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Comparacion de las normas NTC 4552 de 2008 e IEC 62305 de 2010 para el analisis de riesgo.

Comparison of standards NTC 4552 of 2008 and IEC 62305 of 2010 for risk analysis

INTRODUCCION

Las descargas electricas atmosfericas--rayos--son fuentes de problemas de compatibilidad electromagnetica que pueden causar interferencia y mal funcionamiento de los sistemas electricos internos y de las redes de distribucion, ademas de deterioro en las instalaciones o edificaciones en las cuales impactan (Avendano, Ortiz e Ibanez, 2005). La mayoria de las perturbaciones electricas que ocurren en los sistemas de distribucion y transmision de energia electrica son causadas por rayos que impactan en sus estructuras o cerca de ellas (Avendano et al., 2005). Ademas, los rayos no se pueden prever ni evitar, ya que son fenomenos naturales que varian de acuerdo con las caracteristicas geograficas y climatologicas, las cuales definen el nivel isocerauneo de cada pais o region, lo cual hace posible que, en una misma region, existan varios niveles de riesgo de descargas electricas atmosfericas (Younes et al., 2005; Rodriguez y Zabala, 2005).

En la actualidad, la mayoria de la informacion disponible sobre las caracteristicas y magnitudes de los rayos estan basadas en estudios llevados a cabo en zonas semitropicales o templadas, pero muy pocos en zonas tropicales. Por razones de confiabilidad, economia y seguridad, es recomendable que los parametros del rayo, estimados en zonas templadas --normas internacionales--, no sean directamente aplicados a zonas tropicales, por lo que dichos parametros se han venido determinando a partir de investigaciones locales y se han llevado a normas nacionales (Torres, 2005; Torres, 2006).

METODOLOGIA

En este articulo se estudian las segundas partes de las normas NTC 4552 de 2008 (Icontec, 2008b) e IEC 62305-2 de 2010 (International Electrotechnical Commission, 2010b); ademas, se hace un breve analisis de las diferencias encontradas en las partes 1 y 3 de dichas normas, a partir de las cuales se determinan los elementos y las caracteristicas del sistema de proteccion contra rayos de una edificacion.

El principal objetivo de este articulo se centra en la parte tres de las normas, debido a que en ellas se encuentra especificada la metodologia para el analisis de riesgo, la cual se resume en la figura 1.

[FIGURA 1 OMITIR]

Aunque el metodo para evaluar el riesgo de descargas atmosfericas de una estructura es similar en ambas normas, la mayoria de sus diferencias se encuentran en la parte matematica y su formulacion. A partir del estudio preliminar de las normas, la primera diferencia observada esta en que, en la norma colombiana, se realiza la evaluacion de los riesgos en las acometidas del servicio, lo que determina riesgo de perdida de vida humana, del servicio publico y perdidas economicas, mientras que en la norma internacional estos riesgos no son calculados.

Es importante recalcar que la filosofia y principios de la norma NTC 4552 de 2008 se basan en la norma internacional IEC 62305 de 2006, en la cual si se incluian estos factores de riesgo, pero fueron excluidos en la version vigente de dicha norma promulgada en 2010, con la cual se realiza esta comparacion.

Otra diferencia importante entre las dos normas es el hecho de que en la IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) el riesgo tolerable para el tipo de perdida de patrimonio cultural es R3=0,0001, mientras que en la NTC 4552-2 este valor es R3=0,001. Los demas valores de riesgo se conservan iguales en ambas normas.

No es objetivo de este articulo determinar cual de las normas es la mas adecuada para el analisis de riesgo, diseno e implementacion de un sistema de proteccion contra rayos en edificaciones. El lector especialista en el tema debe emplear la norma colombiana NTC 4552, ya que esta norma, ademas de seguir la filosofia propuesta por la norma europea IEC 62305, incluye parametros propios de regiones tropicales y mas especificamente de Colombia (Younes, y otros, 2005; Torres, 2005; Icontec, 2008b) obtenidos a partir de diferentes investigaciones desarrolladas en la region. El objetivo de este articulo es establecer las diferencias entre las normas en cuestion para, a partir de alli, poder establecer la necesidad o no de actualizar la normatividad colombiana a partir de las modificaciones realizadas en la normatividad europea.

