Instalación de Sistemas de Redes de Tierra y Pararrayos en Base a las Normas
Para comenzar haremos referencia a la Norma Oficial Mexicana NOM-022-STPS-2015 que habla de la “ELECTRICIDAD ESTÁTICA EN LOS CENTROS DE TRABAJO-CONDICIONES DE SEGURIDAD”
La cual tiene como objetivo es establecer las condiciones de seguridad en los centros de trabajo para prevenir los riesgos por electricidad estática, así como por descargas eléctricas atmosféricas y se rige en todo el territorio nacional y aplica en las áreas de los centros de trabajo donde se almacenen, manejen transporten sustancias inflamables o explosivas, o en aquellas en que, por la naturaleza de sus procesos, materiales y equipos, sean capaces de almacenar o generar cargas eléctricas estáticas.
Esta norma establece ciertas obligaciones para el patrón dentro de estos centros de trabajo:
- Establecer las condiciones de seguridad para controlar la generación y/o acumulación de las cargas eléctricas estáticas en las áreas del centro de trabajo.
- Instalar un sistema de protección contra descargas eléctricas atmosféricas en las áreas o instalaciones de los centros de trabajo donde se almacenen, manejen o transporten sustancias inflamables o explosivas.
- Medir la resistencia a tierra de la red de puesta a tierra, comprobar la continuidad en los puntos de conexión a tierra, y en su caso, medir la humedad relativa cuando ésta sea una medida para controlar la generación y acumulación de cargas eléctricas estáticas.
- Informar a todos los trabajadores y a la Comisión de Seguridad e Higiene, sobre los riesgos que representa la electricidad estática y la manera de evitarlos, en su caso, considerar a los contratistas, proveedores y visitantes.
- Capacitar y adiestrar a los trabajadores sobre las técnicas para descargar o evitar la generación y acumulación de electricidad estática.
- Registrar los valores de la resistencia de la red de puesta a tierra, la comprobación de la continuidad eléctrica y, en su caso, de la humedad relativa.
- Exhibir ante la autoridad laboral, cuando así lo solicite, la información y documentación que esta Norma le obligue a elaborar o poseer.
Aspectos a tomar en cuenta para instalar el Sistema de Protección Contra Descargas Eléctricas Atmosféricas:
- Los centros de trabajo o áreas que se clasifiquen como riesgo de incendio alto de acuerdo con lo establecido por la NOM-002-STPS-2010, o las que la sustituyan, deberán instalar un sistema de protección contra descargas eléctricas atmosféricas, tal como el sistema de pararrayos.
- Para el diseño e instalación del sistema de protección contra descargas eléctricas atmosféricas, puede consultarse la Norma Mexicana NMX-J-549-ANCE-2005, o las que la sustituyan. (Más adelante hablaremos de esta norma).
Para seleccionar un sistema externo de protección contra descargas eléctricas atmosféricas, ya sea con terminales aéreas convencionales o terminales aéreas de tecnologías alternativas, se deberán considerar, al menos, los factores siguientes:- a) El arreglo general del centro de trabajo (planta, cortes y elevaciones);
- b) Las sustancias inflamables o explosivas que se almacenen, manejen o transporten en el centro de trabajo, en cuanto a su inflamabilidad o explosividad, y la tendencia a generar y acumular cargas eléctricas estáticas, por sus características fisicoquímicas y las de los contenedores y/o tuberías, así como la naturaleza de los procesos a que están sujetas, y las condiciones presentes del ambiente;
- c) La densidad del rayo a tierra de la región
- d) La zona de protección del sistema.
