21
KMS Factor de desempeño de las medidas de protección 6.6.4
Kp Factor de medida de protección adoptada (en un servicio) 6.6.9; Tabla 22
KS1 Factor de eficacia del apantantallamiento de la estructura. 6.6.4
KS2 Factor de eficacia del apantallamiento interno de la estructura 6.6.4
KS3 Factor de características del cableado interno 6.6.4; Tabla 17
KS4 Factor de soportabilidad al impulso tipo rayo del sistema a proteger 6.6.4
L Largo de la estructura 6.5
La Longitud de la estructura adyacente de donde proviene el servicio Figura 9
LA Pérdida relacionada a lesiones a seres vivos por tensiones de paso y
contacto fuera de la estructura
6.7.2.1; 6.7.5.1
LB Pérdidas en la estructura por fuego o explosión por arco (sparking)
(impacto en la estructura)
6.7.2.2
L'B Pérdida por daños físicos por circulación de corrientes parciales de rayo en
la acometida de servicio. (impacto en la estructura)
6.7.3.7
Lc Longitud de la sección de la acometida de servicio 6.5.4; Tabla12
LC Pérdida por falla de sistemas internos 6.7.2.5;.6.7.3.3;
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Símbolo Definición numeral
Lf Pérdidas por daños físicos 6.7.1
LM Pérdida relacionada a falla de sistemas internos 6.7.2.6; 6.7.3.4;
6.7.5.6 Lo Pérdidas por fallas en sistemas internos 6.7.1
Lt Pérdidas por lesiones a seres vivos por tensiones de paso y contacto 6.7.1
LU Pérdida de Vidas por tensiones de contacto dentro de la estructura
(impactos al servicio)
6.7.2.3; 6.7.5.2
LV Pérdida en la estructura relacionada a daños físicos por de descargas en
acometida de servicio
6.7.2.4; 6.7.3.2; 6.7.4.3
L'V Pérdida del Servicio por daños físicos, por de descargas en acometida de
servicio
6.7.3.9; 6.7.5.10
LW Pérdida relacionada a falla de sistemas internos, por descargas en el
servicio
6.7.2.7; 6.7.3.5; 6.7.5.7
L'W Pérdida relacionadas a falla de equipo del servicio por impactos en el
servicio
6.7.3.10; 6.7.5.12
LZ Pérdida relacionada con falla en sistemas internos 6.7.2.8; 6.7.3.6;
6.7.5.8 L'Z Pérdida relacionada a falla de equipos del servicio por descargas cercanas
a la acometida de servicio
6.7.3.11; 6.7.5.13
L1 Pérdida de Vida Humana 4.1.3
L2 Pérdida de servicios público 4.1.3
L3 Pérdida de Patrimonio Cultural 4.1.3
L4 Pérdida económica (estructura y contenido, lucro cesante) 4.1.3 n Número de acometidas de servicio a la estructura 6.6.9
Nc Días tormentosos al año 6.5
NX Número de eventos peligrosos 6.1; 6.5
ND Número de eventos peligrosos debido a impactos directos a la estructura 6.5.1
NDa Número de eventos peligrosos debido a impactos sobre estructura
adyacente “a” de donde proviene la acometida
6.5.2
NI Número de eventos peligrosos por descargas cercanas al servicio 6.5.5
NL Número de eventos peligrosos debido a descargas sobre el servicio 6.5.4
NM Número de eventos peligrosos debido a descargas cercanas a la
estructura
6.5.3
np Número de posibles personas afectadas 6.7.2
nt Número total de personas (o usuarios) esperadas en la estructura 6.7.2
Px Probabilidad de daño 3.1.30
PA Probabilidad de lesiones a seres vivos a causa de tensiones de paso y
contacto por descargas directas a la estructura
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Símbolo Definición numeral
PB Probabilidad de daño a la estructura por descargas directas a la estructura 6.6.2
P’B Probabilidad de daños físicos al servicio, por impactos en la estructura 6.6.9
PC Probabilidad de daño de sistemas internos por impacto directo a la
estructura
6.6.3
P’c Probabilidad de daños físicos a equipos del servicio por impactos a la
estructura
6.6.9
PLD Probabilidad de falla de sistemas internos (impactos al servicio) 6.6.5; Tabla 19
PLI Probabilidad de falla de sistemas internos (Impactos cercanos al servicio) 6.6.8; Tabla 20
PDPS Probabilidad de falla en sistemas internos cuando el servicio cuenta con
DPSs
6.6.3; Tabla 16
PM Probabilidad de daño de sistemas internos por impactos cercanos a la
estructura
6.6.4
PMS Probabilidad de falla de sistemas internos que cuentan con medidas de
protección
6.6.4; Tabla 18
PU Probabilidad de lesiones a seres vivos a causa de tensiones de toque por
descargas sobre las acometidas de servicio
6.6.5
PV Probabilidad de daños físicos causa de descargas directas en las
acometidas de servicios
6.6.6
P’V Probabilidad de daños físicos al servicio, por impactos al servicio 6.6.10
PW Probabilidad de daño de sistemas internos a causa de descargas directas
en las acometidas de servicios
6.6. 7
P’W Probabilidad de daños físicos a equipos del servicio, por impactos al
servicio
6.6.10; Tabla 25
PZ Probabilidad de daño de sistemas internos a causa de descargas cercanas
a las acometidas de servicios
6.6.8
P’Z Probabilidad de falla en los equipos del servicio, por impactos cerca de la
acometida
6.6.11
rf Factor reductor de pérdida debido a daños físicos el cual depende del
riesgo de fuego de la estructura
6.7.2.2; Tabla 29
ra Factor redactor de pérdida de vidas por características del suelo o terreno 6.7.2.1; Tabla 27
ru Factor redactor de pérdida de vidas por características constructivas del
