Mc Spcda Iec 62305

PROYECTO: NUEVA UNIDAD DE HTNC “B” EN RLP ETAPA 2

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Memoria de Cálculo - Protección contra Descargas Atmosféricas

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PROYECTO: NUEVA UNIDAD DE HTNC “B” EN RLP

TITULO: Memoria de cálculo de Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas Revisión:

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INDICE

1 Objeto ............................................................................................................................................... 3 2 Alcance ............................................................................................................................................ 3 3 Normas y estandares de aplicación .................................................................................................. 3 3.1 Normas Nacionales e Internacionales .......................................................................................... 3 4 Documentos de referencia................................................................. ¡Error! Marcador no definido. 5 Diseño del sistema de protección contra descargas atmosféricas “spcda” ...................................... 4 5.1 Bases de diseño ........................................................................................................................... 4 5.2 Importancia de la evaluación del riesgo........................................................................................ 5 5.3 Sistema de Protección contra Rayos de una Estructura ............................................................ 16 5.4 Densidad ceráunica de la zona en estudio ................................................................................. 18 5.5 Determinación del área “Ae” equivalente de captura de las estructuras ..................................... 19 6 Cálculo del nivel de protección de las estructuras .......................................................................... 20 7 Resultados de la evaluacion de riesgo ........................................................................................... 21 8 Conclusiones .................................................................................................................................. 24 9 Anexos ........................................................................................................................................... 24 9.1Anexo I: “cálculo de spcda según iram 2184-2” (9 páginas) .......... ¡Error! Marcador no definido.

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1 OBJETO El objeto de la presente memoria de cálculo es el dimensionamiento y verificación del “Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas”, (SPCDA), de la nueva Unidad de Hidrotratamiento de Nafta de Coque (HTNC)-ISBL y los offsites (interconexiones de proceso y servicios). La nueva unidad estará ubicada en el Complejo Industrial La Plata (CILP), propiedad de S.A. 2 ALCANCE El alcance del estudio comprende el cálculo y verificación del “Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas” para los siguientes sectores: nueva unidad HTNC-ISBL, ampliación de la SE22 y Sala de Racks. 3 NORMAS Y ESTANDARES DE APLICACIÓN Todas las Normas y Especificaciones a continuación mencionadas son complemento de este documento y como tal deben ser considerados en conjunto. La edición de cada una de ellas es la que esté vigente al momento de la emisión de este documento. 3.1

Normas Nacionales e Internacionales

Ley 13660, Decreto 10877/60 – Normas de Seguridad para las Instalaciones de Elaboración, Transformación y Almacenamiento de Combustible. Ley 19587, Decreto 351/79 y 295/03 Higiene y Seguridad en el trabajo. Norma IRAM 2184-1 Protección contra los rayos. “Parte 1: Principios generales” Norma IRAM 2184-2 Protección contra los rayos. “Parte 2: Evaluación del riesgo”. Norma IRAM 2184-3 Protección contra los rayos. “Parte 3: Daño físico a estructuras y riesgo humano”. Norma IRAM 2184-4 Protección contra los rayos. “Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras”. Norma IRAM 2184-11 Protección contra los rayos. “Parte 11: Guía para la elección de los sistemas de protección contra los rayos (SPCR) para usar en la República Argentina”. Serie AEA 92305: Reglamentación para la Protección contra Rayos - Partes 1 a 4 y 11. Serie IEC 62305: Protection against lightning- Partes 1 a 4.

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3.2 Normas de la compañía ED-P-01.00-00, Instalaciones Eléctricas. ED-P-01.04-00, Sistema de Protección con Pararrayos. Serán de aplicación en todos los casos la última revisión vigente al momento del desarrollo de la ingeniería. 4 DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS “SPCDA” 5.1

Bases de diseño

Las tormentas eléctricas son fenómenos naturales que no pueden evitarse y un sistema de protección contra descargas eléctricas atmosféricas no impedirá la formación de rayos. Además ningún sistema garantiza en forma absoluta la protección de la vida, bienes y estructura pues el rayo es un fenómeno del tipo probabilístico, pero dicho sistema si reducirá de manera significativa el riesgo de daños producidos por dicho rayo. El procedimiento de selección del “Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas”, (SPCDA), en lo que respecta a las estructuras metálicas correspondientes a la nueva unidad HTNC-ISBL se realizará siguiendo lo indicado en el documento ED-P-01.04-00en concordancia con IRAM 2184-11(AEA 92305-11). Para los edificios los cuales son: Subestación 22 y Sala de Racks, el procedimiento de selección del “SPCDA” estará basado en el análisis de riesgo recomendado por IRAM 21842(AEA 92305-2) derivadas de IEC 62305-2. La diferencia anterior para los procedimientos de selección del “SPCDA” entre ISBL y Edificios se debe a que las estructuras metálicas de ISBL son de menor complejidad en comparación con los edificios referidos anteriormente en lo respectivo a la posibilidad de que personas, líneas de energía y equipamiento eléctrico o electrónico sensible estén dentro de las estructuras de ISBL. Cuando existen personas , equipamiento eléctrico y/o electrónico sensible en el interior de un edificio, o también existen líneas de energía y/o de telecomunicaciones o de datos que ingresan o egresan de dicho edificio, puede ocurrir que dichas líneas y el equipamiento eléctrico o electrónico sensible sufran desperfectos motivados por la corriente del rayo con la consecuencia de que pueden poner en peligro la vida de las personas , dañar el contenido interior del edificio , producir pérdidas del servicio o producir pérdidas económicas, por lo que es conveniente en este caso analizar los riesgos de daño que puede producir la corriente del

