domingo, 6 de marzo de 2016

Sistemas Integrales de Protección contra Descargas Atmosféricas en la minería del Perú


Autor: Ing. Orlando E. Ardito Chavez / Ing. Jorge A. Noé Rondón
Corporación Selectronics SAC – Soluciones Integrales para sus Instalaciones www.selectronicsperu.com                 

La República del Perú, es un estado soberano situado en la parte occidental intertropical de América del Sur. Limita con Ecuador y Colombia por el norte; Brasil por el este; Bolivia por el sureste; Chile por el sur; y, el Océano Pacífico por el oeste. Tiene 3 regiones geográficas: costa sierra y selva y 08 pisos ecológicos que van desde los 0 hasta los 6.750 msnm.

La costa del Perú es una delgada franja entre el océano Pacífico y los Andes peruanos. La ecología de la costa está fuertemente influenciada por la corriente fría de Humboldt, la gran profundidad oceánica de la Fosa Peruana y por la altura de la Cordillera de los Andes. La combinación de estos tres fenómenos ocasionan que a pesar de que la costa peruana se encuentra en una zona intertropical, y bañada por 52 ríos que desembocan en el mar, su clima sea predominantemente subtropical árido y desértico en lugar de tropical lluvioso como la región de la selva.

La sierra, zona montañosa, es el escenario del desarrollo de los principales proyectos mineros del Perú tanto en socavón como a tajo abierto. En ese contexto, el Perú es 2do productor mundial de plata y cobre; 3ro de zinc y estaño; 4to de plomo y molibdeno; y, 6to de oro y el 90% de la minería en el Perú se realiza a más de 3000 msnm en zonas de ALTA probabilidad de impacto de rayos.

La selva, pantanosa e inhóspita, alberga alto potencial para el desarrollo de proyectos energéticos con el desarrollo de centrales hidroeléctricas así como la explotación de hidrocarburos (petróleo y gas).

MITOS

Es común pensar que una protección contra rayos está compuesta (así se venden) sólo por un terminal aéreo (conocido como pararayos) fuera de norma, un cable descendente  montados sobre aisladores y conectados  en su base a una o varias puestas a tierra verticales (varillas). No se suele implementar protección interior y mucho menos desarrollar un cultura de prevención.

Por tanto, las soluciones típicamente existentes carecen de sustento técnico dado que, ninguno de sus componentes cumple su rol de manera efectiva y más que una solución se han convertido en “un problema” para quienes originalmente optaron por su compra.


NORMATIVIDAD

Como en todo país en vías de desarrollo, a pesar del gran esfuerzo que vienen desarrollando nuestras autoridades, existe aún un avance incipiente en la normatividad y reglamentación sobre protección contra descargas atmosféricas,

En el Perú, la máxima autoridad para legislar en materias de seguridad eléctrica es el Ministerio de Energía y Minas y en tal sentido se disponen de dos (02) documentos:

-        El Código Nacional de Electricidad – Suministro
-        El Código Nacional de Electricidad – Utilización

De manera complementaria, el código establece que ante la ausencia de criterios, información insuficiente u obsoleta, debemos referirnos a la normatividad internacional vigente (IEC, NFPA, IEEE  o similar)

Por ejemplo, para el sector minero, el DS 055 – 2010 REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL Y OTRAS MEDIDAS COMPLEMENTARIAS EN MINERÍA señala en:

-        Capítulo CAPÍTULO XIV “ESTÁNDARES DE SERVICIOS Y ACTIVIDADES  CONEXAS”
-        Subcapítulo V – ELECTRICIDAD,   Articulo 337,   Numeral l)  que:

“En zonas de sobre tensiones por origen atmosférico  debe preverse un sistema integral de protección contra sobre tensiones tipo rayo, basado en normas Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), o de la National Fire Protection Association (NFPA), según corresponda».

Sin embargo no existen normas que regulen la venta e instalación de pararrayos, lo cual ha permitido el ingreso de productos de baja calidad, dudosa procedencia y/o no aceptados por consenso por la comunidad internacional.

Durante el año, decenas de personas mueren fulminadas víctimas de los rayos (ver anexo Cronología de muertes por rayos). Lo peor, es que muchos de los fallecidos dejan esta vida pensando que se encontraban resguardados frente a las descargas eléctricas porque compraron un pararrayos para proteger su casa o negocio. Sin embargo, la verdad es que fueron estafados mortalmente.

Debido a que el Código Nacional no contiene lineamiento de cómo se debe instalar un sistema de Protección Contra Descargas Atmosféricas, es que se presenta esta guía válida no solo para el Perú sino para todo lugar en donde se desarrolle actividad minera y que recoge las pautas y recomendaciones de la las normas internacionales IEC 62305 y NFPA 780 así como el RETIE, la NTC 4552  y la ABNT NBR 5419 entre otros importantes documentos.


SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS - SIPDA.