Para evaluar la importancia de las diferencias encontradas en ambas normas, se tomo un caso de estudio y se realizo el analisis de riesgo. Los resultados de este analisis se presentan a continuacion divididos en secciones, tal y como se desarrollan en las normas.

RESULTADOS

Numero de eventos peligrosos ([N.sub.X])

Para determinar el numero de eventos peligrosos se deben tener en cuenta parametros como: nivel cerauneo, densidad de rayos a tierra DDT (Ng en ingles) y corriente de retorno del rayo, entre otros.

Para determinar la DDT, la NTC 4552 utiliza la ecuacion (1), obtenida especialmente para regiones tropicales (Torres, 2000).

DDT = 0,0017 X [Nc.sup.1,66] (1)

Mientras que en la IEC 62305 la densidad de rayos a tierra (Ng) es estimada para zonas templadas con la ecuacion (2) (Torres, 2005).

[N.sub.g] = 0,l x Td (2)

Donde Nc o Td corresponde al numero de dias tormentosos al ano o nivel cerauneo.

Esta diferencia entre las dos norma no es nueva, y ha sido reportada por otros autores (Torres, 2005; Torres, 2010), la contribucion de este articulo esta orientada a mostrar el efecto que tiene esta diferencia en el analisis de riesgo, el cual es fundamental para la correcta seleccion del sistema de proteccion contra rayos de una edificacion.

Debido a la diferencia en el calculo de dicho parametro, se generan una serie de variaciones en la forma de evaluar el promedio anual de descargas sobre y cercanas a la estructura, la acometida principal y a estructuras adyacentes, ya que utilizan el DDT como promedio anual de descargas cercanas a la estructura (NM). Teniendo en cuenta unicamente esta variacion, se encontro que la densidad de descargas a tierra (DDT) para Bogota da un valor de 1,58 con la norma colombiana y de 8 utilizando la formula de la norma internacional (ecuacion 2). Lo cual hace que al realizar la evaluacion de riesgo para la misma estructura, esta pase de cumplir los limites del riesgo R1 con la norma colombiana a incumplirlos con la norma internacional.

Adicionalmente, en estos mismos calculos se requiere del area de influencia de la estructura ([A.sub.M]), la cual en la IEC esta comprendida entre la frontera de la estructura y una linea localizada a 500 m del perimetro de la estructura, mientras que en la NTC se encuentra a 250 m, ademas influye en el calculo otras variables, como lo son el area efectiva y el factor de localizacion relativa de la estructura, lo cual hace que en la norma internacional se obtenga un valor mayor para los riesgos R1 y R2.

Para el calculo del numero promedio anual de descargas sobre y cercanas a la acometida de servicio ([N.sub.L]) y ([N.sub.I]), en la norma internacional IEC se adicionan factores como el factor ambiental ([C.sub.E]) para el calculo ([N.sub.L]), y el factor de instalacion de la linea ([C.sub.I]), el cual varia si la linea es aerea o subterranea, y que influye para el calculo de ([N.sub.I]), en la NTC no se utiliza este factor, por lo tanto, para el calculo del area efectiva de la acometida [A.sub.L] y [A.sub.I] se utiliza la tabla 12 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b), que depende del tipo de la linea--aerea o subterranea--. Por otra parte, para el caso "urbano con edificaciones altas", que hace referencia a un ambiente con edificaciones de mas de 20 m de altura, en la IEC se le asigna un valor [C.sub.E] de 0,01, mientras que en la NTC este valor es 0.

Probabilidad de dano ([P.sub.X])

Existen varios tipos de probabilidad de dano a causa de descargas atmosfericas, los cuales dependen del lugar de impacto del rayo y del tipo de dano causado. En ambas normas la probabilidad de lesiones a seres vivos por descargas directas a la estructura ([P.sub.A]) depende de las medidas de proteccion contra tensiones de paso y de contacto; sin embargo, en la norma IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) esta probabilidad depende ademas del nivel de proteccion contra descargas atmosfericas de la estructura.