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rayo basándose en la Norma IRAM 2184-2(AEA 92305-2) puesto que dicha parte de la norma es considerablemente más abarcativa en los aspectos de la instalación eléctrica antes mencionados de lo que lo es la Norma IRAM 2184-11 la cual conserva el método clásico de selección del SPCDA. Esta posibilidad entre aplicar el procedimiento clásico (IRAM 2184-11) para seleccionar el SPCDA o aplicar el nuevo procedimiento (IRAM 2184-2; AEA 92305-2) para realizar dicha selección se contempla en la Norma IRAM 2184-11. 5.2

Importancia de la evaluación del riesgo

Todo diseño de un sistema de protección contra el rayo debe estar basado en la evaluación del riesgo, el resultado de la evaluación del riesgo nos permitirá determinar sobre la necesidad de proteger o no la estructura. En caso de ser necesaria la protección, se deberán implementar las medidas de protección más adecuadas a la instalación, a fin de reducir el riesgo a un valor igual o inferior al valor tolerable. Método simplificado de evaluación de riesgos según IRAM 2184-11 (AEA 92305-11) Se basa en el cálculo y comparación de la frecuencia aceptada de rayos directos sobre la estructura “Nc” con la frecuencia esperada de rayos sobre la estructura “Nd” , luego se calcula la eficiencia “Ec” como se nuestra en la página siguiente: Ec = 1- Nc/Nd y de acuerdo a lo que da su valor se selecciona el nivel de protección “Ec >=E” de acuerdo a la siguiente tabla: Eficiencia “E” 0,98
Nivel de protección requerido Nivel l + Medidas adicionales 0,98 Nivel l 0,95 Nivel ll 0,90 Nivel lll 0,80 Nivel lV No necesita protección 1

De acuerdo al nivel seleccionado de la tabla anterior luego se seleccionará el método de protección por la esfera rodante o por el ángulo de protección o por el mallado o por una combinación de todos los métodos anteriores, (ver tablas y figura de abajo). Nivel de protección

Radios de la esfera rodante (m) Página 5 de 24

Dimensión del mallado (m)

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I II III IV

20 30 45 60

A

5x5 10x10 15x15 20x20

Ángulo de Protección

Cálculo de las frecuencias esperadas “Nd” y aceptadas “Nc” Nd= Ng x Ae x C1 x 10(-6) descargas / año TABLA 1 - DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE C1 Situación relativa de la estructura de altura H Estructura situada en un espacio donde hay otras estructuras o árboles de la

C1 0,25

misma o mayor altura que la de la estructura considerada (H). Estructura rodeada de otras estructuras mas pequeñas (alturas < H).

0,5

Estructura aislada: no hay estructuras a distancias menores a 3 x H.

1

Estructura aislada en la cumbre de una colina o sobre un promontorio.

2

Ng es el número de descargas por Km cuadrado por año que se esperan que impacten en la estructura, (ver punto 5.4). Ae es el área equivalente de descargas de una estructura, (ver punto 5.5).

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Nc= 5,5 x 10(-3) descargas / año C

A

C=C2 x C3 x C4 x C5

TABLA 2 - DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE C2 Evaluación del tipo de construcción de la estructura

C2

Estructura metálica y techo metálico.

0,5

Estructura metálica y techo común.

1

Estructura metálica y techo inflamable.

2

Estructura común y techo metálico.

1

Estructura común y techo común.

1

Estructura común y techo inflamable.

2,5

Estructura inflamable y techo metálico. Estructura inflamable y techo común.

2 2,5

Estructura inflamable y techo inflamable.

3

TABLA 3 - DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE C3 Contenido de la estructura

C3

Sin valor o no inflamable.

0,5

De valor común o normalmente inflamable.

1

De gran valor o particularmente inflamable.

2

De valor excepcional, irremplazable o muy inflamable, explosivo.

3

TABLA 4 - DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE C4 Ocupación de la estructura

C4

No ocupada.

0,5

Normalmente ocupada.

1

De evacuación difícil o con riesgo de pánico.

3

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TABLA 5 - DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE C5 Consecuencias de un impacto de rayo

C5

Sin necesidad de continuidad en el servicio y con alguna consecuencia sobre

1

el entorno. Con necesidad de continuidad en el servicio y con algunas consecuencias

5

para el entorno. Con varias consecuencias para el entorno.

10

Método detallado de evaluación de riesgos según IRAM 2184-2 (AEA 92305-2) Está basado en las fuentes de daños y tipos de daño con sus siniestros, (pérdidas), asociados producidos por la corriente del rayo. Fuentes de daño La corriente del rayo es la fuente principal de daño; las fuentes de daños se diferencian según el lugar de impacto del rayo en una estructura/edificio o en un servicio. Se establecen cuatro fuentes de daños, dependiendo del lugar de impacto del rayo en la estructura/edificación o servicio o en sus alrededores. Las fuentes de daños son las siguientes: • S1: Impacto a la estructura • S2: Impacto cercano a la estructura • S3: Impacto a un servicio • S4: Impacto cercano a un servicio Tipos de daños: Los daños que puede causar el rayo dependen de las características del objeto a proteger tales como: el tipo de construcción, el contenido y el uso, los tipos de servicios y de las medidas de protección aplicadas. Para el análisis del riesgo se distinguen tres tipos básicos de daños: • D1: Lesiones a los seres vivos • D2: Daños físicos • D3: Fallas de los sistemas eléctricos y electrónicos

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Tipos de pérdidas: Para cada tipo de daño, solo o en combinación con otros, puede producir pérdidas de distinta importancia en el objeto a proteger. Las pérdidas que pueden presentarse en una edificación o estructura son: • L1: Pérdidas de vidas humanas • L2: Pérdidas de servicios públicos • L3: Pérdidas del patrimonio cultural • L4: Pérdidas de valores económicos (por la edificación, estructura y su contenido, así como también por pérdidas relacionadas con la actividad productiva).