- El centro de trabajo deberá contar con un estudio que demuestre que el área de cobertura del sistema externo de protección contra descargas eléctricas atmosféricas comprende el edificio, local o zona de riesgo en la que se manejan las sustancias inflamables o explosivas. El estudio deberá ser elaborado por un ingeniero electricista o afín, y contener, al menos, lo siguiente:
- a) Tipo y características del sistema instalado
- b) Altura de las terminales aéreas que sobresalen de cualquiera de las estructuras circundantes;
- c) Ubicación del sistema;
- d) Área de cobertura de protección con la metodología utilizada para su cálculo, y
- e) Nombre y firma de quien lo elaboró, así como número de cédula profesional.
- Para reducir el riesgo de choque eléctrico derivado de la circulación de la corriente de rayo en los conductores de bajada y en los elementos de la red de puesta a tierra del sistema externo de protección contra descargas eléctricas atmosféricas, se deberá adoptar lo siguiente:
- a) Instalar un arreglo del sistema de puesta a tierra y proveer una superficie de alta resistividad en la zona de tránsito de trabajadores, tal como grava triturada de 0.10 metros de espesor como mínimo, entre el terreno natural y los elementos del sistema de puesta a tierra.
- b) Proveer una canalización no metálica con resistencia a la intemperie sobre la superficie del conductor de bajada con el objeto de reducir la posibilidad de contacto accidental o incidental de los trabajadores.
- c) Colocar en la canalización avisos de precaución que indiquen el “PELIGRO: EVENTUAL CORRIENTE DE RAYO”, conforme a lo dispuesto por la NOM-026-STPS-2008, o las que la sustituyan.
- d) Unir eléctricamente al sistema de puesta a tierra (por debajo del nivel de piso) todos los elementos metálicos y acero de refuerzo de la estructura a proteger, mediante electrodos de puesta a tierra horizontales colocados a una profundidad mínima de 0.60 metros.
- e) Instalar el conductor de bajada de tal forma que su recorrido sea lo más corto posible y se eviten cruces con instalaciones eléctricas.
Pasemos a la NMX-J-549-ANCE-2005” donde habla de “SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TORMENTAS ELÉCTRICAS – ESPECIFICACIONES, MATERIALES Y MÉTODOS DE MEDICIÓN”
Esta norma nos dice que Un Sistema de Protección Contra Tormentas Eléctricas (SPTE) diseñado e instalado con las especificaciones indicadas en esta Norma Mexicana, reduce el Riesgo de Daño que puede provocar un rayo. Sin embargo, su aplicación no garantiza una protección absoluta a personas, estructuras u objetos.
El conocimiento actual de la física de la descarga eléctrica atmosférica a tierra, establece que un SPTE no tiene la capacidad de influir o evitar los procesos de formación del rayo o descarga eléctrica a tierra de origen atmosférico.
El objetivo de esta norma es establecer las especificaciones, diseño, materiales y métodos de medición del sistema integral de protección contra tormentas eléctricas, para reducir el riesgo de daño para las personas, seres vivos, estructuras, edificios y su contenido, utilizando como base el método de la esfera rodante reconocido internacionalmente.
Esta norma aplica en:
a) Estructuras y edificios de uso común.
b) Estructuras y edificios con riesgo de fuego y explosión.
c) Estructuras y edificios con equipo sensible.
d) Estructuras y edificios de cualquier altura.
e) Torres de telecomunicaciones con equipos y antenas asociadas.
¿Cómo se compone un sistema externo de protección contra tormentas eléctricas (SEPTE)?
1.-Terminales Aéreas.
El número y ubicación de las terminales aéreas de un SEPTE dependen del nivel de protección seleccionado y de la aplicación del método de la esfera rodante.
2.- Conductores de Bajada.
El número y ubicación de los conductores de bajada depende del tipo de sistema de protección seleccionado.
3.-Sistema de Puesta a Tierra.
El número de electrodos de puesta a tierra es el que determina el cumplimiento del valor de resistencia a tierra.