Por otro lado, la probabilidad de danos en sistemas internos por descargas directas a la estructura, tanto en la norma colombiana como en la norma internacional, depende de la coordinacion del sistema de protecciones contra sobretensiones. Ademas, en la norma internacional este parametro depende del apantallamiento, puesta a tierra y condiciones de aislamiento de la linea. Adicionalmente, tambien se encuentra un cambio en el valor asignado para el nivel de proteccion (PSPD), ya que en la norma colombiana este factor es 0,02 puntos menor que en la internacional.

En el caso del calculo de la probabilidad de danos en sistemas internos por descargas cercanas a la estructura ([P.sub.M]), se observa que en la norma internacional el valor de la componente ([K.sub.MS]), que es el factor de desempeno de las medidas de proteccion, corresponde al cuadrado del valor que se obtiene con la norma colombiana, y que dos de sus variables se multiplican por 1 y no por 1,5 como en la norma colombiana. Teniendo en cuenta estas diferencias se encontro que el valor del riesgo [R.sub.1] calculado con la NTC 4552 es mayor en casi el 40 % con respecto al calculado con la norma internacional, mientras que en [R.sub.2] es mayor en un 15 % aproximadamente.

Para la normatividad colombiana la probabilidad de lesiones a seres vivos, de danos fisicos y de danos en sistemas internos por descargas directas a la acometida ([P.sub.U]), ([P.sub.V]) y ([P.sub.W]), respectivamente, esta condicionado a que el sistema de proteccion contra sobretensiones cumpla los requerimientos de equipotencializacion segun la NTC 4552-3 (Icontec, 2008c).

Ademas, la norma colombiana evalua la probabilidad de danos a sistemas internos por descargas cercanas a la acometida ([P.sub.Z]), lo cual depende de que el sistema coordinado de protecciones este acorde con la normatividad nacional vigente o en su defecto a la norma IEC 62305-4 (International Electrotechnical Commission, 2010c). En caso de que el sistema coordinado de protecciones este acorde con la normatividad, ([P.sub.Z]) tomara el menor valor entre ([P.sub.l1]) y ([P.sub.SPD]), en caso contrario ([P.sub.Z]) sera igual a ([P.sub.l1]), que es un factor que depende de la tension soportable del equipo y de la resistencia del apantallamiento del cable.

Al realizar el analisis de riesgo teniendo en cuenta unicamente las variaciones de las probabilidades ([P.sub.U]), ([P.sub.V]), ([P.sub.W]) y ([P.sub.Z]) se encontro que su variacion es muy pequena, del orden de 0,01 % debido a que las variables que se adicionan a una u otra norma tienen valores muy pequenos y no afectan directamente los valores de probabilidad.

Otra diferencia entre la norma colombiana NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) y la norma internacional IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) es que en la norma colombiana se calcula la probabilidad de dano de acuerdo al tipo de conductor que pasa por la acometida, aunque solo se ha desarrollado para conductores metalicos, mientras que en la norma internacional no se realiza este calculo.

Perdidas consecuentes (Lx)

Perdidas de vidas humanas (L1)

En la norma internacional el valor asignado a las "perdidas por lesiones debido a tensiones de paso y de contacto" ([L.sub.T]) tiene un solo valor de [10.sup.-2], y por otra parte el valor asignado a la variable "perdidas por falla de sistemas internos" ([L.sub.O]) divide la opcion de hospitales en dos opciones que varian su valor dependiendo de la ubicacion dentro del mismo hospital.

En la norma colombiana el valor de [L.sub.T] se divide en dos opciones que varian su valor dependiendo si las personas se encuentran afuera de la estructura ([10.sup.-2]) o dentro de la estructura ([10.sup.-4]), y el valor asignado a [L.sub.O] tiene un solo valor de ([10.sup.-3]) para el caso de hospitales.

Las perdidas de vidas humanas por tensiones de paso y de contacto fuera y dentro de la estructura ([L.sub.A]) y ([L.sub.U]) respectivamente en la norma internacional estan dadas por las ecuaciones (3) y (4).

