Proteger contra los rayos es tan necesario como construir edificios sismo resistentes
Los rayos en Colombia poseen características especiales, por ejemplo algunas regiones registran la más alta densidad de rayos del planeta, la mediana de los rayos en Colombia supera los 45,3 kA según datos publicados en la NTC 4552- 1 del 2008, es decir los rayos en Colombia son más potentes.
Esto es una gran riqueza para nuestro país debido a que los rayos fertilizan el suelo cuando activan el ciclo del nitrógeno.
El cambio climático nos obliga a reconocer que el fenómeno rayo se aumenta cuando se presentan los aguaceros prolongados acompañados de tormentas eléctricas que producen desastres. Colombia posee dos océanos, tres grandes cordilleras una gran riqueza hídrica, y una ubicación geoestratégica privilegiada que concentra gran actividad atmosférica.
Los rayos producen daños a los equipos electrónicos, afectando significativamente procesos industriales, y afectando la economía. Aunque en Colombia no se conocen estadísticas concretas de pérdidas producidas por los rayos si se conocen a nivel particular en las industrias que han experimentado en carne viva el fenómeno. Diferentes sectores industriales ser ven afectados por los rayos debido a la sensibilidad de sus equipos electrónicos y que no han adoptado las medidas de protección apropiadas.
Leyes y normas técnicas
Conscientes de los beneficios de la protección contra rayos, los países desarrollados implantaron leyes que hacen obligatorio adoptar medidas de protección contra rayos. Colombia no se queda atrás en este tema y se considera pionero a nivel latinoamericano en el desarrollo del proceso. El Reglamento Técnico para las Instalaciones Eléctricas (RETIE) lo incluyó en el artículo 18, “Requisitos de protección contra rayos”, y el Instituto Colombiano de Normas Técnicas -ICONTEC- publicó la norma técnica de rayos NTC 4552-1- 2-3. Las normas Internacionales IEC 62305 -1-2-3-4 / 2.010, IEC 62561-1-2-3-4-5-6-7 / 2.009, así como las normas nacionales NTC 4552- 1-2-3/2008 son la base para desarrollar Los Cinco Pilares de la Protección Contra Rayos.
Los cinco pilares de la protección contra rayos
Una protección contra los rayos efectiva se fundamenta en cinco pilares:
- Interceptar el rayo
- Derivar el rayo hacia la tierra
- Dispersar su energía en la tierra
- Mantener distancias de separación objeto a proteger
- Equipotencializar
La norma internacional IEC 62305-3 «Protección de estructuras contra el rayo”, sirve como base para el diseño de estos cinco pilares
Instalación captadora
Para determinar las medidas de la instalación captadora y determinar sus características la norma internacional IEC 62305-3 y la NTC 4552-3 proponen tres métodos:
- Método de la esfera rodante o esfera isogeométrica de rayo: Consiste en desplazar una esfera con un radio determinado por el nivel de seguridad a implementar: 20 metros de radio para el nivel 1 (35m según NTC), 30 metros para el nivel 2 (40m según NTC), 45 metros para el nivel 3 (50m según NTC) y 60 metros para el nivel 4 (55 según NTC).
- Método del ángulo: El ángulo de protección de las puntas o salientes captadoras lo determina el nivel de seguridad en fundón de la altura del elemento captador.
- Método de las mallas captadoras: Son cuadrículas que se instalan en superficies planas y sus medidas son determinadas por el nivel de seguridad, a continuación se presenta una tabla con los valores señalados por la norma.
Estos tres métodos pueden utilizarse simultáneamente para construir un sistema captador o interceptador de rayos.
Los rayos no los podemos evitar, tampoco los podemos alejar y mucho menos atraer, entonces lo más conveniente es protegerse para mitigar su efecto y reducir el riesgo a niveles tolerables con una efectividad de hasta el 98%.
Instalación derivadora
El número de bajantes o derivadores de rayo también se determina por el nivel de seguridad a implementar. Por ejemplo el nivel de seguridad 1 toma en cuenta una corriente impulso de rayo de 200 kA que se deben derivar de forma segura al suelo mediante el sistema de puesta a tierra. Tomando el caso que la puesta a tierra esté garantizada en 1 Ohm y que se construyan 4 derivadores se pensaría en 50 kV por bajante derivador, es decir, se habla de un cable con alta tensión que ofrece un peligro para los seres vivos y un peligro para los objetos a proteger.
Distancia media de los derivadores en función del nivel de protección
Sistema de puesta a tierra
El sistema de puesta a tierra para protección contra rayos puede ser tipo A o tipo B. El primer sistema de puesta a tierra incluye electrodos de tierra verticales u horizontales instalados en el exterior del edificio a proteger y conectados a cada conductor derivador o bajante. Para este tipo de sistema de tierra son necesarios al menos dos electrodos.
La longitud mínima de cada electrodo debe ser de 11 para sistemas de tierra horizontales; y, 0,511 para sistemas de tierra verticales (tierra de profundidad); y, el segundo sistema incluye un anillo perimetral exterior a la estructura a proteger, en contacto con la tierra en el 80% de su longitud, o un electrodo de cimentación. Ambos sistemas pueden mallarse.
El diseño del sistema de puesta a tierra depende de varios factores: a) el nivel de seguridad: a mayor corriente de rayo hay más energía para dispersar y el riesgo de la tensión de paso es mayor; b) la resistividad del suelo: para suelos altamente resistivos se hace necesario enterrar material horizontal o vertical adicional hasta que se logren resistencias de toma de tierra bajas; y c) las probabilidades de personas circulando alrededor del edificio; cuando es un colegio por ejemplo que tiene un gran número de personas caminando en los alrededores se hace necesario hacer varios anillos perimetrales y además se hace necesario implementar medidas de seguridad adicionales
Distancias de seguridad
El cálculo de las distancias de seguridad afectan significativamente el diseño de la instalación captadora y la instalación derivadora; es indispensable tener en cuenta este pilar ya que los rayos pueden generar chispas peligrosas o saltos de chispas a los objetos próximos, además cuando se determina el factor de riesgo Ru y Ra donde se tiene que medir el riesgo de electrocución de seres vivos por la tensión de paso o tensión de contacto, se debe prever la distancia de seguridad de aproximación a los conductores del sistema de protección contra rayos. La norma Internacional IEC 62305-3 ofrece varias alternativas de seguridad como son: cable aislado para tensiones de 100 kV que minimice el riesgo por tensión de toque o minimice el riesgo de acoplamientos inductivos a elementos próximos, medidas adicionales de seguridad.
Equipotencialidad
Poner todos los elementos conductores que forman parte de un edificio a un mismo potencial es como poner a las golondrinas en una sola cuerda de alta tensión. Pero esto incluye también las líneas de alimentación de potencia, las líneas de otros servicios como el servicio telefónico, el servicio de TV cable, los hilos de cables de datos o redes LAN entre otros. ¿Cómo se pueden equipotencializar todos estos servicios? Tema para el próximo artículo.
Bibliografia
- Norma Internacional IEC 62305-1 -2-3-4 2.010 Protection Against Lighting
- Norma Colombiana NTC 4552-1-2-3 2.008 Protección contra rayos.
- RETIE 2.008
- Hasse, P: Protección contra sobretensiones de instalaciones de baja tensión TÜVVerlag GmbH, Colonia, 1998
- Lightning Protection Guide DEHN 2.007
Publicado Originalmente
REVISTA INGESOCIOS – Edición 36 (Marzo – Abril 2010)
REVISTA MUNDO ELECTRICO N° 79 (Abril – Junio 2010)