Para establecer un buen sistema de Pararrayos la norma marca el uso del Método de la Esfera Rodante
Este consiste en rodar una esfera imaginaria sobre tierra, alrededor y por encima de la instalación a proteger o cualquier otro objeto en contacto con la tierra, capaz de actuar como un punto de intercepción de la Corriente de Rayo. La esfera imaginaria debe rodarse (desde Nivel de Tierra) hacia la estructura a proteger e instalar una terminal aérea en el primer punto de contacto con la estructura.
Esta primera terminal aérea se conoce como pivote, cuya altura debe ser suficiente para que la esfera no toque la estructura cuando ésta se apoye sobre la tierra y sobre la punta de la terminal aérea pivote.
Una vez especificado el primer punto de sacrificio para la corriente de rayo, debe rodarse la esfera por encima de la terminal aérea pivote y hacia el techo de la estructura e instalarse una terminal aérea de intercepción en todos aquellos puntos donde la esfera imaginaria toque la estructura o edificio a proteger.
Esta norma marca los siguientes niveles de protección según el tipo de estructura a cubrir.
Materiales para Terminales Aéreas:
Las terminales aéreas pueden ser:
- Elementos metálicos verticales.
- Cable aéreos tendidos horizontalmente.
- Una combinación de ambos.
Las terminales aéreas deben cumplir con las especificaciones indicadas a continuación.
Conductores de bajada:
Se permite que el conductor de bajada se forme por alguno de los elementos siguientes.
a) Una solera.
b) Una barra redonda.
c) Un cable.
d) Un componente natural (acero estructural o de refuerzo).
Deben Cumplir.
- Distribuirse uniformemente a lo largo del perímetro de la estructura o edificio mediante un configuración lo más simétrica posible.
- Conectarse a los elementos del SPT a través de la trayectoria más corta.
- Conectarse a las terminales aéreas y al SPT de manera firme y permanente.
- Ubicarse lo más alejado posible de circuitos eléctricos, electrónicos, de quipo con riesgo de fuego o explosión, acceso para el personal y de puestas y ventanas.
Conductores de bajada natural:
Las partes de una estructura pueden considerarse como conductores de bajada naturales son las siguientes:
a) Elementos metálicos estructurales (columnas y trabes) de la estructura.
b) El acero de refuerzo de la estructura siempre y cuando cuente con uniones mecánicas o soldadas, excepto para elementos prefabricados que no garanticen la continuidad eléctrica entre sus partes.
El conductor de bajada natural debe conectarse con las terminales aéreas y con el sistema de puesta a tierra.
SEPTE Aislado:
Las terminales aéreas y conductores de bajada deben mantener una distancia segura a las partes metálicas de la instalación y deben cumplirse los siguientes puntos:
a) Si las terminales aéreas son independientes y separadas de la estructura, debe utilizarse cuando menos un conductor de bajada por cada terminal aérea.
b) Si las terminales aéreas son independientes y montadas en forma aislada da la estructura, debe utilizarse cuando menos un conductor de bajada por cada terminal aérea.
c) Si las terminales aéreas forman una red de conductores horizontales y están montadas en mástiles separados de la estructura, debe instalarse por lo menos un conductor de bajada por cada mástil soporte.
d) Si las terminales aéreas forman una red de conductores horizontales y están montadas de forma aislada sobre la estructura, debe instalarse por lo menos un conductor de bajada por cada mástil soporte.
e) A nivel de suelo, los conductores de bajada deben interconectarse al SPT. Para el caso de un solo conductor de bajada, SPT debe estar formado por al menos un arreglo de 3 electrodos.