La tabla de abajo muestra los tipos de fuentes, daños y pérdidas para la evaluación del riesgo que son aplicables a las instalaciones de la planta en estudio:

Punto del impacto

Tipo de daño

Tipo de pérdidas

S1

D1 D2 D3

L1,L4 2) L1,L2,L3,L4 L1 1),L2,L4

S2

D3

L11),L2,L4

Servicio conectado a la estructura

S3

D1 D2 D3

L1,L4 2) L1,L2,L3,L4 L11),L2,L4

Cercano a un servicio

S4

D3

L1 1),L2,L4

En la edificación Estructura

Fuente de daño o

Cerca de la edificación o estructura

[1] Sólo para estructuras con riesgo de explosión y para hospitales o estructuras en las que los fallos de los sistemas internos dan lugar a un riesgo inmediato para la vida humana. [2] Sólo para propiedades donde puedan producirse pérdidas de animales. Clasificación de Riesgos Página 9 de 24

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El riesgo “R” es una medida de las pérdidas y para cada tipo de pérdida debe evaluarse el riesgo relacionado. Los riesgos a evaluar en una edificación o una estructura pueden ser: • R1: Riesgo de pérdida de vidas humanas • R2: Riesgo de pérdida de servicios públicos • R3: Riesgo de pérdida del patrimonio cultural • R4: Riesgo de pérdida de valores económicos Cada riesgo R estará formado por la suma de otros riesgos, llamados riesgos componentes. Cuando se calcula un riesgo R, los riesgos componentes serán agrupados de acuerdo a la fuente de daño (S) y al tipo de daño (D). El riesgo R de daño por rayo, se calcular a partir de la siguiente relación general: RX = Nx x Px x Lx Dónde: Nx = densidad anual de rayos en el área de la estructura o edificación en estudio en 1 / km2 /año Px = Probabilidad de daño a la estructura Lx = La pérdida consecuente Determinación del Riesgo Tolerable (RT) Son valores representativos del riesgo R, donde la caída de rayos involucra pérdida de vidas humanas, o pérdida de valores culturales o sociales, a continuación se indican los valores típicos de riesgos permitidos según norma y denominados riesgos tolerables RT. TIPO DE PÉRDIDA

Riesgo Tolerable RT

Pérdida de vidas humanas

10-5

Pérdida de servicios públicos

10-3

Pérdida del patrimonio cultural

10-3

Procedimiento para evaluar la necesidad de protección La metodología para la evaluación del nivel de riesgo, se realiza para determinar si se requiere implementar un sistema de protección contra rayos sobre la estructura o edificación y las acciones necesarias a tomar que permitan disminuir el riesgo a un valor tolerable. El procedimiento básico para realizar la evaluación del nivel de riesgo de una estructura o edificación es la siguiente:

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• Identificar el objeto a proteger y sus características • Identificar todos los tipos de pérdidas en el objeto y los riesgos R relevantes correspondientes (R1 hasta R4) • Evaluar el riesgo R; el cual representa la suma de todos los componentes de riesgos relevantes para el tipo de perdida (L1 o L2 o L3 ) respectivo • Evaluar la necesidad de protección de una estructura comparando los riesgos R1, R2 y R3 (R’ para un servicio) con el riesgo tolerable RT • Evaluación de la conveniencia económica de la protección comparando los costos de las pérdidas totales con o sin medidas de protección. En este caso se debe considerar el riesgo R4 Si R ≤ RT, entonces, la edificación o estructura no requiere de protección contra descargas atmosféricas o la misma está protegida contra daños por efectos del rayo. Si R > RT, entonces se deben implementar medidas de protección para reducir los riesgos al cual el objeto está expuesto. A continuación se muestra el diagrama de flujo, donde se indica el procedimiento para determinar mediante el cálculo del riesgo y compararlo con valor del riesgo tolerable, la necesidad de adoptar medidas de protección.

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Identificar la estructura a proteger

Identificar los tipos de pérdidas relativos a la estructura o al servicio a proteger

Para cada tipo de pérdida: * Identificar el riesgo tolerable R * Identificar y calcular todas las componentes de riesgo relevantes Rx

Calcular R = ΣRx

NO R > Rt

SI

Instalar medidas de protección adecuadas convenientes para reducir R

Estructura o servicio protegido para este tipo de pérdidas

Componentes del riesgo R A continuación se indican los componentes de riesgo a ser considerados para cada tipo de pérdida en una estructura, de acuerdo al tipo de riesgo a ser considerado: El riesgo R1 de pérdidas de vidas humanas, viene dado por la suma de riesgos componentes: R1 = RA + RB + RC + RM + RU + RV + RW + RZ El riesgo R2 de pérdidas de servicios públicos, se compone de la siguiente manera: R2 = RB + RC + RM + RV + RW + RZ

