Análisis de riesgo por rayos

por | Ago 10, 2020 | pararrayos | 0 Comentarios

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Si estás aquí, es porque ya conociste el poder destructivo de los rayos. Además, reconoces que un sistema integral de protección contra Rayos (SIPRA) es una inversión considerable y no siempre es necesaria, o tal vez te encontraste en el RETIE en la sección 10.1 sobre el diseño eléctrico detallado esa línea de texto que dice (d. Análisis de nivel de riesgo por rayos y medidas de protección contra rayos). Sea cual sea tu caso, en este artículo desglosaremos todo lo relacionado con el análisis de riesgo por rayos siguiendo la metodología Colombiana descrita en la NTC 4552 para definir en cada situación las medidas de mitigación necesarias.

¿Cuáles son los daños o perdidas provocados por descargas atmosféricas?

Los daños de las descargas atmosféricas se desglosan en 4, en consecuencia la NTC 4552, tomo 2, nos describe 4 riesgos de perdidas. (R1) es el primero y está relacionado con la perdida de vidas humanas, (R2) se refiere a las perdidas relacionadas con la acometida de datos y servicios, (R3) se refiere a la perdida de patrimonio histórico y (R4) se enfoca en perdidas económicas. En consecuencia, se hace importante describir las perdidas o daños a la estructura según el tipo como se muestra en la siguiente tabla:

Tipo de estructura según la función y/o el contenidoEfectos del rayo
Casa de habitaciónPerforación de instalaciones eléctricas, fuego y daños materiales, Daño limitado normalmente a los objetos expuestos al punto de toque o la trayectoria de la corriente del rayo.
Falla de equipo eléctrico electrónico y de sistemas instalados (televisores, computadores, modems, teléfonos, etc)
Edificación ruralRiegos primarios de fuego y tensiones de paso peligrosos, así como daño material.
Riesgo secundario causado por perdida de energía eléctrica, y peligro de vida del ganado, debido a la falla del suministro de alimento, sistema de ventilación, etc.
Teatro, Hotel, Escuela, Almacén grande, Área deportiva  Daño de instalaciones eléctricas (ej. iluminación eléctrica) probablemente causa de pánico. Falla de alarmas contra incendio, dando por resultado retrasos en las medidas de extinción del fuego.  
Banco, Compañía de seguros, Centros comerciales, etc.Situaciones como las anteriores, más problemas, resultado de pérdida de comunicación, falla de computadoras y pérdida de datos.  
Hospital, clínica de reposo, prisión.Situaciones como las anteriores, más complicaciones con las personas en cuidados intensivos, y dificultades de rescatar a gente inmóvil.
IndustriaEfectos adicionales dependiendo del contenido de la fábrica, extendiéndose de menor importancia por daño inaceptable y pérdida de la producción.
Museos, sitios arqueológicos e iglesias.Pérdida de patrimonio cultural irreemplazable.
Telecomunicaciones, Centrales eléctricas  Pérdidas inaceptables de servicio al público.
Fábrica de fuegos artificiales, Trabajos con municionesFuego y explosión de la planta y a sus alrededores.
Planta química, Refinería Central nuclear, laboratorios bioquímicos y plantasFuego y mal funcionamiento de la planta con consecuencias perjudiciales al ambiente local y global.
Tabla 1, efecto de los rayos sobre estructuras típicas, fuente NTC 4552-1

Tipos de impactos por rayos

Además, se deben considerar los efectos del rayo dependiendo a 4 situaciones especificadas en la norma:

  • S1 Impacto a la estructura.
  • S2 Impacto cerca de la estructura.
  • S3 Impacto al servicio entrando a la estructura.
  • S4 Impacto cerca al servicio entrando a la estructura.

Para el caso S1 se pueden generar daños mecánicos e incluso incendios y explosiones, para el resto de casos, dependiendo de la distancia de impacto y la magnitud de la corriente, se pueden inducir tensiones de paso en la estructura del edificio afectando tableros de distribución, racks de comunicación y equipos, en consecuencia, para mitigar estos efectos se realiza una revisión y una adecuación de los DPS (Dispositivo de Protección contra Sobretensiones).

Clasificación de daños por rayos

Con respecto a los tipos de daños, la misma norma establece la siguiente clasificación:

  • D1 lesiones a los seres vivos, causadas por tensiones de contacto y de paso.
  • D2 Daños físicos (fuego, explosión, destrucción mecánica, escape químico) causados por efectos de la corriente de rayo, incluyendo chispas.
  • D3 fallas de sistemas internos causados por IER.