[L.sub.A] = [r.sub.a] X [L.sub.T] x ([[n.sub.z]/[n.sub.T]] x [[t.sub.z]/8760]) (3)

[L.sub.U] = [r.sub.u] x [L.sub.T] x ([[n.sub.z]/[n.sub.T]] x [[t.sub.z]/8760]) (4)

Donde ([r.sub.a] y [r.sub.u]) son factores reductores de perdidas de vidas humanas que dependen de las caracteristicas del terreno, ([L.sub.T]) es el valor medio relativo del numero de victimas lesionadas por choque electrico, ([n.sub.z]) es el numero de personas fuera o dentro de la zona de la estructura, ([n.sub.T]) es el numero total de personas fuera o dentro de toda estructura y ([t.sub.Z]) es el tiempo en horas al ano en el cual las personas estan presentes en la estructura.

En la norma colombiana para el calculo de las perdidas ([L.sub.A]) y ([L.sub.U]) se omite L, y en caso de no conocer alguno de los datos de nZ, nT y tZ, el valor de las perdidas ([L.sub.A]) y ([L.sub.U]) corresponde al producto de ([r.sub.a]) y ([r.sub.u]), respectivamente, por [L.sub.T].

En la norma internacional las perdidas de vidas humanas debido a fuego o explosion dentro de la estructura por arco electrico o por impacto sobre la estructura ([L.sub.B]), y las perdidas de vidas humanas por danos fisicos debido al impacto sobre la acometida ([L.sub.v]) estan dadas por la ecuacion (5).

[L.sub.B] = [L.sub.v] = [r.sub.P] x [r.sub.f] x [h.sub.z] x [L.sub.f] x ([[n.sub.z]/[n.sub.T]] x [[t.sub.z]/8760]) (5)

Donde ([r.sub.P]) es el factor reductor de perdidas debido a dano fisico que depende las medidas de proteccion tomadas para reducir las consecuencias de incendio, ([r.sub.f]) es el factor reductor de perdidas debido a dano fisico que depende del riesgo de fuego y del riesgo de explosion de la estructura, ([h.sub.Z]) es el factor multiplicador de perdidas debido a dano fisico cuando existe un peligro especial, ([L.sub.f]) es el valor medio relativo del numero de victimas por dano fisico. Para la norma colombiana se utilizan las ecuaciones (6) y (7).

[L.sub.B] = [L.sub.v] = [r.sub.P] x [r.sub.f] x [h.sub.z] x [L.sub.f] (6)

[L.sub.f] = [L.sub.o] = ([[n.sub.z]/[n.sub.T]] x [[t.sub.z]/8760]) (7)

En caso de no conocer los datos del numero de personas o tiempo de permanencia, el factor ([L.sub.f]) toma el valor segun la tabla 26 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) dependiendo del tipo de estructura.

En la norma internacional cuando el dano a la estructura por rayo involucra las estructuras circundantes o el medio ambiente, se debe tener en cuenta la perdida adicional ([L.sub.E]) para evaluar la perdida total ([L.sub.FT]), la cual se calcula con las ecuaciones (8) y (9).

[L.sub.FT] = [L.sub.f] x [L.sub.E] (8)

[L.sub.E] = [L.sub.FE] x ([t.sub.e]/8760) (9)

Donde [L.sub.FE] es la perdida de los danos fisicos fuera de la estructura y ([t.sub.e]) es el tiempo de permanencia de las personas en la zona de peligro fuera de la estructura, mientras que en la norma colombiana, en la tabla 24, se incluyen unos valores predeterminados para este factor. Por otra parte, la variable ([r.sub.f]) en la norma internacional define tres zonas de riesgo de explosion, mientras en la norma colombiana no definen estas zonas.

En la norma internacional las perdidas de vidas humanas por fallas del sistema interno por IER debido a descargas en la estructura ([L.sub.C]), las perdidas de vidas humanas por fallas de sistema interno por IER debido a descargas proximas a la estructura ([L.sub.M]), las perdidas de vidas humanas por fallas de sistema interno por IER debido a descargas en la linea (Lw) y las perdidas de vidas humanas por fallas de sistema interno por IER debido a descargas cerca a la acometida ([L.sub.Z]) estan dadas por la ecuacion (10).

