Iec 1024-1 Traducción 5l2l1n

INTRODUCCION La Parte 1, Principios generales, establece las definiciones fundamentales y los principios generales de protección contra rayos, además de proporcionar la información necesaria sobre diseño, construcción y materiales para facilitar la instalación básica de sistemas de protección contra rayos externos e internos (LPS) de estructuras comunes. La Parte 1, también proporciona los requisitos básicos para un buen mantenimiento y prácticas de inspección. La Guía A contiene información sobre la asignación de niveles de protección a las estructuras a proteger. Ofrece lineamientos para la selección de LPS y representa la opinión de consenso de los expertos de muchos países sobre la mejor práctica general basada en el estado actual de la técnica. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el asunto es tan complicado, debido a los parámetros involucrados, que solo un análisis exhaustivo de los riesgos puede proporcionar la evaluación correcta del nivel de protección requerido. Cuando la selección de los niveles de protección para las estructuras se basa en la evaluación del riesgo de daños debidos a los rayos, un informe técnico (futura IEC 1024-1-2) ayudará a las autoridades nacionales interesadas. Esta guía se utiliza junto con la Parte 1, cuando se consideran los aspectos particulares de la evaluación de la protección y el diseño físico y la construcción de un LPS.

PROTECCION DE ESTRUCTURAS CONTRA RAYOS Parte 1: Principios Generales Sección 1: Guía A – Selección de niveles de protección para sistemas de protección contra rayos 1. General 1.1 Alcance y objetivo Esta guía es aplicable a la selección de niveles de protección para LPS (System Protection Lightning) cubiertos por IEC 1024-1. Esta guía proporciona información sobre la clase de estructuras de acuerdo con los efectos consiguientes de un rayo y sobre los procedimientos para la selección adecuada de un LPS que proporcione un nivel de protección adecuado. 1.2 Términos y definiciones Para los fines de esta guía, se aplican las siguientes definiciones: 1.2.1 Corriente de rayo ( i ): la corriente que fluye en el punto de impacto. 1.2.2 Valor máximo ( I ): el valor máximo de la corriente del rayo en un instante. 1.2.3 Pendiente media de la corriente del rayo (di/dt): La diferencia entre los valores de la corriente del rayo al inicio y al final de un intervalo de tiempo especificado [𝑖(𝑡2 ) − 𝑖(𝑡1 )] dividido por el intervalo de tiempo especificado [𝑡2 − 𝑡1 ] 1.2.4 Duración del destello (T): tiempo durante el cual la corriente del rayo fluye en el punto de impacto. 1.2.5 Carga total (Qtotal): la integral de tiempo de la corriente del rayo para toda la duración del destello del rayo. 1.2.6 Carga de impulso (Qimpulso): la integral de tiempo de la corriente del rayo para la parte de impulso de la duración del destello del rayo. 1.2.7 Energía específica (W/R): La energía disipada por la corriente del rayo en la resistencia de una unidad. Es la integral de tiempo del cuadrado de la corriente del rayo durante la duración del destello.

1.2.8 Probabilidad de daño (𝝆): Probabilidad de que un relámpago cause daño a la estructura. 1.29 Riesgo de daños: pérdidas anuales promedio probables (humanos y bienes) en una estructura debido al impacto de rayos. 1.2.10 Frecuencia de destello del rayo directo a una estructura (Nd): Número anual promedio esperado de impactos de rayo directo a la estructura. 1.2.11 Frecuencia del daño por impacto directo del rayo: el número promedio anual de relámpagos directos que causan daños a la estructura. 1.2.12 Frecuencia de destello de rayo aceptada (Nc): La frecuencia promedio anual máxima aceptada de los destellos que pueden causar daños a la estructura. 1.2.13 Eficiencia de un LPS (E): la relación del número anual promedio de destellos directos que no pueden causar daños en la estructura al número de destellos directos a la estructura. 2 Clasificación de estructuras La clasificación de las estructuras se puede realizar de acuerdo con los efectos consiguientes de los rayos que pueden ser peligrosos para las estructuras, sus contenidos o sus alrededores. Los efectos directos de los rayos que pueden ser peligrosos son: incendios, daños mecánicos, lesiones a personas y animales y daños a equipos eléctricos y electrónicos. Los efectos de los rayos pueden ser responsables del pánico y, además, provocar explosiones y emisiones de sustancias peligrosas, como materiales radiactivos. Agentes químicos, sustancias tóxicas, contaminantes bioquímicos, bacterias y virus. Los efectos de los rayos pueden ser particularmente peligrosos para los sistemas informáticos, los sistemas de control, los sistemas de regulación y las fuentes de alimentación, lo que provoca la pérdida del servicio al público, la pérdida de datos y la producción de datos. El equipo electrónico sensible está instalado en todos los tipos de estructuras y puede requerir protección especial. En la tabla 1 se dan ejemplos de cuatro clasificaciones de los tipos de estructuras, pero solo las estructuras comunes se consideran en la Parte 1 y en esta Guía.