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El riesgo R3 de pérdidas de patrimonio cultural, se compone de la siguiente manera: R3 = RB + RV El riesgo R4 de pérdidas de valores económicos, se compone de la siguiente manera: R4 = RA Componente de riesgo RA RA = Componente del riesgo relacionado a daños a seres vivos, debido a voltajes de toque y paso por impacto de rayos a la estructura, hasta los 3 metros fuera de la estructura o edificación, con pérdida tipo L1 . El valor de RA se obtiene mediante la siguiente expresión: RA = ND x PA x ra x Lt (1) ND = Ng x Ae x Cd x 10 -6 (2) Ng ≈ 0.1 x TD Dónde: ND = Frecuencia esperada de rayos directo en una estructura TD = Numero de tormentas eléctricas por año Ae = Área colectora o equivalente de captura de rayo en una estructura aislada Cd = factor asociado al lugar de instalación de la estructura Ng = Densidad de rayos (1/km2 /año) PA = Probabilidad de que impacto de rayo en la estructura cause daño a seres vivos ra = factor asociado al tipo de suelo o piso superficial Lt = factor asociado al tipo de estructura

Componente de riesgo RB RB = Componente del riesgo R relacionado con el impacto de rayo a la estructura o edificación, tiene que ver con el daño físico causado por una chispa peligrosa dentro en la estructura o edificación, provocando incendio o explosión, perdidas tipo L1, L2, L3 y L4 pueden aplicar.

El valor de RB se obtiene mediante la siguiente expresión: RB = ND x PB x rp x rf x hz x Lf (3)

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Dónde: PB = Probabilidad de que impacto de rayo en la estructura cause daños físicos la estructura rp = factor asociado a la previsión para reducir las consecuencias de incendio . rf = factor de reducción de perdida debido a daños físicos dependiendo del riesgo de incendio en la estructura. hz = factor asociado al incremento de las perdidas como consecuencias de riesgos especiales Lf = factor asociado al tipo de estructura Componente de riesgo RC RC = Componente del riesgo R relacionado con falla del sistema eléctrico y electrónico (falla sistema interno) causado por LEMP (Impulso electromagnético del rayo) lo cual genera pérdida de tipo L2 y L4 y L1 en el caso de estructuras con riesgos de explosión o edificaciones como un hospital por el impacto del rayo en la estructura. El valor de RC se obtiene mediante la siguiente expresión: RC = ND x PC x L0

(4)

Dónde: PC = Probabilidad de que impacto de rayo en la estructura cause falla en el sistema interno L0 = factor asociado al tipo de estructura Componente de riesgo RM RM = Componente del riesgo R relacionado con falla del sistema eléctrico y electrónico (falla sistema interno) causado por LEMP. Perdida de tipo L2 y L4 podrían ocurrir y L1 en caso de estructuras con riesgos de explosión o un hospital por impacto de rayos cerca de la estructura. Para calcular RM se obtiene mediante la siguiente expresión: RM = NM x PM x L0

(5)

NM = Ng x (Am – Ae x Cd) x 10-6 (6) Dónde: Am = Área colectora o equivalente de captura de rayo cerca de la estructura que se extiende hasta una línea situada a una distancia de 250 m desde el perímetro PM = Probabilidad de que un rayo cerca de la estructura cause falla en el sistema interno de la estructura Componente de riesgo RU Página 14 de 24

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RU = Componente del riesgo R para la estructura, debido a un impacto de rayo a un servicio (líneas eléctricas aéreas de potencia o telecomunicaciones) conectado a la misma. Este componente se relaciona con daños a los seres vivos causado por el voltaje de toque dentro de la edificación, provocado por la corriente del rayo inyectada en la línea que entra en la edificación (perdida tipo L1). El valor de RU se obtiene mediante la siguiente expresión: RU = (NL + ND) x PU x rp x Lt

(7)

NL = Ng x AI x Cd x Ct x 10 -6 (8) Dónde: PU = Probabilidad de que un rayo a un servicio cause daño a seres vivos NL = Frecuencia de impacto de rayos directamente a un servicio conectado a la edificación o estructura AI = Es el área colectora asociado a impacto de rayos a tierra cerca del servicio Ct =Factor de corrección por la presencia de transformador de medio/bajo voltaje asociado al servicio conectado a la estructura. Componente de riesgo RV RV = Componente del riesgo R para la edificación o estructura debido a impacto de rayo a un servicio conectado a la misma. Componente del riesgo relacionado con el daño físico (incendio o explosión provocados por una chispa entre la instalación externa y partes metálicas generalmente en el punto de entrada de la línea eléctrica o de telecomunicaciones a la edificación) debido a la corriente de rayo transmitida a través de los servicios de entrada (perdidas tipo L1, L2, L3 y L4 pueden ocurrir). El valor de RV se obtiene mediante la siguiente expresión: RV = (NL + NDa) x PV x rp x hz x rf x Lf

(9)

Dónde: PV = Probabilidad de que un rayo a un servicio cause daño físicos

Componente de riesgo RW RW = Componente del riesgo para la edificación o estructura debido a impacto de rayo a un servicio conectado a la misma. Este componente se relaciona con falla en el sistema interno

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(sistema eléctricos y electrónicos) causado por sobrevoltaje inducidos en la entrada de líneas eléctricas y transmitida a la estructura (perdidas tipo L2 y L4 podrían ocurrir y L1 en caso de estructuras con riesgo de explosión). El valor de RW se obtiene mediante la siguiente expresión: RW = (NL + NDA) x PW x L0

(10)

Dónde: PW = Probabilidad de que un impacto de rayo a un servicio cause falla en el sistema interno (eléctrico y electrónico). Componente de riesgo RZ RZ = Componente del riesgo para la edificación o estructura debido a impacto de rayo cerca de un servicio conectado a la misma. Este componente se relaciona con falla en el sistema interno (sistema eléctricos y electrónicos) causado por sobrevoltaje inducidos en la entrada de líneas eléctricas y transmitida a la estructura (perdidas tipo L2 y L4 podrían ocurrir y L1 en caso de estructuras con riesgo de explosión). El valor de RZ se obtiene mediante la siguiente expresión: RZ = (NI – NL) x PZ x L0