piso
6.7.2.3; Tabla 27
RA Componente de riesgo (lesiones a seres vivos por tensiones de paso y
contacto-Impacto en la estructura
4.2.1
RB Componente de riesgo (daños físicos por chispas dentro de las estructura
-Impacto en la estructura)
4.2.1
R'B Componente de riesgo (daños físicos por chispas dentro de las estructura
-Impacto en la estructura)
4.2.1
RC Componente de riesgo (falla de sistemas internos causado por IER
-Impacto en la estructura)
4.2.1
R'C Componente de riesgo (falla de sistemas internos causado por IER
-Impacto en la estructura)
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Símbolo Definición numeral
RM Componente de riesgo (falla de sistemas internos causado por IER
-Impacto próximo a la estructura)
4.2.1
RU Componente de riesgo (lesiones a seres vivos por tensiones de paso y
contacto -Impacto en el servicio)
4.2.1
RV Componente de riesgo (daños físicos -Impacto en el servicio) 4.2.1
RW Componente de riesgo (falla de sistemas internos causado por IER
-Impacto en el servicio)
4.2.1
R'W Componente de riesgo (falla de equipos del servicio causado por IER
-Impacto en el servicio)
4.2.1
Rz Componente de riesgo (falla de sistemas internos causado por IER -Impactos próximos al servicio)
4.2.1
R'Z Componente de riesgo (falla de equipos del servicio causado por IER
-Impactos próximos al servicio)
4.2.1
rp Factor reductor de pérdida debido a daños físicos el cual depende de
medidas de protección tomadas para reducir las consecuencias de incendio.
6.7.2.2; Tabla 28
RF Riesgo debido a daños físicos en la estructura o servicio 4.1.3
RO Riesgo debido a fallas en sistemas internos 4.1.3
Rs Resistencia ohmica del apantallamiento del cable 6.6.9
RS Riesgo debido a lesiones a seres vivos 4.1.3
RT Riesgo tolerable 5.4
RX Componente de riesgo 3.1.33
R1 Riesgo de Pérdida de Vida Humana en la estructura 4.2.1; 6.4.1
R2 Riesgo de Pérdida del Servicio a público en la estructura 4.2.1; 6.4.1
R3 Riesgo de Pérdida de Patrimonio Cultural en la estructura 4.2.1; 6.4.1
R4 Riesgo de Pérdida de Valor económico en la estructura 4.2.1; 6.4.2
R'1 Riesgo de Pérdida de Vida Humana en los servicios 4.2.1
R'2 Riesgo de Pérdida del Servicio Público en los servicios 4.2.1
R'4 Riesgo de Pérdidas de Valor Económico en los servicios 4.2.1
S Estructura 6.5.1; Figura 8
SS Sección del servicio 6.3
S1 Descargas sobre la Estructura 4.1.1
S2 Descargas cercanas a la estructura 4.1.1
S3 Descargas sobre las acometidas de servicios 4.1.1 S4 Descargas cercanas a las acometidas de servicios 4.1.1 tp Tiempo en horas al año que las personas están presentes en el lugar
peligroso
6.7.2
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Símbolo Definición numeral
w Ancho cuadricula del escudo espacial 6.6.4
W Ancho de la estructura 6.5
4. EXPLICACIÓN DE TÉRMINOS
4.1 DAÑOS Y PÉRDIDAS
4.1.1 Fuentes de daños
La corriente de rayo es la fuente primaria de daño. Las siguientes fuentes son definidas con relación a la posición del punto de impacto de la descarga eléctrica atmosférica (véase la Tabla 3 de la NTC 4552-1).
S1 - Descargas sobre la estructura
S2 - Descargas cercanas a la estructura
S3 - Descargas sobre las acometidas de servicios.
S4 - Descargas cercanas a las acometidas de servicios.
4.1.2 Tipos de daños
Una descarga eléctrica atmosférica puede causar daños dependiendo de las características del objeto a proteger; entre las más importantes se tiene: el tipo de construcción, contenido y aplicación, tipo de servicio y medidas de protección instaladas.
Para una aplicación práctica de la evaluación de riesgo se distinguen tres tipos básicos de daños los cuales pueden aparecer como consecuencia de una descarga eléctrica atmosférica, ellos son: (véase la Tabla 4 de la NTC 4552-1).
D1 - Lesiones a seres vivos
D2 - Daños físicos
D3 - Fallas de sistemas eléctricos y electrónicos.
El daño a la estructura debido a descargas, se puede limitar a una parte de la misma o podría extenderse a la estructura entera. El efecto del daño puede involucrar estructuras aledañas o cercanas (EJEMPLO Emisiones químicas o radioactivas).
El rayo puede causar daños físicos a las acometidas al igual que a todo sistema interno que se encuentre conectado a ellas.
4.1.3 Tipo de pérdidas
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Los siguientes tipos de pérdidas en general, podrían presentarse (véase la Tabla 1):
- L1: Pérdida de vida humana
- L2: Pérdida de servicios público
- L3: Pérdida de patrimonio cultural
- L4: Pérdida económica (estructura y contenido, lucro cesante)
Los siguientes tipos de perdidas podrías asociarse con acometidasd:
L'2: Pérdida de servicio público
L'4: Pérdida económica (acometida y lucro cesante)
Tabla 1. Riesgo por cada tipo de daño y pérdida
Pérdidas
Daños
L1 1) Pérdida de vidas humanas
L2, L`2 2)
Pérdida de servicio público
L3 1)
Pérdida de patrimonio cultural
L4, L`4 2) Pérdida Económica
D1 - Lesiones a seres vivos Rs - - Rs 3)
D2 - Daños físicos Rf Rf Rf Rf
D3 - Fallas de sistemas
eléctricos y electrónicos Ro
4)
Ro - Ro
1)
Pérdidas asociadas a la estructura.