[L.sub.C] = [L.sub.M] = [L.sub.W] = [L.sub.Z] = [L.sub.O] x ([[n.sub.z]/[n.sub.T]] x [[t.sub.z]/8760]) (10)

Donde [L.sub.O] es el valor medio relativo del numero de victimas por danos de sistemas internos. Para la norma colombiana (ver ecuaciones 11 y 12), en caso de no conocer los datos del numero de personas o tiempo de permanencia, el factor ([L.sub.O]) toma el valor segun la tabla 26 de la NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) la cual depende del tipo de estructura.

[L.sub.C] = [L.sub.M] = [L.sub.W] = [L.sub.Z] = [L.sub.O] (11)

[L.sub.O] = ([n.sub.z]/[n.sub.T]) x ([t.sub.p]/8760) (12)

Perdidas inaceptables de servicio publico (L2)

Estas perdidas pueden ser causadas por una explosion dentro de la estructura por arco electrico debido al impacto sobre la estructura ([L.sub.B]) o debidas al impacto sobre la acometida ([L.sub.V]), en la norma IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) son expresadas por la ecuacion (13).

[L.sub.B] = [L.sub.V] = [r.sub.P] x [r.sub.f] x [L.sub.f] x ([n.sub.z]/[n.sub.T]) (13)

Donde [L.sub.f] es el valor medio relativo de usuarios no servidos resultado de dano fisico. Las perdidas inaceptables de servicio publico por falla en los sistemas internos por IER debido a descargas en la estructura ([L.sub.C]), las perdidas debidas a descargas cerca de la estructura ([L.sub.M]), las debidas a descargas sobre la acometida ([L.sub.W]), y las debidas a descargas cerca a la acometida ([L.sub.Z]), en la norma internacional estan dadas por la ecuacion (14).

[L.sub.C] = [L.sub.M] = [L.sub.W] = [L.sub.Z] = [L.sub.O] x ([n.sub.z]/[n.sub.T]) (14)

Donde [L.sub.O] es el valor medio relativo de usuarios no servidos resultado de la falla de sistemas internos. En la norma colombiana ([n.sub.Z]) y ([n.sub.t]) no son necesarios para hallar ([L.sub.C]), ([L.sub.M]), ([L.sub.W]), ([L.sub.Z]), ([L.sub.B]) o ([L.sub.V]), puesto que si se desconoce alguno de estos dos valores, el factor ([L.sub.O]) o ([L.sub.f]) tendran un valor asignado de acuerdo a la tabla 31 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b).

En la norma colombiana se consideran algunas perdidas que son omitidas en la norma internacional, como lo son las perdidas inaceptables del servicio publico por falla de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura ([L'.sub.C]), por falla de lineas y equipos conectados debido a sobretensiones inducidas sobre la linea por descargas cercanas a la acometida de servicio ([L'.sub.Z]) y por falla de equipos conectado debido a sobretensiones de acople resistivo ([L'.sub.W]), por danos fisicos debido a efectos mecanicos y termicos de la corriente de rayo fluyendo por la acometida de servicio por impacto sobre la estructura ([L'.sub.B]), y por impacto sobre la acometida de servicio ([L'.sub.V]).

Perdidas de valor cultural irreemplazable (L3)

Las perdidas de valor cultural irreemplazable por explosion dentro de la estructura por arco electrico debido al impacto sobre la estructura ([L.sub.B]) y por danos fisicos debido al impacto sobre la acometida ([L.sub.V]), en la norma IEC 62305-2 (International Electrotechnical Commission, 2010b) estan dadas por la ecuacion (15).

[L.sub.B] = [L.sub.V] = [r.sub.P] x [r.sub.f] x [L.sub.f] x ([c.sub.z]/[c.sub.T]) (15)

Donde [L.sub.f] es el valor medio relativo de todos los bienes deteriorados debido a dano fisico de la estructura, ([c.sub.t]) es el valor del patrimonio cultural de toda la estructura y su contenido, y ([c.sub.z]) es el valor del patrimonio cultural de la zona. En la norma NTC 4554-2 (Icontec, 2008b) ([c.sub.z]) y ([c.sub.t]) no son utilizados para hallar ([L.sub.B]) o ([L.sub.V]), solo son utilizados en el caso de que se quiera hallar el valor de ([L.sub.f]) para eso se deben conocer los valores de ([c.sub.z]), ([c.sub.t]), si estos se desconocen el factor ([L.sub.f]) toma el valor.