2.1 Estructuras comunes Las estructuras comunes son estructuras usadas para propósitos ordinarios. Ya sea comercial, industrial, agrícola, institucional o residencial. Las estructuras con más de 60 m no se consideran en la Parte 1. 2.2 Estructuras especiales Las descripciones de cuatro tipos de estructuras especiales se dan a continuación. 2.2.1 Estructuras con peligro confinado Las estructuras cuyos materiales de construcción, contenidos u ocupantes hacen que todo el volumen de la estructura sea vulnerable a los efectos consecuentes de los rayos. 2.2.2 Estructuras peligrosas para su entorno. Estructuras cuyo contenido puede ser peligroso para el entorno si es golpeado por un rayo. 2.2.3 Estructuras peligrosas para entornos sociales y físicos. Estructuras que pueden causar emisiones biológicas, químicas y radiactivas como consecuencia de los rayos. 2.2.4 Estructuras varias Estructuras para las cuales se podría considerar un LPS de diseño especial. Los casos típicos son los siguientes:  estructuras altas (más de 60 m de altura);  carpas, campings y campos deportivos;  instalaciones temporales;  Estructuras en construcción.

TABLA 1. Ejemplos de clasificación de estructuras Clasificación de estructuras

Estructuras comunes (Ver nota)

Estructuras con peligro confinado

Estructuras peligrosas para su entorno Estructuras peligrosas para el medio ambiente

Tipo de estructura Casa de vivienda Granja Teatros Escuelas Áreas de almacenes Áreas deportivas Bancos Compañías de seguros Compañías comerciales Hospitales Asilos Prisiones Industria Museos y zonas arqueológicas Telecomunicaciones Plantas de energía Industrias con riego de incendios Refinerías Gasolineras Fábricas de fuegos artificiales Plantas químicas Plantas nucleares Plantas y laboratorios bioquímicos

Efectos del rayo

Efectos adicionales según el contenido de las fábricas, desde daños menores a inaceptables y pérdida de producción.

Pérdida inaceptable de servicios al público. Riesgos consecuentes para el entorno inmediato causados por el fuego.

NOTAS 1 Los equipos electrónicos sensibles pueden instalarse en todo tipo de estructuras, incluyendo todo tipo de estructuras comunes, que pueden dañarse fácilmente por sobretensiones debido a rayos. 2 La pérdida del servicio es el producto del tiempo durante el cual un solo no puede hacer uso del servicio por el número de s involucrados, en un año.

3 Parámetros de rayo Los parámetros de rayos generalmente se obtienen de mediciones tomadas en objetos altos. Los datos proporcionados en esta guía se refieren tanto a los destellos descendentes como ascendentes. Se puede asumir que la distribución estadística de los parámetros de rayos registrados tiene una distribución normal logarítmica. Sobre esta base, la probabilidad de ocurrencia de cualquier valor de cada parámetro puede calcularse a partir de los valores que figuran en el anexo A. La relación de polaridad de las descargas de rayos depende de la naturaleza del territorio. Si no hay información local disponible, debe suponerse un 10% positivo y un 90% negativo. Los valores informados en esta guía se basan en una relación de polaridad positiva del 10% y negativa del 90%. 3.1 Parámetros de corriente de rayo utilizados para dimensionar los sistemas de protección contra rayos (LPS) Los efectos mecánicos y térmicos de los rayos se relacionan con el valor máximo de la corriente (I), la carga total (Qtotal), la carga de impulso (Qimpulso) y la energía específica (W/R). Los valores más altos de estos parámetros ocurren con destellos positivos. Los efectos dañinos causados por el voltaje inducido están relacionados con la inclinación del frente de la corriente del rayo. En esta guía, la inclinación promedio entre los valores de 30% y 90% de la corriente máxima se utiliza para propósitos de diseño. El valor más alto de este parámetro se produce en los siguientes movimientos negativos. Tales impactos negativos ocurren en casi todos los destellos negativos a una estructura. Siempre que se asuma el 10% de los golpes positivos y el 90% de los destellos negativos, los valores de los parámetros de rayos relacionados con los niveles de protección se dan en la tabla 2.