2)
Pérdidas asociadas a la estructura y a las acometidas de servicio respectivamente.
3)
Solo para propiedades agrícolas con posible pérdida de animales.
4)
Solo para hospitales u otro tipo de estructuras, donde las fallas en los sistemas internos inmediatamente atente contra la vida humana.
4.2 RIESGO Y COMPONENTES DE RIESGO
El riesgo R es el valor promedio de pérdidas anuales y debe ser evaluado para los tipos de pérdida asociados a la estructura y las acometidas de servicios.
Los riesgos a evaluar en una estructura son:
R1 - Riesgo de pérdida de vida humana.
R2 - Riesgo de pérdida del servicio a público.
R3 - Riesgo de pérdida de patrimonio cultural
R4 - Riesgo de pérdida de valor económico.
Los riesgos a evaluar en las acometidas de servicio son:
R'1 - Riesgo de pérdida de vida humana.
R'2 - Riesgo de pérdida del servicio público.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Cada uno de estos riesgos está constituido por la suma de varias componentes tal como se presenta en las Tablas 2 y 3. Adicionalmente los componentes de riesgo pueden ser agrupados de acuerdo al tipo de riesgo y tipo de daño (véanse las Tablas 4 y 5).
Tabla 2. Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en una estructura
Fuente de daño Descargas sobre la estructura S1 Descargas cercanas a la estructura S2
Descargas sobre las acometidas de servicios S3 Descargas cercanas a las acometidas de servicios S4
Componente de riesgo RA 3
RB RC 4 RM 4 RU 5 RV 5 RW 4,5 RZ 4,5
Riesgo para cada tipo de pérdida
R1 X X X1 X1 X X X1 X1
R2 X X X X X X
R3 X X
R4 X2 X X X X2 X X X
1
Únicamente para estructuras con riesgo de explosión, y para hospitales u otras estructuras en donde la falla de sistemas internos ponga en peligro la vida humana
2
Únicamente para propiedades en donde pueda haber pérdida de animales
3
Únicamente se calcula para exteriores
4
Únicamente se calcula si existe equipo sensible
5
Se debe calcular para cada tipo de acometida de servicios (alimentación eléctrica y telecomunicaciones)
RA: Componente relacionada con las lesiones a seres vivos causados por tensiones de paso y contacto en
las zonas con un radio de cobertura de 3 m fuera de la estructura.
NOTA 1 La componente de riesgo causado por tensiones de paso dentro de la estructura debido a descargas sobre la misma, no se considera en esta norma.
NOTA 2 En estructuras especiales, las personas pueden estar en peligro por descargas directas sobre las estructuras (por ejemplo en el último nivel de estacionamiento de garaje o estadios). Estos casos también pueden ser considerados usando los principios de esta norma.
RB: Componente relacionada con los daños físicos causados por chispas peligrosas dentro de las
estructura causando fuego o explosión.
RC: Componente relacionada con la falla de sistemas internos causado por IER (Impulsos
Electromagnéticos del Rayo).
RM: Componente relacionada con la falla de sistemas internos causados por IER.
RU: Componente relacionada con la lesiones en seres vivos causado por tensiones de contacto dentro de
la estructura, debido a corrientes de rayo que fluyen por una línea entrante a la estructura.
RV: Componente relacionada con los daños físicos (fuego o explosión por chispas entre las instalaciones
externas y partes metálicas generalmente al punto de entrada de la línea a la estructura) debido a corrientes de rayo transmitida a través de la acometida de servicios.
RW: Componente relacionada a fallas de sistemas internos causados por sobretensiones inducidas sobre
las acometidas y transmitida a la estructura.
RZ: Componente relacionada a fallas de sistemas internos causados por sobretensiones inducidas sobre
las líneas de acometida y transmitida a la estructura.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Tabla 3. Componentes de riesgo para cada tipo de pérdida en acometida de servicios
Fuente de Daño Descargas sobre la Estructura S1
Descargas sobre las acometidas de
servicios S3
Descargas cercanas a las acometidas de
servicios S4
Componente de riesgo R’B R’C R’V R’W R’Z
Riesgo para cada tipo de pérdida
R’1 (*) X X
R’2 X X X X X
R’4 X X X X X
(*) Solo Para ductos metálicos sin continuidad eléctrica, que transporte fluido explosivo.
R'B: Componente relacionado a daños físicos debido a efectos mecánicos y térmicos de la
corriente de rayo a fluyendo a través de la acometida de servicio. (Impacto en la estructura). R'C: Componente relacionada a fallas de equipos conectados debido a sobretensiones por acople
resistivo.
R'V: Componente relacionada con daños físicos debido a efectos mecánicos y térmicos por la
circulación de corriente de rayo.
R'W: Componente relacionada a las fallas de equipo conectado, debido a sobretensiones por
acople resistivo. Pérdidas del Tipo L2 y L4 pueden ocurrir.
R'Z: Componente relacionada a la falla de líneas y equipos conectados causado por
sobretensiones inducidas sobre la línea.