SEPTE no aislado:
Las terminales aéreas y conductores de bajada deben estar conectados a nivel de techo. A nivel de suelo, los conductores de bajada deben interconectarse al SPT. Cuando las condiciones físicas del edificio o estructura no permitan esta conexión a nivel de suelo debe utilizarse el acero de refuerzo o estructural de la cimentación para lograr esta conexión, además deben cumplirse los siguientes puntos:
a) Si el SEPTE está formado por una sola terminal aérea, deben utilizarse dos o más conductores de bajada.
b) El SEPTE está formado por terminales aéreas horizontales, deben utilizarse dos o más conductores de bajada.
c) Los conductores de bajada deben estar ubicados cerca de cada una de las esquinas de la estructura.
d) Si la pared de la estructura está hecha de material inflamable, los conductores de bajada deben estar ubicarse a una distancia no matos a 0.1m del elemento a proteger.
e) Los conductores de bajada deben conectarse con los conductores horizontales alrededor de la estructura o edificio definidos.
Sistema de Puesta a Tierra (SPT).
El SPT debe integrarse por un arreglo de 3 electrodos por cada conductor de bajada cuando éstos no se interconecten entre sí por medio de un conductor enterrado. Cuando los electrodos de puesta a tierra de los conductores de bajada se interconecten entre sí mediante un conductor enterrado puede utilizarse un arreglo de uno o más electrodos de puesta a tierra.
El SPT debe integrar, incluir e interconectar todos los sistemas dentro de la instalación (SPTE, sistemas de energía eléctrica, sistemas de telecomunicaciones, entre otros).
Se recomienda que el valor de la resistencia a tierra se mantenga en niveles no mayores a 10Ώ. Este valor de resistencia debe cumplirse para cada arreglo de 3 electrodos por conductor de bajada, cuando éstos no se encuentren interconectados.
Los factores que deben considerar para la instalación de un SPT.
a) La longitud de los electrodos de puesta a tierra verticales debe ser no menor a 2.40m.
b) La distancia mínima de separación entre electrodos de puesta a tierra verticales debe ser el doble de su longitud.
c) El punto de conexión sobre el nivel del suelo entre los conductores de bajada y los electrodos de puesta a tierra debe ser permanente por medio de un proceso de soldadura exotérmica.
d) Debe instalarse un registro por cada conductor de bajada para la medición, comprobación y mantenimiento del SPT con las dimensiones mínimas de 32cm x 32cm x 32cm.
En caso de utilizar tubo, éste debe ser de un diamante mínimo de 35cm y 25cm de longitud.
e) Los electrodos de puesta a tierra deben interconectarse entre sí mediante conductores sin aislamiento horizontales enterrados, por medio de un proceso de soldadura exotérmica, formando una trayectoria lo más cerrada posible alrededor de la estructura.
f) En la unión de los elementos de SPT debe tenerse especial cuidado para lograr una compatibilidad galvánica entre los materiales.
g) Los electrodos de puesta a tierra horizontales deben instalarse a una distancia de 1 m o mayor que la estructura y a profundidades de 0.6 m o mayores.
h) El diseño del arreglo del SPT depende de la resistividad del suelo y de las limitaciones prácticas encontradas en el área de interés.
i) Los electrodos de puesta a tierra horizontales deben instalarse proferentemente por debajo de cualquier conjunto de cables directamente enterrados, cable en canalizaciones o tuberías pertenecientes a servicios que entran o salen de la estructura y no deben conectarse en su trayectoria a conductores enterrados en el suelo perteneciente a otros servicios.
j) Cuando se tenga diferentes estructuras en una misma área pertenecientes a diferentes propietarios, debe instalarse un SPT para cada estructura y evaluar su conexión, dependiendo de si las instalaciones comparten servicios o no.
k) Para el caso en que exista una elevada concentración de tránsito de personas en terreno natural adyacente a la estructura, deben instalarse arreglos adicionales al SPT.
l) Si el área adyacente a la estructura está cubierta por una capa de asfalto o concreto de por lo menos 0.10m las personas estarán protegidas contra el riesgo de electrocución, por lo que no es necesaria la instalación de arreglos adicionales como lo descrito en el punto anterior.
m) La interface tierra-aire de los electrodos de puesta a tierra debe protegerse contra la corrosión en el área debido a la reacción diferencial.
