05 enero 2012

Diseño de Sistemas de protección contra descargas atmosféricas (SPDA) Parte II

 

rayo_sobre_arbol2

En la primera parte de este articulo vimos como se forma el rayo y sus principales características de corriente y duración, también vimos los distintos criterios que podemos usar para proteger nuestras instalaciones, hoy vamos a hablar un poco mas sobre estos métodos y como podemos representar en un plano las zonas de protección.

Una cosa que olvide mencionar en la parte anterior es que los métodos que mencione son usado en instalaciones de “Baja Tensión” o menores a 69kV según el estándar IEEE 998. Es decir, que los método del cono y la esfera nos sirven para casas, edificios, plantas y todo lo que no sea una subestación.

Concentrémonos entonces en el método de la esfera rodante, donde hay varios radios según la norma IEC 62305. Hay muchas formulas para determinar el radio de la esfera pero la IEC usa la siguiente ecuación:

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Donde:

r: es el radio en metros.

I: corriente en kA que tendrá el rayo en su impacto inicial.

Vamos a obtener una tabla donde se nos indican 4 zonas o niveles de protección:

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De esto se infiere que a mayor corriente, mayor será el radio de la esfera y por lo tanto mas espacio puede haber entre pararrayos, irónicamente el problema  ocurre con las corrientes “pequeñas” por ejemplo de 3 kA, el radio de la esfera es de solo 20 m y va a requerir una mayor cantidad de pararrayos para proteger nuestra estructura.

La probabilidad de que la corriente del rayo supere la corriente mínima nos da una “garantía” de que en efecto la zona de protección descrita por el radio seleccionado va a captar corrientes mucho mayores a la diseñada, por ende sus radios respectivos serán mayores y la zona de protección en si es mas amplia. Por ejemplo la mas estricta (nivel I) nos dice que solo el 1% de los rayos podría ser menos a 3 kA, bastante seguro en cuanto a probabilidad.

Les recomiendo leer el “Lightning Protection Handbook” de Erico, allí van a conseguir una explicación mas amplia sobre este punto.

Representación en planos

Ahora la parte buena… ¿cómo representamos la zona de protección en un plano de AutoCAD?

Creo que es mejor responder eso indicando primero como NO se debe hacer.

1) Indicar el radio resultante por la zona de protección: por ejemplo si nuestro nivel de protección es el 2, el radio de la esfera es de 30 m, no debemos representar simplemente en planta un circulo de ese radio y con  centro el pararrayo ya que estaríamos en un error.

NOTA: Las cantidades de las figuras están en mm

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Vista de planta zona errada

Lo que esta dentro del circulo rojo debería ser la zona de protección pero hay un problema… no se ha considerado la altura del pararrayos. En la figura de abajo podemos ver que para un montaje de por ejemplo 15 metros (poste verde) y con esferas de 30 metros de radio (en rojo) se define una zona de protección que debe ser representada de manera diferente, es decir se dibuja un circulo con centro el pararrayo pero el radio estará definido por el punto en que la esfera toca el piso.

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Vista de lateral (elevación) de la zona de protección

Que en este caso es de 25,98 m, quedando definida la zona como se muestra en la figura de abajo, en rayado color verde claro.

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Vista de lateral (elevación) de la zona de protección definida

Finalmente en la figura de abajo podemos ver como es realmente la zona de protección vista desde arriba (planta).

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Vista de lateral (elevación) y planta zona de protección correcta

Aunque aparentemente correcto hay un detalle con la representación en planta, no indica la altura de protección en particular, por ejemplo: si nuestra casa estuviera mas hacia el borde de la zona de protección se saldría de esta pero en la vista de planta no lo notaríamos. Como vemos en la figura de abajo.

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Vista de lateral (elevación) y planta estructura fuera de la zona

Lo que debemos hacer entonces es indicar la altura de protección garantizada para las estructuras, por ejemplo: nuestra casa mida 4,5 m de alto, entonces debemos encontrar un nuevo radio, lo hacemos de manera geométrica al hallar el punto donde la forma de la esfera (en rojo) se separa del piso a exactamente 4,5 m (línea amarilla).

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Vista de elevación para determinar nuevo radio de zona de protección

Tenemos entonces un nuevo radio de 10,18 m

Definimos ahora en la vista de planta la zona de protección para alturas hasta 4,5 m.

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Vista de lateral (elevación) y planta estructura fuera de la zona

Ahora si se ve que la casa esta fuera de la zona y no esta protegida.

Con esto hemos llegado al final de esta parte, en la próxima entrega aprenderemos a dibujar las zonas de influencia mutua entre dos o mas pararrayos.

Pueden descargar el archivo DWG del ejemplo aquí.

Saludos!