Tabla 4. Componentes de riesgo para cada tipo de daño en la estructura
Tipo de Daño Lesiones a seres vivos Daños físicos Fallas de sistemas eléctricos y electrónicos
Componente de Riesgo Rs RF RO
R1 RA +RU RB+ RV RC + RM + RW + RZ (1)
R2 - RB+ RV RC + RM + RW + RZ
R3 - RB+ RV -
Tipo de Riesgo
R4 RA +RU (2) RB+ RV RC + RM + RW + RZ (1)
Únicamente para estructuras con riesgo de explosión, o para hospitales u otras estructuras en donde la falla de sistemas internos ponga en peligro la vida humana.
(2)
Únicamente para propiedades en donde pueda haber pérdida de animales.
Tabla 5. Componentes de riesgo para cada tipo de daño en las acometidas de servicio
Tipo de daño Lesiones a seres vivos Daños físicos eléctricos y electrónicos Fallas de sistemas
Componente de riesgo Rs RF RO
R'1 (*) - R'V + R'B -
R'2 - R'V + R'B R'C+ R'W+ R'Z
Tipo de riesgo
R'4 - R'V + R'B R'C+ R'W+ R'Z
(* )
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
4.3 FACTORES QUE INFLUENCIAS LAS COMPONENTES DE RIESGO
Las características de la estructura y de sus acometidas de servicios al igual que las medidas de protección existentes, pueden influenciar los componentes de riesgo como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6. Factores que Influencian las Componentes de Riesgo
RA RB RC RM RU RV RW RZ R'B R'C R'V R'W R'Z
Área efectiva X X X X X X X X X X X X X
Resistividad del terreno X
Resistividad del piso X
Restricciones físicas, aislamiento, Señalización de advertencia,
Equipotencialización del suelo
X
SIPRA X (1) X X (2) X (2) X (3) X (3) Protección coordinada de
DPSs X X X X X X X X X
Apantallamiento espacial X X
Apantallamiento de líneas
externas X X X X
Apantallamiento de líneas
internas X X
Rutas de evacuación X X
Redes
equipotencializadas X
Precaución contra fuego X X
Sensores de fuego X X
Peligros especiales X X
Soportabilidad al impulso X X X X X X X X X X X
Cable apantallado X X X X X
Cable de guarda X X X X X
Apantallamiento adicional
de cables X X X X X
NOTA 1 Solo donde las estructuras tenga columnas reforzadas, o las vigas son usadas como sistemas de conducción natural.
NOTA 2 Solo para SIPRA externos (Grillas o mallas externas SIPRA). NOTA 3 Debido a uniones equipotenciales.
5. MANEJO DEL RIESGO
5.1 PROCEDIMIENTO BÁSICO
La decisión para proteger una estructura o una acometida de servicio contra rayos, así como las medidas de protección seleccionadas, deberán ser realizadas de acuerdo con la NTC 4552. El siguiente procedimiento será aplicado
- Identificar el objeto a proteger y sus características.
- Identificar todos los tipos de pérdidas en los objetos y riesgos pertinentes
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
- Evaluar el riesgo R para cada uno de los tipos de pérdida.
- Evaluar la necesidad de protección, por comparación de riesgo R1, R2 y R3 para una estructura (R'2 para el servicio) con un riesgo tolerable RT.
- Evaluar la conveniencia económica de protección, por comparación de los costos de las pérdidas totales con y sin medidas de protección. En este caso, la evaluación de la componente de riesgo R4 para una estructura (R'4 para un servició) es realizada con el fin de evaluar tales costos.
5.2 ESTRUCTURA A SER CONSIDERADA PARA LA EVALUACIÓN DE RIESGO
La estructura a proteger debe incluir:
- La estructura misma
- Las instalaciones dentro de la estructura
- El contenido de la estructura
- Las personas dentro de la estructura o que permanezcan en zonas aledañas hasta 3 m
fuera de la estructura.
- Ambientes afectados por un daño en la estructura.
La protección no incluye los servicios conectados afuera de la estructura.
NOTA La estructura a ser considerada puede ser subdividida en diferentes zonas (véase el numeral 6).
5.3 ACOMETIDA DE SERVICIO A CONSIDERARSE PARA LA EVALUACIÓN DE RIESGO
La acometida de servicio a proteger es el medio físico comprendido entre:
- El gabinete de telecomunicaciones y la edificación de los usuarios, para las líneas de telecomunicaciones (LTC)
- La subestación de alta tensión y la edificación de los usuarios, para líneas de potencia.
- La estación de distribución principal y la edificación de los usuarios, para ductos
metálicos.
Los servicios a proteger incluyen las líneas equipadas y la terminación de éstas, tales como:
- Multiplexores, amplificadores de potencia, unidades ópticas, medidores, equipos de
terminación de líneas, etc.
- Corta circuitos. Sistemas de sobre corriente, medidores, etc.
- Dos centrales de conmutación, para LTC
- Dos edificaciones de usuarios, para LTC, línea de señales.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
La protección no incluye la protección de los equipos de los usuarios o cualquier estructura terminada en la finalización de las acometidas de servicio.
5.4 RIESGO TOLERABLE RT
Es responsabilidad de la autoridad competente identificar el valor del riesgo tolerable.
Valores representativos de riesgo tolerable RT donde descargas eléctricas atmosféricas
involucran pérdida de vida humana y pérdidas de valores sociales y culturales, se muestran en la Tabla 7:
Tabla 7. Valores Típicos de riesgo tolerable
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
5.5 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA NECESIDAD DE PROTECCIÓN
De acuerdo con la NTC 4552-1, los siguientes riesgos serán considerados en la necesidad de protección contra rayos para un objeto.