Perdidas economicas (L4)

En la norma internacional no se clasifican "lesiones debido a choque" por lo tanto solo se define un valor para todos los tipos (anexo C, tabla C.12 de la IEC 62305-2; International Electrotechnical Commission, 2010b). En la norma colombiana la variable "perdidas fisicas" (Lf) no especifica un valor para riesgo de explosion (tabla 32 de la NTC 4552-2; Icontec, 2008b).

Las perdidas economicas por tensiones de paso y de contacto fuera de la estructura ([L.sub.A]) y por tensiones de contacto dentro de la estructura ([L.sub.U]), en la norma internacional estan dadas por la ecuacion (16).

[L.sub.A] = [r.sub.t] x [L.sub.t] x ([c.sub.a]/[c.sub.t]) (16)

Donde ([r.sub.t]) es el factor reductor de perdidas economicas que depende las caracteristicas del suelo o terreno, ([L.sub.t]) perdidas debido a lesiones por tensiones de paso y contacto fuera de la estructura, ([c.sub.a]) es el numero de animales en la zona, ([c.sub.t]) es el valor total de la estructura. En la norma colombiana se utilizan las ecuaciones (17) y (18).

[L.sub.A] = [L.sub.U] = [r.sub.u] x [L.sub.t] (17)

[L.sub.t] = c/[c.sub.t] (18)

Las perdidas economicas por fuego o explosion dentro de la estructura por arco electrico o por im pacto sobre la estructura ([L.sub.B]) y por danos fisicos debido al impacto sobre la acometida ([L.sub.V]), en la norma internacional son expresadas con la ecuacion (19).

[L.sub.B] = [L.sub.V] = [r.sub.P] x [r.sub.f] x [L.sub.f] x ([c.sub.a] x [c.sub.b] x [c.sub.c] x [c.sub.s]) (19)

Donde ([L.sub.f]) perdidas debido a danos fisicos, ([c.sub.a]) es el valor de los animales en la zona, ([c.sub.b]) es el valor de la construccion correspondiente a la zona, ([c.sub.c]) es el valor del contenido en la zona; ([c.sub.s]) es el valor de los sistemas internos incluyendo sus actividades en la zona, ([c.sub.t]) es el valor total de la estructura--la suma sobre todas las zonas para los animales, la construccion, el contenido y los sistemas internos, incluyendo sus actividades.

En la norma colombiana (c) y ([c.sub.t]) no son necesarios para hallar ([L.sub.A]), (Lu), (Lb) o (Lv), solo son utilizados en el caso en que se quiera hallar el valor de (Lt) o (Lf) segun sea el caso, donde c es el valor de posibles perdidas en la estructura, si estos se desconocen, los factores (Lt) y (Lf) toma su respectivo valor de la tabla 32 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b). En la norma internacional, cuando el dano a la estructura por rayo involucra las estructuras circundantes o el medio ambiente, la perdida adicional ([L.sub.E]) debe tenerse en tener en cuenta para evaluar la perdida total ([L.sub.FT]) la cual se calcula con las ecuaciones (20) y (21).

[L.sub.FT] = [L.sub.f] x [L.sub.E] (20)

[L.sub.E] = [L.sub.FE] x ([c.sub.e]/[c.sub.t]) (21)

Donde ([L.sub.FE]) es la perdida debida a danos fisicos fuera de la estructura y ([c.sub.e]) es el valor total de los bienes en el lugar peligroso fuera de la estructura, mientras que en la norma colombiana se incluyen dentro de la tabla 13 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) unos valores predeterminados para este factor ([c.sub.e]).

Las perdidas economicas por falla en los sistemas internos por 1ER debido a descargas en la estructura ([L.sub.C]), debido a descargas proximas a la estructura ([L.sub.M]), debido a descargas sobre la acometida ([L.sub.W]) y debido a descargas cerca a la acometida ([L.sub.Z]) estan dadas en la norma internacional por la ecuacion (22).