Suma de cofactores en el análisis de riesgo por rayos

El tipo de daño, así como el tipo de impacto recibido por la estructura definen los 8 posibles cofactores que uno a uno suman en el análisis de riesgo, por ejemplo RA, se refiere a perdida de vidas humanas por tensiones de paso, esta solo se tiene en cuenta para el cálculo de R referido a perdida de vidas humanas, pero no influye en el reto de riesgos, asimismo, existen riesgos que solo aplican para casos especiales, dejando implica dos notas, la primera se refiere a si es un hospital y existen equipos de soporte vital, esta nota solo aplica para el riesgo de perdida de vidas humanas, la segunda nota se refiere a si hay animales en la estructura, y solo afecta el riesgo de perdida de vidas económicas.

Influencia de las medidas de mitigación en el análisis del riesgo

La suma de cofactores no puede ser mayor a un límite considerado seguro por la norma, por ejemplo, el límite más estricto se refiere a perdida de vidas humanas, este debe ser menor a 0.001%, por el contario el riesgo de pérdidas económicas deben estar por debajo del 0.1%, en consecuencia las medidas de mitigación en cuanto al tipo de protección externa, la señalización, equipotencialización o el aislamiento, y un sistema coordinado de DPS, nuestros chalecos antibalas de las sobretensiones eléctricas que dañan los equipos. Al final, la selección de estas medidas se traduce en la mitigación del riesgo.

Ejemplo práctico del análisis del nivel de riesgo por rayos basado en la NTC 4552-2

  1. DDT: 8 Rayos por km^2
  2. L=30 m; W=100m; H=10m; Ad=13627 m^2
  3. Factor de ubicación: Urbano
  4. Factor de localización: Estructura rodeada de objetos de la misma altura
  5. Medidas de protección adicionales frente a tensiones de paso y de contacto: Ninguna.
  6. Factor de reducción de afectación a personas relacionado con el tipo de suelo: Agricultura, concreto (< 1 kΩ)
  7. Nivel de sistema de protección contra rayos: Sin protección
  8. Factor de reducción de pérdidas debido a los daños físicos por medidas que se adopten ante las afectaciones por fuego: Extintores, instalación fija con operación manual de extintores, instalación de alarma manual, hidratantes, compartimiento de fuego o rutas de evacuación
  9. Factor de reducción de perdidas: Riesgo ordinario de incendio.
  10. Factor de incremento de pérdidas a causa de daños físicos: Bajo nivel de pánico (estructuras de dos plantas para máximo 100 personas)
  11. Valor de sistema de DPS: Sistema con DPS coordinados clase II

Medidas de mitigación seleccionadas:

  • Instalación de DPS clase II

Para la justificación del SIPRA se debe seguir varios procedimientos, el primero se basa en el algoritmo brindado por la NTC 4552-2:

Tipo de pérdidaRT
Pérdida de vidas humanas o lesiones permanentes10^-5
Pérdida de servicio público10^-3
Pérdida de patrimonio cultural10^-3

Indicadores de exposición al rayo:

Este indicador se basa en la densidad de descargas a tierra dándonos luces sobre como el número de rayos que caen al año influye en la corriente pico promedio en kA que se espera, así la corriente esperada del rayo puede darnos una categorización del indicador en severos, altos, medios y bajos. Según la tabla se tiene que el indicador es severo para corrientes mayores a 20 kA y alto para menores a este.

 El indicador de gravedad nos permite evaluar de forma rápida el nivel de daño de la estructura, para esto en la NTC 4552-1 tiene un método y unas tablas con las que se puede calcular siguiente las siguientes ecuaciones:

Matriz de riesgo diligenciada para descargas atmosféricas.

¿Cuánto cuesta un análisis del nivel de riesgo por rayos?

Un análisis de nivel de riesgo por rayos que cumpla con las condiciones exigidas por el RETIE y la NTC 4552 requiere de al menos unos 6 meses de trabajo contante para descifrar el segundo tomo de esta norma y hacerla una macro que te facilite la vida, en el mercado existen calculadoras de nivel de riego por rayos desarrolladas por los fabricantes, nosotros ofrecemos el estudio del análisis del riesgo hecho por un ingeniero electricista con especialización en rayos y sobretensiones que fue comprobado con la matriz de riesgo de otros pares académicos, podemos a tu disposición un análisis del riesgo imparcial, solo llámanos.

Calculadora en línea de análisis del nivel de riesgo por rayos

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