- Riesgos R1, R2 y R3 para una estructura.
- Riesgo R'1 y R'2 para un servicio.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Identificar objeto a ser protegido, definir zonas
Para cada tipo de pérdida
Calcular Σ x
T
Identificar tipo pérdidas relacionada con la estructura y sus acometidas de servicio
Estructura o servicio protegido para este
tipo de pérdida
Instalar medidas de protección adecuadas para reducir
* Identificar el tiempo tolerable T
* Identificar y calcular todos los componentes de riesgo x
SI
NO
Figura 2. Procedimiento para la decisión de necesidad de protección
5.6 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA CONVENIENCIA ECONÓMICA DE LA PROTECCIÓN
Además de la necesidad de protección contra rayos para una estructura o para una acometida de servicio, es útil cuantificar los beneficios económicos de la implementación de medidas de protección en la reducción de las pérdidas económicas (L4).
La evaluación de las componentes de riesgo de R4 para una estructura (R'4 para una acometida de servicio) permitirá al usuario evaluar el costo económico de las pérdidas con o sin medidas de protección aplicadas.
Para evaluar la conveniencia económica de la protección se requiere del siguiente procedimiento:
- Identificar las componentes RX las cuales componen el riesgo R4 para una estructura (R'4 para una acometida de servicio).
- Calcular las componentes de riesgo RX identificadas, en ausencia de medidas de
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
- Calcular los costos de las pérdidas debido a cada componente de riesgo RX.
- Calcular el costo CL del total de pérdidas en ausencia de medidas de protección.
- Adoptar las medidas de protección seleccionadas.
- Calcular las componentes de riesgo Rx en presencia de las medidas de protección
seleccionadas.
- Calcular el costo de pérdidas no cubiertas y debidas a cada componente de riesgo Rx en la estructura o acometida de servicio protegida.
- Calcular el costo total CRL de las pérdidas no cubiertas en presencia de las medidas de protección.
- Calcular el costo anual CPM de las medidas de protección seleccionadas.
- Comparar costos.
Si CL < CRL + CPM; No es conveniente adoptar las medidas de protección.
Si CL ≥ CRL + CPM Se deben proveer medidas de protección para ahorrar dinero en daños durante la vida de la estructura.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Calcular componentes de riesgo x relacionadas con 4
CPM + CRL > CL No es conveniente
adoptar la medida SI
* Estructura y su actividad
* Instalación interna Identificar el valor de:
Calcular costo anual de la pérdidas totales CL yel costo CRL de las pérdidas
residuales en preferencia de medidas
Calcular el costo anual CPM
de las medidad de protección
Es conveniente adoptar la medida de protección
NO
Figura 3. Procedimiento para la decisión de la conveniencia económica de una medida de protección
5.7 MEDIDAS DE PROTECCIÓN
Las medidas de protección están encaminadas a reducir el riesgo de acuerdo al tipo de daño.
Las medidas de protección serán consideradas efectivas solamente si cumplen con los requerimientos de las siguientes normas:
NTC 4552-3, Para protección y reducción de lesiones en seres vivos y daños físicos en la estructura.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
5.8 SELECCIÓN DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN
La selección de las medidas de protección más adecuadas, será realizada por el ingeniero de diseño de acuerdo con cada componente de riesgo en el riesgo total R, y con los aspectos técnicos y económicos de las diferentes medidas de protección.
Se debe identificar los parámetros críticos que determinan las medidas más eficientes para reducir el riesgo R. Para cada tipo de pérdidas existe un número de medidas de protección las cuales, individual o colectivamente, hacen que se cumpla la condición R ≤ RT. La solución adoptada será seleccionada teniendo en cuenta tanto los aspectos técnicos como económicos. Un procedimiento simplificado para la selección de medidas de protección es mostrado en las Figuras 4 y 5 para estructuras y acometida de servicios respectivamente. En cualquier caso, el instalador o diseñador deberá identificar y reducir las componentes de riesgo más críticas, teniendo en cuenta el aspecto económico.
> T
Existe SPR?
B > T
Existen MPR? Identificar la estructura a ser
protegida
Identificar los tipos de pérdidas de la estructura
Para cada tipo de pérdida identificar y calcular lalos componentes A, B, C, M, U, V, W, Z
Estructura protegida
Calcule nuevos valores de los componentes
Instale un adecuado
SPR
Instale adecuadas
MPR
Instale otra medida de protección
SI SI
NO NO
SI
NO
SI
NO
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
> T
Existen DPS instalados?
Z > T
Línea apantallada Identificar el servicio a ser
protegido
Identificar el tipo de pérdidas relacionada al servicio
Para cada tipo de pérdida calcular los componentes de riesgo B, C, V, W, Z
Servicio protegido
Calcule nuevos valores de los componentes
Instale un adecuado
DPS
Instale un adecuado apantallamiento
Instale otra medida de protección
SI SI
NO NO
SI
NO
SI
NO
Figura 5. Procedimiento para la selección de las medidas de protección en los servicios
6. EVALUACIÓN DE LAS COMPONENTES DE RIESGO
6.1 ECUACIÓN BÁSICA
Cada componente de riesgo Rx, pueden calcularse a través de la siguiente ecuación general:
RX = NX PX LX (1) en donde
NX = Número de eventos peligrosos (véase el numeral 6.5)
PX = Probabilidad de daño (véase el numeral 6.6)
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Hb b
3Hb
3Ha
a Ha
Sección 2 (área) Sección 1
(enterrada)
Estructura b (estructura a ser protegida)
[image:30.595.93.551.82.233.2]Estructura a (estructura adyacente)
Figura 6. Estructuras a los extremos de una línea: En el extremo 'b' la estructura a ser protegida (estructura b) y en el extremo 'a' una estructura adyacente (estructura a)
NOTA El número NX de eventos peligrosos se ve afectado por: la densidad de descargas a tierra (DDT) y por las
características del objeto a proteger; de los objetos que lo rodean; de las características del suelo, entre otros.