3.2 Densidad de destello de rayos por km2 La densidad de destello de rayos expresada en términos de impactos del terreno por kilómetro cuadrado por año debe determinarse mediante medición. Si no está disponible la densidad de destello de impacto del rayo (Ng), puede estimarse utilizando la siguiente relación: 𝑁𝑔 = 0.04 ∗ 𝑇𝑑 1.25 𝑝𝑜𝑟 𝑘𝑚2 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 Donde Td es el número de días de tormenta por año obtenidos de los mapas isoceraunicos NOTA - Esta relación varía con los cambios en condiciones climáticas.

TABLA 2 Relación de los parámetros de la corriente del rayo con los niveles de protección (ver 3.1) Nivel de protección I II III - IV

Parámetros del rayo Valor máximo de corriente Carga total Carga de impulso Energía especifica Pendiente media

I (kA) Qtotal (C) Qimpulso (C) W/R (kJ/Ω) di/dt30/90% kA/µs

200 300 100 10000 200

150 225 75 5600 150

100 150 50 2500 100

4 Selección de niveles de protección para sistemas de protección contra rayos (LPS). El propósito de seleccionar un nivel de protección es reducir, por debajo del nivel máximo tolerable, el riesgo de daños por un relámpago directo a una estructura, o a un volumen a proteger. Para cada estructura, el riesgo de daño se puede estimar teniendo en cuenta la frecuencia anual de los rayos directos a la estructura (Nd), la probabilidad de que los rayos causen daños y la cantidad de perdida posible promedio que puede aparecer como consecuencia de los rayos en la estructura. NOTA Hay casos en los que se deben tener en cuenta los impactos indirectos en la evaluación de riesgos. El daño depende de varios parámetros, entre los que se encuentran el uso y el contenido (personas y bienes) del volumen a proteger; materiales de construcción y medidas tomadas para reducir los efectos consiguientes de los rayos. La estructura se clasifica de acuerdo con los efectos consiguientes de los rayos como se indica en la cláusula 2. Una vez que se haya seleccionado el nivel máximo tolerable del riesgo de daños a la estructura considerada, se puede evaluar el valor máximo aceptado Nc, de la frecuencia anual de relámpagos que puede causar daños a la estructura. Por lo tanto, la selección del nivel adecuado de protección para el LPS que se proporcionará puede basarse en la frecuencia Nd esperada de los relámpagos directos a la estructura a proteger y en la frecuencia anual aceptada Nc de los relámpagos. 4.1 Frecuencia de destello aceptada de relámpagos Nc a una estructura Los valores de Nd son responsabilidad de los Comités Nacionales donde hay pérdidas humanas, culturales y sociales.