(11)

Para una sección de servicio (aéreo, subterráneo, apantallado, no apantallado, etc.) el valor de NI puede obtenerse por la expresión:

NI = Ng x Ai x Ce x Ct x 10 -6 (12)

Dónde: PZ = Probabilidad de imanto de rayo a un servicio cause falla en el sistema interno Ai = Área colectora asociada al impacto de rayos a tierra cerca del servicio NI = Frecuencia de impacto de rayos adyacente al servicio conectado a la edificación

5.3

Sistema de Protección contra Rayos de una Estructura

El sistema de protección contra rayos lo comprende la protección externa y interna. Página 16 de 24

protección

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Sistema de protección externa La protección externa está formada por tres elementos esenciales: • Sistema de captación (terminales aéreos) encargados de interceptar los impactos directos de rayos a la estructura. • Sistema de conductores bajantes, encargado de conducir de manera adecuada y segura la corriente del rayo al sistema de puesta a tierra. • Sistema de puesta a tierra, encargado de dispersar adecuadamente la corriente del rayo en la tierra. Sistema de captación: Los terminales aéreos o puntas captoras pueden estar compuestos por cualquier combinación de los siguientes elementos: Varillas Tipo Franklin (incluyendo los mástiles auto-soportados) • Cables tendidos • Malla de conductores Ubicación de los terminales aéreos o captores: Para la ubicación de los terminales captores se emplearan los siguientes métodos, los cuales pueden ser usados independientemente o en combinación entre ellos: • Esfera ficticia rodante, este método es adecuado para estructuras de forma compleja • Ángulo de protección: Este método es adecuado para estructuras de formas simples, sin embargo tiene limitaciones geométricas.

Tipos de protección externa: Existen dos tipos de sistema de protección externa uno aislado eléctricamente de la estructura y el otro unido directamente a la misma. La decisión de qué tipo de sistema se va a utilizar depende de ciertos factores tales como los efectos térmicos o explosivos en el punto de impacto del rayo y del tipo de material almacenado en la estructura. Por ejemplo una estructura con paredes de tipo combustible o la ubicación de la misma en área clasificada puede incidir en la elección de una protección externa tipo aislada. En la protección externa no-aislado el sistema de protección contra descarga se encuentra en contacto con la estructura, y la parte metálica o armazón de la estructura puede ser utilizada como transporte de la corriente del rayo, es decir como un componente natural de la Página 17 de 24

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protección contra rayo, para ello se tiene que cumplir con ciertos requerimientos de espesor de la parte metálica y características de las estructuras indicadas en el punto 5.2.4 de la EDP-01.04-00. Sistema de Protección interna La protección interna tiene como función la de prevenir chispas peligrosas dentro de la edificación o estructura. Esto se logra por medio de uniones equipotenciales y mantener distancia de seguridad entre los componentes del sistema de protección contra rayos y otros elementos conductivos dentro de la edificación o estructura. Adicionalmente también aquí se incluye los dispositivos eléctricos complementarios con el objeto de reducir los efectos electromagnéticos (voltajes inducidos) de la corriente del rayo en los sistemas eléctricos y electrónicos dentro del espacio a proteger. Los efectos electromagnéticos en los sistemas eléctricos y electrónicos en la edificación son más acentuados cuando se utiliza un sistema de protección no-aislado. 5.4

Densidad ceráunica de la zona en estudio

El valor de la densidad ceráunico de la zona en estudio es adoptada según mapa de la República Argentina que se muestra a continuación, donde se indica el número promedio anual de rayos a tierra caídos en el área de 1km2 en cierto lugar geográfico. Para el caso de no disponer de la densidad ceráunico se puede recurrir a la siguiente expresión:

Ng = 0,04 TD1,25 Dónde: TD es el nivel ceráunico (promedio anual de días con tormentas eléctricas).

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5.5

Determinación del área “Ae” equivalente de captura de las estructuras

El área equivalente de descargas de una estructura se define como la superficie de terreno que tendría el mismo número anual de descargas directas que la estructura que se analiza. La superficie de captura equivalente corresponde a la superficie comprendida en el interior de una línea imaginaria cerrada, obtenida por la intersección entre el terreno y una línea recta con una pendiente 1/3 la cual rodearía toda la estructura pasando por el perímetro más alto de la misma, según se representa a continuación.

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Dicha área puede calcularse con la siguiente expresión: Ae = L × W + 6 × H × (L + W) + 9 × π × H 2

5 CÁLCULO DEL NIVEL DE PROTECCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Como criterio de estudio para el análisis y dimensionamiento del sistema de protección contra descargas atmosféricas de la planta en cuestión se realizará una evaluación de riesgo considerando el agrupamiento de las estructuras y equipos según pertenezcan a ISBL o a OSBL. Las estructuras y equipos se agrupan según el siguiente detalle: Estructuras y equipos de ISBL: [1] Aeroenfriadores [2] Galpón de Compresores [3] HC-D-01: Reactor de diolefinas [4] HC-D-02: Reactor de hidrotratamiento Página 20 de 24