NOTA La probabilidad de daño PX se ve afectada por: las características del objeto a proteger, y las medidas de
protección aplicadas.
NOTA Las pérdidas LX se ven afectada por: usos al cual se somete el objeto, afluencia de personas, tipo de
servicios público, valor de los bienes afectados por daño o medidas aplicadas para limitar el monto de las pérdidas.
En la Tabla 8 y 9 se resume los cálculos de los componentes de riesgo para estructura y acometidas de servicio respectivamente.
Tabla 8. Componentes de riesgo en estructuras
Daño
Descargas sobre la Estructura
S1
Descargas cercanas a la
estructura S2
Descargas sobre las acometidas de servicios
S3 (1)
Descargas cercanas a las acometidas de
servicios S4 (1) D1 RA = ND * PA * LA RU = (NL + NDa)* PU * LU
D2 RB = ND * PB * LB RV = (NL + NDa) * PV * LV
D3 RC = ND * PC * LC RM = NM * PM * LM Rw = (NL + NDa)* PW * LW Rz = (NI - NL)* Pz * Lz 1)
Si la línea tiene más de una sección (aérea, subterránea, apantallada, sin apantallamiento), el valor de RU, RV, RW y Rz serán la suma de los valores RU, RV, RW y Rz pertinentes a cada sección de la línea. En
caso de que a la estructura lleguen más líneas conectadas a través de diferentes rutas, el cálculo se debe hacer para cada línea.
NOTA 1 Las componentes LX varían de acuerdo al tipo de riesgo a evaluar (R1, R2, R3, R4)
NOTA 2 Para el cálculo de RZ si (NI - NL) ≤ 0 entonces RZ = 0
Tabla 9. Componentes de riesgo en acometidas de servicio
Daño Descargas sobre la estructura S1
Descargas sobre las acometidas de
servicios S3
Descargas cercanas a las acometidas de servicios
S4
D2 R’B = ND * P’B * L’B R’V = NL * P’V * L’V
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
6.2 DIVISIÓN DE ESTRUCTURA EN ZONAS ZS
Para evaluar cada componente de riesgo, la estructura podrá ser dividida en partes que tengan características homogéneas (Zonas) ZS. Sin embargo, una estructura puede ser asumida como una única zona.
Las Zonas ZS son definidas principalmente por:
- Tipo de suelo o piso (componentes de riesgo RA y RU)
- Compartimentos a prueba de fuego (componentes de riesgo RB y RV),
- Zonas blindadas (componentes de riesgo RC, RM, RW y RZ)
Futuras zonas pueden ser definidas de acuerdo a:
- Diseño de sistemas internos.
- Medidas de protección existentes o por proveer.
- Valores de pérdidas L
La separación de la estructura en zonas ZS, permite la implementación de medidas de protección más convenientes.
6.3 DIVISIÓN DE UNA ACOMETIDA DE SERVICIO EN SECCIONES SS
Para evaluar cada componente de riesgo, las acometidas de servicios pueden ser divididas en secciones SS. Sin embargo una acometida de servicio puede ser asumida como, una sola sección.
Para todos los componentes de riesgo (R'B, R'C, R'V, R'W, R'Z), las secciones SS se definen por:
- Tipo de servicio (aérea o subterránea)
- Factores que afectan el área efectiva (Cd, Ce, CT);
- Características del servicio (Tipo de aislamiento en el cable, resistencia de la pantalla)
Las secciones adicionales pueden ser definidas de acuerdo a:
- Tipo de aparato conectados
- Medidas de protección existentes o por proveer
Para dividir un servicio en secciones se debe tomar en cuenta la viabilidad de implementación de medidas de protección adecuadas.
Si más de un valor de los parámetros existe en una sección, el valor tomado será el valor de riesgo más alto a asumirse.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
6.4 EVALUACIÓN DE LAS COMPONENTES DE RIESGO EN ESTRUCTURAS CON ZONAS ZS
Las reglas para evaluar las componentes de riesgo dependen del tipo de riesgo.
6.4.1 Riesgo R1, R2 y R3
6.4.1.1 Estructura con una única zona
En este caso solamente una zona ZS es definida por la estructura entera. De acuerdo con el numeral 6.2, el riesgo R de es la suma componentes de riesgo RX en la estructura. Para la evaluación de componentes de riesgo y la selección de los parámetros relevantes involucrados, las siguientes reglas se deben aplicar:
- los parámetros relevantes al numero de eventos peligrosos serán valorados de acuerdo
con el numeral 6.5;
- los parámetros relevantes a la probabilidad de daño serán valorados de acuerdo con el
numeral 6.6,
Además:
- Solamente se seleccionara una única componente de riesgo por fuente (véase la Tabla 2). Para la selección se tomará la componente más crítica.
- Para componentes RC y RM, si más de un sistema interno es involucrado en la zona; el
valor de PC y PM se calculara como:
PC = 1 - (1 - PC1) × (1- PC2) × (1 - PC3) ×….× (1- PCi) (2)
PM = 1- (1- PM1) × (1 - PM2) × (1 - PM3) ×…..× (1- PMi) (3) en donde
PCi, PMi son parámetros relacionados con el sistema interno i
- Parámetros relevantes a la cantidad de pérdidas L se evaluarán como se indica en el
numeral 6.7
- Valor típico de L según el uso de la estructura se puede asumir. Véase la Tabla 26.