[L.sub.C] = [L.sub.M] = [L.sub.W] = [L.sub.Z] = [L.sub.O] x ([c.sub.s]/[c.sub.t]) (22)

Para el caso de las perdidas ([L.sub.C]), ([L.sub.M]), ([L.sub.W]) y ([L.sub.Z]) en la norma colombiana se aplica el mismo procedimiento que explicamos anteriormente con las perdidas ([L.sub.A]), (Lu), (Lb) o (Lv).

Solo en la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) se tienen en cuenta las perdidas economicas por falla de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura ([L'.sub.C]), por falla de lineas y equipos conectados debido a sobretensiones inducidas sobre la linea por descargas cercanas a la acometida de servicio ([L'.sub.Z]) y por falla de equipos conectado debido a sobretensiones de acople resistivo ([L'.sub.W]), las cuales se calculan segun las formulas dadas para este fin, donde (c) es el valor de posibles perdidas en la estructura, en caso de no conocer (c) y ([c.sub.t]), el factor (LO) toma el valor de la tabla 32 de la norma NTC 4552-2 (Icontec, 2008b) dependiendo del tipo de estructura.

En la norma colombiana se consideran algunas perdidas que son omitidas en la norma internacional, las perdidas economicas por falla de equipos conectados debido a sobretensiones por acople resistivo, por descargas sobre la estructura (L'c), por falla de lineas y equipos conectados debido a sobretensiones inducidas sobre la linea por descargas cercanas a la acometida de servicio (L'z), por falla de equipos conectado debido sobretensiones de acople resistivo (L'w), por danos fisi cos debido a efectos mecanicos y termicos de la corriente de rayo fluyendo por la acometida de servicio por impacto sobre la estructura ([L'.sub.B]), y por impacto sobre la acometida de servicio ([L'.sub.V]).

En resumen, en la seccion de "perdidas" la mayor diferencia entre las normas radica principalmente en que: en la norma internacional, para realizar el calculo de riesgo, es necesario conocer el numero de personas que habitan la estructura y el tiempo que la habitan; mientras que en la norma colombiana, en caso de no conocer estos valores, se pueden asignar unos valores tipicos segun el tipo de estructura seleccionada por el usuario. Al realizar el analisis de riesgo para el caso de estudio, suponiendo que el 50 % de los habitantes de la estructura estan en riesgo y permanecen en la estructura el 70 % del tiempo en un ano, se obtiene como resultado que el riesgo calculado con la norma internacional se reduce en casi una tercera parte con respecto al calculado con la norma colombiana, teniendo en cuenta que para la norma colombiana se tomaron los valores tipicos de las tablas.

Sistema de integral de proteccion contra rayos

Teniendo en cuenta que la comprension y estudio de las tres partes de la norma NTC 4552 es fundamental para la correcta seleccion y diseno de los sistemas de proteccion contra rayos, en las siguientes secciones se incluye la comparacion de las partes 1 y 3.

Sistema de proteccion externo (SPE)

Para el diseno del sistema de proteccion externo y mas precisamente para la ubicacion de las terminales captadoras, el metodo mas aceptado es el de la esfera rodante (G., A., & A., S. (2006), (ERITECH, 2009), (National Fire Protecction Association, 2004) sin embargo, la expresion empleada en las dos normas para determinar el radio de la esfera varia significativamente, lo que lleva a que los valores asignados de acuerdo con el nivel de proteccion contra rayos sean diferentes como se ven en la tabla 1.

Esta diferencia de radios de la esfera rodante de acuerdo con el nivel de proteccion es importante para el diseno del sistema de proteccion externo, porque a mayor radio mayor distancia de separacion de terminales, lo cual reduce el porcentaje de rayos que podrian impactar en las terminales captadoras, debido a que reduce su capacidad para captar descargas electricas atmosfericas de baja corriente (G. & A., 2006), (Rodriguez y Zabala, 2005). Por otro lado, al tener un menor radio es necesario instalar mas puntas captadoras para proteger la totalidad de la parte superior de la estructura, lo cual incrementaria el costo de la implementacion de SPE (ERITECH, 2009).

Sistema de proteccion interno (SPI)

En la norma internacional IEC 62305-1 (International Electrotechnical Commission, 2010a), las dimensiones minimas de los conductores que conectan las barras equipotenciales entre ellas o con el sistema de puesta a tierra y de los conductores que conectan las instalaciones internas metalicas a las barras equipotenciales son mayores en dos de tres casos a la norma colombiana.