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[5] HC-E-01: Torre estabilizadora [6] HC-E-02: Splitter Nafta liviana [7] HC-E-03: Splitter Nafta pesada [8] HC-F-11: Recipiente de inyección de agente sulfidante [9] HC-F-50: Acumulador de Hot Oil [10] HC-B-50: Horno de Hot Oil [11] HC-B-01: Horno de carga de reactor Edificios: [1] Subestación 33 [2] Sala de control [3] Sala de Variadores

6 RESULTADOS DE LA EVALUACION DE RIESGO A continuación se muestran los resultados de la evaluación de riesgo de los equipos y estructuras arriba mencionadas y su recomendación sobre la necesidad de protección para asegurar su verificación en los casos que corresponden. Por los análisis de evaluación de riesgo ver los ANEXO I adjunto a la presente memoria de cálculo. Estructuras y equipos de ISBL (análisis de riesgo según IRAM 2184-11): [1] Aeroenfriadores Se realizó la evaluación de Riesgo y al efecto de su verificación y cumplimiento, se instalaran puntas captoras de 45 m de altura como se muestra en el plano “R-216-14-H35 Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL” y de tal manera que se cumpla la condición del criterio de esfera rodante de nivel III, conectadas a la malla de puesta a tierra a construir. Ver anexo I. [2] Galpón de Compresores Se realizó la evaluación de Riesgo y al efecto de su verificación y cumplimiento, se instalaran puntas captoras de 45 m de altura como se muestra en el plano “R-216-14-H35 Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL” y de tal manera que se cumpla

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la condición del criterio de esfera rodante de nivel 45, conectadas a la malla de puesta a tierra a construir. Ver anexo I. [3] HC-D-01: Reactor de diolefinas Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor”, (SPCDA Nivel IV). [4] HC-D-02: Reactor de hidrotratamiento Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor, no obstante se instalan puntas captoras en la parte superior de dicho equipo para proteger a operarios que pueden estar en dicha parte superior, ver “R-216-14-H35 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL”, (SPCDA Nivel I). [5] HC-E-01: Torre estabilizadora Equipo autoprotegido por lo explicado en el punto de arriba, no requiere la instalación de un sistema captor, no obstante se instalan puntas captoras en la parte superior de dicho equipo para proteger a operarios que pueden estar en dicha parte superior, ver plano “R-216-14-H35 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL”, (SPCDA Nivel II). [6] HC-E-02: Splitter Nafta liviana Ídem “HC-E-01”, ver “R-216-14-H35 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL”, se instalan puntas captoras en la parte superior de HC-E-02, (SPCDA Nivel I). [7] HC-E-03: Splitter Nafta pesada Ídem “HC-E-01”, ver plano “R-216-14-H35 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – ISBL”, se instalan puntas captoras en parte superior de HC-E-03, (SPCDA Nivel II). [8] HC-F-11: Recipiente de inyección de agente sulfidante Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor”, (SPCDA Nivel IV). [9] HC-F-50: Acumulador de Hot Oil Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor”, (SPCDA Nivel IV).

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[10] HC-B-50: Horno de Hot Oil Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor”, (SPCDA Nivel I). [11] HC-B-01: Horno de carga de reactor Equipo autoprotegido puesto que el mismo cumple con las exigencias de la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4, no requiere la instalación de un sistema captor”, (SPCDA Nivel I). [12] HC-L-50: Torre de enfriamiento Se realizó la evaluación de Riesgo y al efecto de su verificación y cumplimiento, se instalaran puntas captoras de 60 m de altura y de tal manera que se cumpla la condición del criterio de esfera rodante de nivel IV, conectadas a la malla de puesta a tierra a construir. Ver anexo I. -Edificios (análisis de riesgo según IRAM 2184-2): [1] Subestación 22: Se realizó la evaluación de riesgo y al efecto de su verificación y cumplimiento, se instalaran puntas captoras tipo Franklin, se deberán equipotencializar todas las estructuras metálicas de la SE22 y se deberán instalar extinguidores de incendio en su interior, (Ver anexo II “Análisis de Riesgo SE22”). Las puntas captoras estarán ubicadas como se muestra en el plano “R-216-14-H73 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – Edificios” de tal manera que se cumpla la condición del criterio de esfera rodante de Nivel IV, conectadas a la malla de puesta a tierra a construir. [2] Sala de Variadores: Se realizó la evaluación de riesgo para esta sala resultando que no es necesaria la instalación de puntas captoras para proteger dicha sala pero sí es necesaria la equipotencializacion de todas las estructuras metálicas de la Sala de Variadores y la instalación de extinguidores de incendio en su interior, (Ver anexo II “Análisis de Riesgo Sala de Variadores”). [3] Sala de control: Se realizó la evaluación de Riesgo y al efecto de su verificación y cumplimiento, se instalaran puntas captoras tipo Franklin, se deberán equipotencializar todas las estructuras metálicas de la Sala de Control y se deberán instalar extinguidores de incendio en su interior, (Ver anexo II “Análisis de Riesgo Sala de Control”). Página 23 de 24

A



Las puntas captoras estarán ubicadas como se muestra en el plano “R-216-14-H73 - Plano de protección contra descargas atmosféricas – Edificios” de tal manera que se cumpla la condición del criterio de esfera rodante de Nivel lll, conectadas a la malla de puesta a tierra a construir. 7 CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados de la evaluación del riesgo de pérdida por efectos de rayos realizado, se concluye que una parte considerable de las equipos estudiados de ISBL-OSBL son del tipo autoprotegidos que no requieren la instalación de un sistema captor puesto que cumplen con la ED-P-01.04-00 punto 3.3.2 y 5.2.4 Los demás edificios y equipos que no son autoprotegidos y que requieren un SPCDA para protección de los mismos se indican y se realizan las recomendaciones correspondientes. 8 ANEXOS Forman parte de la presente memoria de cálculo los siguientes anexos. 9.1