Los valores de Nc pueden ser establecidos por el propietario de la estructura o por el diseñador del LPS donde las pérdidas son relevantes solo para propiedad privada. Los valores de Nc pueden estimarse a través del análisis del riesgo de daños, teniendo en cuenta factores apropiados como:  tipo de construcción;  presencia de sustancias inflamables y explosivas;  medidas proporcionadas para reducir los efectos consecuentes de los rayos;  número de personas afectadas por el daño:  tipo e importancia del servicio público en cuestión;  valor de las mercancías que han sufrido daños:  otros factores (véase el cuadro 1). NOTA Las regulaciones locales pueden imponer valores de Nc en casos particulares. 4.2 Frecuencia esperada Nd de destellos de rayos directos a una estructura La frecuencia anual promedio Nd de destellos de rayos directos a una estructura se puede evaluar a partir de: 𝑁𝑑 = 𝑁𝑔 ∗ 𝐴𝑒 ∗ 10−6 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 En la cual, Ng es la densidad promedio anual de destellos en el suelo, en relámpagos por kilómetro cuadrado por año, con respecto a la región donde se ubica la estructura (ver 3.2); Ae, es el área de colección equivalente de una estructura (m2). El área de colección equivalente de una estructura se define como un área de la superficie del terreno que tiene la misma frecuencia anual de relámpagos directos que la estructura. Para estructuras aisladas, el área de colección equivalente Ae, es el área encerrada dentro de la línea de borde b1 obtenida de la intersección entre la superficie del terreno y una línea recta con una pendiente de 1: 3 que pasa desde las partes superiores de la estructura (tocándola allí) y girando alrededor de él (ver la figura 1 para países planos y las figuras 2A y 2B para países montañosos).

Para la topografía compleja (ver figuras 2C y 2D), la construcción se puede simplificar tomando en cuenta algunos elementos característicos del contorno que los reemplaza con líneas rectas o secciones circulares. Los objetos circundantes influyen significativamente en el área equivalente si sus distancias desde la estructura son menores que 3(h + hs) donde: h es la altura de la estructura en consideración; hs es la altura del objeto circundante. En este caso, las áreas equivalentes de la estructura y el objeto próximo se superponen entre sí y el área equivalente se reduce a una distancia: 𝑋𝑠 =

𝑑 + 3(ℎ + ℎ𝑠) 2

Donde d es la distancia horizontal entre la estructura y el objeto (ver figura 3). Solo se deben tener en cuenta aquellos objetos que tengan una durabilidad permanente y una resistencia adecuada contra los rayos. En cualquier caso, un valor mínimo del área de colección equivalente se debe asumir igual a la proyección horizontal de la estructura en sí. NOTA Otros métodos más sofisticados están disponibles y se pueden usar para una evaluación más precisa del área de colección equivalente. 4.3 Procedimiento de selección de LPS. Para cada estructura considerada, el diseñador de la protección de LPS debe decidir si se necesita o no un LPS. Si es así, debe seleccionar un nivel adecuado de protección. El primer paso en el procedimiento de selección de LPS requiere una evaluación adecuada de la estructura en consideración de acuerdo con sus características. Dimensiones de la estructura y localización, actividad de tormentas eléctricas (densidad de relámpagos anual) en la región considerada, así como también la clasificación de la estructura determinada. Estos datos proporcionan las bases para la evaluación de:  La frecuencia media anual de relámpagos Nd como producto de la densidad del suelo local Ng y el área de colección equivalente Ae de la estructura;

 Frecuencia media anual de destellos Nc que puede aceptarse para la estructura considerada (ver 4.1). El valor de la frecuencia aceptada de los destellos Nc se comparará con el valor real de la frecuencia de los destellos Nd a la estructura. Esta comparación permite tomar una decisión sobre si un LPS es necesario, y si si, ¿de qué tipo? Si Nd≤Nc no es necesario el LPS. Si Nd>Nc. se debe instalar un LPS de eficiencia E≥1-Nc/Nd y se debe seleccionar el nivel de protección adecuado de acuerdo con la tabla 3. El diseño de un LPS deberá cumplir con los requisitos establecidos en la norma para el nivel de protección seleccionado. Si se instala un LPS de eficiencia E’ inferior a E, se deben proporcionar medidas de protección adicionales. Las medidas de protección adicionales son, por ejemplo:  Medidas que limitan el o y los voltajes en pasos;  Medidas que limitan la propagación de liras;  Medidas para mitigar los efectos de las sobretensiones inducidas por rayos en los equipos sensibles. Una explicación más detallada del procedimiento de selección de LPS se proporciona en el diagrama de flujo de la figura 4. Los valores críticos de la eficiencia requerida E, del LPS, como una función de la frecuencia directa del rayo Nd a la estructura, y la frecuencia de rayo aceptada de los destellos Nc se muestran en la figura 5.

TABLA 3 Eficiencias LPS correspondientes a niveles de protección Nivel de protección I II III IV

Eficiencia LPS E 0.98 0.95 0.9 0.8