Para la elección de un buen Pararrayos IONIZANTE haremos referencia a la Norma Española UNE-21186:2011 que habla de PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO: PARARRAYOS CON DISPOSITIVO DE CEBADO. (Pararrayos PDC)
Hasta la fecha no existe ninguna Norma Internacional específica de pararrayos con dispositivo de cebado.
Esta Norma indica las exigencias para realizar, dentro del estado actual de los conocimientos y de la técnica una protección contra el rayo satisfactoria de las estructuras (edificios, Instalaciones Fijas, etc.) y de las zonas abiertas (zonas de almacenamiento, zonas de ocio o deportivas, etc.) mediante pararrayos con dispositivo de cebado y da las directrices sobre los medios para realizar esta protección.
Una instalación de protección contra el rayo diseñada y realizada conforme a esta norma no puede, como todo proceso en el que intervienen fenómenos naturales, asegurar la protección absoluta de las estructuras, de las personas o de los objetos; no obstante, la aplicación de esta norma reduce de forma significativa el riesgo de daño debido a impactos de rayos en las estructuras protegidas.
Esta Norma es aplicable a los sistemas de protección contra el rayo mediante pararrayos con dispositivo de cebado (S-PDC) instalados para proteger las estructuras y zonas abiertas contra el impacto directo del rayo. Los S-PDC deben ser ensayados, seleccionados e instalados según esta norma.
¿Qué es un Pararrayos con Dispositivo de Cebado?
Un pararrayo con dispositivo de Cebado (PDC) está compuesto por una punta captadora, un dispositivo de cebado, un elemento de fijación y una conexión al conductor de bajada.
La zona protegida de un PDC se determina según su eficacia.
Eficacia de un PDC.
Un PDC se caracteriza por su eficacia ∆T que se obtiene en los ensayos de evaluación, el valor máximo admisible de ∆T es 60µs aunque en los ensayos se hayan obtenido resultados superiores.
Radios de protección:
El radio de protección de un PDC depende de su altura (h) respecto a la superficie a proteger, de su tiempo de avance y del nivel de protección seleccionado.
- Rᴾ(h)(m) = Es el radio de protección a una altura dada (h).
- h(m) = Es la altura de la punta del PDC sobre el plano horizontal del punto a proteger más lejano.
- r(m) = 20m para nivel de protección I.
- 30m para nivel de protección II.
- 45m para nivel de protección III.
- 60m para nivel de protección IV.
- ∆(m) = ∆T x
Forma de Instalación:
Para S-PDC no aislados, cada PDC debe estar conectado al menos a dos conductores de bajada, si es posible, en dos fachadas posibles.
En caso de un S-PDC aislado se precisa al menos un conductor de bajada por cada PDC.
- Entre los elementos conductores que componen la estructura, algunos pueden reemplazar en todo o en una parte a una bajante o servir de complemento de ésta.
- Las armaduras de acero exteriores interconectadas (estructura metálicas) pueden ser utilizadas como bajantes, siempre que sean conductores y su impedancias sea menos o igual a 0.01Ώ.
- Es conveniente interconectar todas las tomas de tierra de una misma estructura.
- Debe realizarse una toma de tierra por cada conductor de bajada con al menos dos electrodos por cada toma de tierra.
- Las tomas de tierra deben responder a los siguientes criterios:
*Resistencia medida por los medios convencionales: lo más baja posible (inferior a 10 Ώ). Se debe medir este valor sobre la toma de tierra aislada de todo otro elemento de naturaleza conductora.
*Evitar las tomas de tierra constituidas por un único elemento de gran longitud, horizontal o vertical (>20m) a fin de asegurar un valor de impedancia o inductancia lo más bajo posible.
Para mayor información acerca de las normas o apoyo con algún proyecto de Sistemas de puesta a Tierra y Pararrayos manda un correo a instalaciones@conduground.com o comunícate al (33) 3629 4540.