Con la excepción hecha para PC y PM, si más de un valor de cualquier otro parámetro existe en una zona, el valor del parámetro con riesgo mas alto deberá ser asumido.
Definir la estructura con una sola zona podría resultar en medidas de protección costosas porque cada medida debe extenderse a toda la estructura.
6.4.1.2 Estructura con múltiples zonas
En este caso, la estructura es dividida en múltiples zonas ZS. El riesgo para la estructura es la suma de todos los riesgos relevante a cada zona de la estructura; en cada zona, el riesgo es la suma de todos componentes de riesgo relevantes a la zona.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Dividir una estructura en zonas permite que el diseñador tenga en cuenta las características particulares de cada parte de la estructura en la evaluación de componentes de riesgo, al igual que seleccionar las medidas de protección más apropiada para cada zona, reduciendo el costo en conjunto de la protección contra rayos.
6.4.2 Riesgo R4
Ya sea que no se requiera reducir los riesgos R1, R2, y R3, es útil valorar la conveniencia económica en asumir medidas de protección adicionales para reducir el riesgo de la pérdida económica R4
Los ítems a llevar a cabo para la evaluación de riesgo R4 estarán definidos en:
- La totalidad de la estructura;
- Una parte de la estructura;
- La instalación interna;
- Una parte de la instalación interna;
- Una componente de un equipo
- El contenido de la estructura.
El costo en conjunto de la pérdida para la estructura es la suma del costo de la pérdida de todas las zonas.
6.5 EVALUACIÓN DEL NÚMERO ANUAL N DE EVENTOS PELIGROSOS
El número anual N de descargas que afectan un objeto a ser protegido depende de la actividad atmosférica de la región donde esta localizado el objeto y de sus características físicas. Este número es aceptado generalmente como el producto de la densidad de rayos a tierra (DDT) por el área efectiva del elemento a proteger.
La densidad de rayos a tierra DDT, se debe obtener de una red de localización de descargas o en su defecto mediante la estimación de la siguiente ecuación1:
DDT = 0,0017 * Nc1.56 (4)
en donde
Nc = Número de días tormentosos al año
1
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
6.5.1 Evaluación del Promedio Anual de descargas sobre la estructura (ND)
ND = puede ser evaluado con la siguiente expresión:
ND =DDT * Ad * Cd * 10-6
(5)
en donde
DDT = Densidad de rayos a tierra (rayos/km2-año)
Ad = Área efectiva de la estructura aislada (m2).
Cd = Factor que toma en cuenta la influencia de la localización relativa del objeto a ser protegido (véase la Tabla 10).
Tabla 10. Factor de localización Cd
Localización relativa Cd,
Objeto rodeado de objetos o árboles más altos 0,25 Objeto rodeado de objetos o árboles de igual altura o menor 0,5 Objeto aislado: sin objetos en la vecindad 1 Objeto aislado: en la cima de una colina o elevación 2
El área efectiva Ad esta definida por la intersección entre la superficie del terreno y una línea recta con pendiente 1/3 de inclinación, la cual pasa arriba de las partes de la estructura (tocándola allí) y rotando alrededor de esta (véase la Figura 7).
8
8 = 70
= 30
= 25
= = 40
[image:34.595.179.469.463.708.2]Continúa...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
3
3 = 3
Figura 7. (Final)
Para una estructura aislada rectangular con longitud L, ancho W y altura H sobre un terreno plano, el área efectiva es igual a:
Ad = LW + 6H (L + W) + 9 π (H)2 (6)
En donde la estructura S a ser considerada esta compuesta de solo una parte de la estructura B, las dimensiones de la estructura S en la evaluación de Ad pueden ser usadas siempre y cuando las siguientes condiciones se cumplan (véase la Figura 8):
- La estructura S es una parte vertical separada del edificio B;
- El edificio B es una estructura sin riesgo de explosión.
- La propagación de fuego entre la estructura S y otra de las partes del edificio B es evitado por muros con resistencia al fuego de 120 min. (REI 120) o por otra medida de protección equivalente.
- La propagación de sobretensiones a través de líneas comunes, disipadas por DPS’s
instalados en los puntos de entrada o por una protección equivalente.
[image:35.595.149.494.77.413.2]NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
1 2
3 4
5 6
7 8
B
B
B
A B
B
B
c.c.
c.c.
A A c.c.
B B
1, 2, 3, 5, 6, 7
4,8
S
S
A
c.c.
Parte de la edificación que no requiere B Construcción o parte de esta la cual es
evaluación del riesgo (dimensiones de S
Partición REI > 120
Aparatos
Sistemas internos
DPS
S Estructura a ser considerada en la requerida (evaluación de es necesaria)
ser protegida (evaluación de no se requiere)
deben ser usadas en la evaluaci.on de )
d
d
d
[image:36.595.105.538.74.474.2]Partición REI < 120
Figura 8. Estructura a ser evaluada para el área efectiva (Ad)
6.5.2 Evaluación del promedio anual de descargas sobre estructuras adyacentes (NDa)
El número promedio anual de eventos peligrosos debido a descargas en estructuras adyacentes (véase la Figura 9) puede ser evaluado como:
NDa = DDT * Ad/a * Cd/a * Ct * 10-6 (7) en donde
DDT = Densidad de rayos a tierra (rayos/km2-año)
Ad/a = Área efectiva de la estructura adyacente aislada (m2).