ANEXO II: “CÁLCULO DE SPCDA SEGÚN IRAM 2184-2” (9 PÁGINAS)

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PROYECTO: NUEVA UNIDAD DE HTNC “B” EN RLP ETAPA 2 Complejo Industrial La Plata

TITULO: Memoria de cálculo de Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas-ANEXO II Revisión:

ANEXO II “Cálculo de SPCDA según IRAM 2184-2”

(9) páginas incluyendo la presente

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1. ANÁLISIS DE RIESGO “SUBESTACIÓN 22” (AMPLIACIÓN MÁS SALA EXISTENTE)

NOMBRE DE LA ESTRUCTURA:

SUBESTACIÓN 22

PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS-ANÁLISIS DE RIESGOS IRAM 2184-2 (IEC 62305-2) SE CONSIDERA COMO PUNTO DE PARTIDA PARA EL ANÁLISIS QUE LA SUBESTACIÓN NO TIENEN PROTECCION

DATOS DE LA ESTRUCTURA Y DATOS CLIMÁTICOS Parámetro

Símbolo

Variable

Unidad

Largo:

L

28,14

metros

Ancho:

W

13,33

metros

Altura:

H

9,25

metros

Densidad de rayos a tierra:

Ng

5

Rayos / km2 x año

Localización de estructura:

Cd

1

Ae

5096

m2

Am

217460

m2

Ai

230000

m2

ND = Ng x Ae x Cd x 10 –6

0,025479569

Área colectora equivalente de la estructura Área colectora extendida de estructura Área colectora extendida de servicios Frecuencia esperada de rayos sobre la estructura

DETERMINACIÓN DE COMPONENTES DE RIESGO RA Probabilidad de daño a seres vivos

PA

1

Factor asociado al tipo de suelo Factor asociado al tipo de estructura Factor asociado al tipo de estructura:

ra Lt

0,01 0,01

LA= ra x Lt

0,0001

RA = ND x PA x LA

2,548E-06

Componente de riesgo RA:

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DETERMINACIÓN DE COMPONENTES DE RIESGO RB Probabilidad de daño a la PB estructura: Factor de reducción como una función de previsiones tomadas rz para reducir las consecuencias del incendio Factor de Incremento de pérdida hz por daño físico Factor asociado a la reducción de rf pérdida contra incendio: Factor asociado al tipo de Lf estructura: Pérdidas en una estructura en LB= LV = rz x hz x rf x Lf relación al daño físico

1

1

2 0,01 0,05 0,001

Componente de riesgo RB:

RB = ND PB LB

2,548E-05

Componente de riesgo RC:

RC = ND PC LC

0

Componente de riesgo RM:

RM = NM x PM x LM

0

Componente de riesgo RU:

RU = (NL + NDa) x PU x LU

0

Componente de riesgo RV:

RV = (NL + NDa) x PV x LV

0

Componente de riesgo RW:

RW = (NL + NDa) x PW x LW

0

Componente de riesgo RZ:

RZ = (NI – NL) x PZ x LZ

0

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A

DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO Riesgo tolerable según el tipo de pérdida Riesgo tolerable RT:


Riesgo de pérdida de vidas humanas R1: Riesgo de pérdida de servicios:

RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ RB+RC+RM+RV+RW+RZ

Riesgo de pérdida del patrimonio cultural: RB+RV Riesgo de pérdida de valores económicos: RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ Riesgo calculado

Se adopta R1

1,00E-05 2,80275E05 2,54796E05 N/A N/A 2,802E-05

R1>RT (Consideramos la peor condición que es la pérdida de vidas humanas o “R1” según IRAM 2184-2)

Se requiere instalar Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas

Según IRAM 2184-2/IEC62305-2 los riesgos RC, (Rayos al edificio), RM, (Rayos cercanos al edificio), RW, (Rayos al servicio que ingresa al edificio), y RZ, (Rayos cercanos al servicio que ingresa al edificio), solamente son considerados para estructuras con riesgo de explosión y para hospitales con equipo eléctrico de reanimación u otras estructuras, cuando fallas de los sistemas internos ponen en peligro de manera inmediata la vida humana. En el caso de la Subestación 22 no existe riesgo de explosión de la misma ante la caída de un rayo ni tampoco riesgo inmediato de pérdida de la vida humana por la misma causa y de acuerdo a esto consideramos que RC, RM, RW y RZ son todos “0 (cero)”. En cuanto a RU es el riesgo de daños a seres vivos en el interior de las estructuras por tensiones de contacto originadas dentro de las mismas por una descarga atmosférica en las líneas eléctricas que ingresan o egresan de una estructura. En nuestro caso tenemos que las líneas de baja y media tensión que ingresan o egresan de la SE 22 lo hacen en forma subterránea para el sector existente de la SE22 y lo harán por bandejas portacables con tapa en la parte que se ampliará de la misma, dichas tapas actúan como blindaje ante una descarga atmosférica en los cables que están instalados en las bandejas y además las mismas estarán vinculadas al sistema de puesta a tierra, por lo tanto es muy improbable que se transmitan Página 4 de 9