Medidas de proteccion contra tensiones de paso y de contacto

El riesgo de que ocurra una situacion peligrosa para la vida debido a tensiones de paso y de contacto afuera de la estructura puede ser reducido cumpliendo ciertos parametros o condiciones. Una de ellas es si la resistividad de la capa superficial del suelo, a 3 m de un conductor bajante, no es inferior a un valor especifico. En la norma internacional ese valor es de 100.000 ([ohm]_m) mientras que en la norma colombiana este valor es 5000 ([ohm]_m).

CONCLUSIONES

Una de las diferencias mas relevantes entre la norma colombiana NTC 4552 y la norma internacional IEC 62305 es el calculo de las descargas directas a tierra, puesto que este parametro tiene gran influencia en la evaluacion de numero de eventos peligrosos. Esta diferencia se debe a que Colombia se encuentra ubicada en una zona subtropical, lo cual genera variaciones en los parametros del rayo y por ende en los valores del radio de la esfera utilizada en la ubicacion de los terminales de captacion.

Algunas de las diferencias encontradas entre las versiones mas recientes de la norma NTC 4552 y la norma IEC 62305 se deben a que la norma colombiana fue adaptada de la version del 2006 de la norma internacional, pero la norma internacional fue actualizada en el 2010, en el cual se modifico la forma de calcular las perdidas consecuentes, y se incluyeron y modificaron factores para calculo de la probabilidad de dano, lo cual sugiere la necesidad de realizar una revision y actualizacion de la norma colombiana.

En la norma internacional, es necesario conocer los valores de las personas que circulan por la estructura y el tiempo que estas permanecen en ella para poder realizar la evaluacion de riesgo, mientras que la norma colombiana, en caso de desconocer estos valores, toma un valor tipico promedio y asume el caso mas critico, que es cuando durante todo el ano permanecen en la estructura todas las personas que habitan la estructura.

Utilizando como caso de estudio una estructura en Bogota, al realizar la evaluacion del riesgo teniendo en cuenta unicamente la diferencia de densidad de descargas a tierra (DDT), en la norma colombiana para el riesgo R1 se obtuvo un valor de 6 x [10.sup.-6], cumpliendo los limites, mientras que en la norma internacional el valor es 2 x [10.sup.-5], el cual supera el limite tolerable.

Para el caso de estudio se observo que en la norma internacional con solo seleccionar un sistema de proteccion contra rayos nivel IV se cumplieron todos los limites de riesgo tolerables, mientras que en la norma colombiana, estos limites no se cumplen ni siquiera con un sistema de proteccion nivel I, esto debido a la importancia y el peso que se le da a este factor en la norma internacional dentro del calculo de las probabilidades de dano en la estructura

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OSCAR IGNACIO SANCHEZ

Ingeniero electrico e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogota, Colombia.

Contacto: os_carsa@hotmail.com

CESAR ALBERTO TORRES

Ingeniero electrico e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogota, Colombia.

Contacto: catorress12@hotmail.com

FRANCISCO SANTAMARIA

Ingeniero electricista, doctor en Ingenieria. Docente e integrante del Grupo GCEM de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogota, Colombia.

Contacto: fsantamariap@udistrital.edu.co

Fecha de recepcion: 7 de mayo de 2013 Clasificacion del articulo: reflexion

Fecha de aceptacion: 27 de agosto de 2013 Financiamiento: Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
Tabla 1. Radio de la esfera de acuerdo al nivel de proteccion (NPR)

Nivel de     Radio de la esfera   Radio de la esfera
proteccion      rodante (m)        rodante (m) IEC
NPR             NTC 4552--1            62305--1
                (NTC 4552-1,        (International
                   2008a)          Electrotechnical
                                  Commission, 2010a)

I                    35                   20
II                   40                   30
III                  50                   45

Fuente: disponible en NTC 4552-2 de 2008.
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Title Annotation:International Electrotechnical Commission; Norma Tecnica Colombiana
Author:Sanchez, Oscar Ignacio; Torres, Cesar Alberto; Santamaria, Francisco
Publication:Revista Tecnura
Date:Apr 1, 2014
Words:6441
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