Cd/a = Factor que toma en cuenta la influencia de la localización relativa de la estructura adyacente.
(véase la Tabla 10)
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
250 m
Final "a" Final
"a"
2D
m
a
a d
a
[image:37.595.99.543.91.291.2]a i
Figura 9. Definición de áreas (Ad, Am, Ai, Al)
Tabla 11. Factor de corrección por presencia de transformador
Tipo de transformador Ct
Transformador con devanado primario y secundario desacoplados eléctricamente 0,2
Auto transformador 1
Sin transformador 1
6.5.3 Evaluación del número promedio anual de descargas cercanas a la estructura (NM)
NM puede ser evaluado como:
NM = DDT * (Am - Ad/b * Cd/b) * 10-6 (8)
en donde
DDT = Densidad de descargas a tierra (rayos/km2/año)
Am = Área de influencia de la estructura (m2)
Ad/b = Área efectiva de la estructura (m2)
Cd/b = Factor que toma en cuenta la influencia de la localización relativa de la estructura a ser protegida
(véase la Tabla10).
El área de influencia de la estructura Am está definida entre la frontera de la estructura y una línea localizada a 250 m del perímetro de la estructura (véase la Figura 9).
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
6.5.4 Evaluación del número promedio anual de descargas sobre las acometidas de servicios (NL)
Para una sección del servicio, NL puede ser evaluado por:
NL= DDT * AI * Cd * Ct * 10-6 (9)
en donde
DDT Densidad de descargas a tierra (rayos/km2/año).
AI Área efectiva de descargas al servicio (m2) (véase la Tabla 12 y la Figura 9).
Cd Factor de localización del servicio (véase la Tabla 10).
Ct Factor de corrección por la presencia de transformadores de AT/BT localizado entre el punto de choque y la estructura (véase la Tabla 11). Este factor aplica para secciones de línea aguas arriba del transformador respecto a la estructura.
Tabla 12. Áreas Efectivas AI y Ai dependiendo de las características del servicio
Aérea Subterránea
Al (Lc - 3(Ha + Hb)) 6 Hc (Lc - 3(Ha + Hb)) ρ
Ai 1 000 Lc 25 Lc ρ
en donde
Al Área efectiva de descargas sobre la acometida de servicio (m2);
Ai Área efectiva de descargas próximas a la acometida de servicio (m2);
Hc Altura (m) sobre la tierra de los conductores del servicio (m);
Lc Longitud de la sección de la acometida de servicio, de la estructura al primer nodo (m). un valor
máximo valor Lc = 1 000 m puede asumirse;
Ha Altura de la estructura de donde proviene la acometida de servicio (m);
Hb Altura del punto de la estructura por donde ingresa la acometida de servicio (m);
ρ Resistividad del terreno donde la acometida es enterrada (Ω.m).El máximo valor que se puede asumir es 500 Ω.m.
NOTA Para el propósito de cálculo se puede asumir:
- Cuando el valor de Lc es desconocido se puede asumir, Lc = 1 000 m;
- Cuando la resistividad de terreno es desconocido se puede asumir ρ = 500 Ω.m
- Para cables subterráneos con puesta a tierra terminada en malla, se puede asumir un valor de el área efectiva equivalente Ai = AI = 0 como área efectiva.
- La estructura a ser protegida se asume como la conectada en el punto “b” al final de la acometida de servicio (véase la Figura 9).
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
6.5.5 Evaluación del número promedio anual de descargas cercanas a las acometidas de servicio (NI)
Para una sección de línea (aérea, subterránea, apantallada, sin apantallamiento, etc.), el valor de NI puede ser evaluado por:
Ni = DDT * Ai * Ce * Ct * 10-6 (10) en donde
DDT Densidad de descargas a tierra (rayos/km2/año)
Ai Área efectiva de descargas cercanas al servicio (m2) (véase la Tabla 12 y Figura 9)
Ce Factor ambiental (véase la Tabla 13)
Ct Factor de corrección por la presencia de transformadores de AT/BT localizado entre el punto de choque y la estructura (véase la Tabla 11). Este factor aplica para secciones de línea aguas arriba del transformador respecto a la estructura.
NOTA El área de colección Ai de una acometida de servicio esta definida por la longitud LC y por la distancia
lateral Di (véase la Figura 9) a la cual la descarga cercana al servicio puede causar sobretensiones inducidas
superiores a 1,5 kV.
Tabla 13. Factor ambiental Ce
Ambiente Ce
Urbano con edificaciones altas 1) 0
Urbano 2) 0,1
Suburbano3) 0,5
Rural 1
1)
Edificaciones de más de 20 m de altura
2)
Edificaciones entre 10 m y 20 m de altura
3)
Edificaciones menores a 10 m de altura
6.6 EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE DAÑO PX
La probabilidad de daño evaluada en este aparte es valida siempre y cuando las medidas de protección consideradas cumplan con lo requerimientos descritos en:
- NTC 4552-3, en cuanto a las medidas de protección para reducir lesiones a seres vivos y daños físicos a estructuras;
- La normatividad nacional vigente para protección y reducción de fallas de sistemas
internos, 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
Valores de probabilidad Px menores a 1 solamente son seleccionados si existe la medida o característica al interior de la estructura o de la zona (Zs) a ser protegida.
6.6.1 Probabilidad de daño PA
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 4552-2
Tabla 14. Valores de PA
Medida de Protección PA
Sin medidas de protección 1
Aislamiento