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sobretensiones al interior de la SE22 que pongan en riesgo la vida de las personas que pudieran estar en el interior de la misma y en consecuencia RU=0. En cuanto a RV, es el riesgo de daños físicos (incendio o explosión desatados por chispas peligrosas entre la instalación externa y partes metálicas, generalmente en el punto de entrada de la línea a la estructura) debido a la corriente eléctrica transmitida a través de los servicios entrantes o salientes de una estructura. Para la SE22 por las consideraciones hechas para RU acerca de las instalaciones de los cables través de cañeros y bandejas, consideramos que es muy improbable que se incendie o explote la SE 22 ante una descarga atmosférica en las líneas de baja y media tensión que ingresan o egresan a la SE22 por lo que RV=0. Si se instala un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas “Nivel 4” compuesto por puntas captoras tipo Franklin, se equipotencializan todas las estructuras metálicas en el interior de la SE22 y además se tiene en cuenta que en el interior de la misma se instalarán extintores de incendio, recalculando luego los riesgos se obtiene un nuevo cuadro de Determinación del Nivel de Riesgo que se muestra abajo:

DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO Riesgo tolerable según el tipo de pérdida 1,00E-05

Riesgo tolerable RT:


Riesgo de pérdida de vidas humanas R1:

RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ 2,5744E-06

Riesgo de pérdida de servicios:

RB+RC+RM+RV+RW+RZ

Riesgo de pérdida del patrimonio cultural: RB+RV Riesgo de pérdida de valores económicos: RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ Riesgo calculado

Se adopta R1

2,5476E-06 N/A N/A 2,5734E-06

R1
Estructura potegida contra las descargas atmosféricas por SPCDA Nivel IV

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Como se observa, al instalar las puntas captoras, al equipotencializar todas las estructuras metálicas de la SE22 y contar con extintores de incendio en la misma se verifica que R1
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A

2. ANÁLISIS DE RIESGO “SALA DE RACKS”

NOMBRE DE LA ESTRUCTURA:

SALA DE RACKS

PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS-ANÁLISIS DE RIESGOS IRAM 2184-2 (IEC 62305-2) SE CONSIDERA COMO PUNTO DE PARTIDA PARA EL ANÁLISIS QUE LA SALA DE RACKS NO TIENEN PROTECCIÓN

DATOS DE LA ESTRUCTURA Y DATOS CLIMÁTICOS Parámetro

Símbolo

Variable

Unidad

Largo:

L

28,8

metros

Ancho:

W

6,82

metros

Altura:

H

8,55

metros

Densidad de rayos a tierra:

Ng

5

Rayos / km2 x año

Localización de estructura:

Cd

0,5

Área colectora equivalente de la estructura

Ae

4091

m2

Área colectora extendida de estructura

Am

214356

m2

Área colectora extendida de servicios

Ai

0

m2

ND = Ng x Ae x Cd x 10 –6

0,010226616

Frecuencia esperada de rayos sobre la estructura

DETERMINACIÓN DE COMPONENTES DE RIESGO RA Probabilidad de daño a seres vivos

PA

1

Factor asociado al tipo de suelo

ra

0,01

Factor asociado al tipo de estructura

Lt

0,01

Factor asociado al tipo de estructura:

LA= ra x Lt

0,0001

RA = ND x PA x LA

1,02266E-06

Componente de riesgo RA:

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DETERMINACIÓN DE COMPONENTES DE RIESGO RB Probabilidad de daño a la estructura:

PB

1

Factor de reducción como una función de previsiones tomadas para reducir las consecuencias del incendio Factor de Incremento de pérdida por daño físico Factor de reducción "rf" como una función del riesgo de incendio de la estructura:

rz

1

hz

1

rf

0,01

Factor asociado al tipo de estructura:

Lf

0,05

LB= LV = rz x hz x rf x Lf

0,0005

Componente de riesgo RB:

RB = ND PB LB

5,11331E-06

Componente de riesgo RC:

RC = ND PC LC

0

Componente de riesgo RM:

RM = NM x PM x LM

0

Componente de riesgo RU:

RU = (NL + NDa) x PU x LU

0

Componente de riesgo RV:

RV = (NL + NDa) x PV x LV

0

Componente de riesgo RW:

RW = (NL + NDa) x PW x LW

0

Componente de riesgo RZ:

RZ = (NI – NL) x PZ x LZ

0

Pérdidas en una estructura en relación al daño físico

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A



A

DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO Riesgo tolerable según el tipo de pérdida Riesgo tolerable RT:


1,00E-05

Riesgo de pérdida de vidas humanas R1: Riesgo de pérdida de servicios: Riesgo de pérdida del patrimonio cultural: Riesgo de pérdida de valores económicos:

RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ

6,17E-06

RB+RC+RM+RV+RW+RZ RB+RV RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ

5,11E-06 N/A N/A

Riesgo calculado

Se adopta R1

6,17E-06

R1
No se requiereinstalar Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas

Las mismas consideraciones hechas para la Subestación 22 con respecto a los riesgos RC, RM, RW, RZ,RU y RV se aplican en este caso para la Sala de Variadores , es decir “RC=RM= RW= RZ=RU= RV=0”,(ver Análisis de Riego SE-22). Cabe aclarar que siempre estará presente la medida de protección de la equipotencializacion de todas las estructuras metálicas existentes en la Sala de Racks. En cuanto al “Riesgo de pérdida de servicios” que la norma lo califica como “R2”, se observa en la tabla de arriba que el mismo tiene un valor de “5,11E-06” valor que es menor al de referencia que estipula la norma que es de “1x10-3 ” y por lo tanto también se verifica la protección contra la pérdida de servicios. El “Riesgo de pérdida del patrimonio cultural” “R3” y el “Riesgo de pérdida de valores económicos” “R4”, no aplican para este análisis, (ver punto “5.2”).

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Mc Spcda Iec 62305

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