El objetivo de un sistema de protección integral contra descargas atmosféricas SIPDA es controlar (no eliminar) el fenómeno natural, encasándolo en forma segura, y consta de las partes siguientes:

A.    SISTEMA DE PROTECCION EXTERNA (SPE)
B.    SISTEMA DE PROTECCION INTERNA (SPI)
C.    SISTEMAS DE PREVENCION (SP)
D.    ANALISIS DE RIESGO

*En los tres niveles de acuerdo a la IEEE.
**Técnicas de apantallamiento en equipos electrónicos contra EMI y RFI.
***El análisis de riesgo de una edificación se encuentra en la Norma IEC-62305-2:2010 o NFPA 780:2010

A.-  Sistema de Protección Externa.   

Tiene la función de canalizar el rayo hasta el suelo en forma segura. Está conformado por tres (03) elementos:

A.1 Terminales Aéreos (Air Terminals): Tienen por función interceptar al rayo. Son instalados en las partes más altas o prominentes de la edificación que se quiere proteger. Todos ellos interconectados por cables eléctricos desnudos, de manera de ofrecer “mínimo” dos vías o caminos a la corriente de descarga, desde cada terminal aéreo. Todo terminal aéreo (pararrayos) debe ser tipo Franklin, tal como lo avalan las normas del mundo.

En teoría la mejor protección para cualquier establecimiento sería crear una “Jaula de Faraday”, como se hace en forma práctica en los Laboratorios de Alta Tensión, como medida de seguridad. Es decir proveer a la estructura de una “envolvente metálica” que conduzca la descarga atmosférica a tierra y la disipe.

Los Sistemas Franklin se diseñan y sus componentes se seleccionan con base a un cálculo gráfico conocido Método Electro-Geométrico  (EGM) o Esfera Rodante, y no el cuestionado Método de Colección Volumétrica (CVM - Collection Volume Method)

IMPORTANTE
o     Los pararrayos, no “paran” o evitan los rayos, sino que son utilizados “para los rayos”,  como elementos de mayor probabilidad de interceptación.
o     En sistemas de potencia  se denominan, erróneamente "pararrayos" a los dispositivos de protección contra sobretensiones de línea, descargadores de línea o "arresters".


A.2.- Bajantes (Down leads) son las responsables de conducir la corriente descarga atmosférica (rayo) a tierra. Al incrementarse su número se logra una reducción de la magnitud de la corriente que circula por cada uno y del ratio de ascenso de la corriente (di/dt); así mismo, se reduce la magnitud de las inducciones magnéticas en los lazos metálicos de la instalación y las diferencias de potencial a tierra.

A.3.-  La Puesta a Tierra (Ground/Earth) es el medio para dispersar y disipar la corriente del rayo. Puede estar conformado por electrodos verticales, horizontales o una combinación de ellos. Las normas internacionales recomiendan la instalación de un “anillo de puesta a tierra “que circunde la edificación, con ello se logra una mejor distribución de la corriente del rayo que se disipa en el terreno a la par que facilita la interconexión de los sistemas utilitarios (servicios públicos) a la red de puesta a tierra, por lo tanto una mejor equipotencialización. Asimismo, se recomienda la instalación de electrodos horizontales complementarios para favorecer la dispersión superficial de corrientes del rayo al ser un fenómeno en alta frecuencia.

Cabe aclarar que un sistema de puesta a tierra es un conjunto de elementos conductores de un sistema eléctrico específico, sin interrupciones ni fusibles, que conectan los equipos eléctricos con el terreno o una masa metálica. Comprende la puesta a tierra y la red equipotencial.
B Sistema de Protección Interna.

Es el conjunto de dispositivos que se deben instalar al interior de la edificación y que permiten proteger a los diferentes equipos y elementos de la instalación eléctrica interior, limitando las sobre corrientes y sobretensiones transitorias que puedan alcanzar los puertos de los equipos (Dispositivos de Protección contra Sobretensiones - DPS o Transient Voltage Supply Systems - TVSS).

Para  cada  instalación se debe hacer el análisis mediante  la  técnica de la compatibilidad electro magnética que consiste en eliminar o mitigar las perturbaciones en el emisor, en el canal de acople o disminuir la susceptibilidad de los dispositivos, que es lo mismo que aumentar la inmunidad de los mismos.
Es importante considerar como parte del Sistema de Protección Interior:

B.1.- Equipotencialización con DPS: para limitar sobretensiones en los puertos de los equipos absorbiendo las corrientes transitorias.
            - Protección primaria: Limita sobre corrientes transitorias al interior de las instalaciones.
            - Protección secundaria: Limita sobretensiones en equipos electrónicos.

B.2.-  Equipotencialización con conductores (Bonding): de vital importancia para garantizar la equipotencialidad del sistema, evitando diferencias de potencia, deduciendo los efectos internos del campo eléctrico y minimizando la posibilidad de descargas laterales o secundarias, no deseadas.

B.3.-  Apantallamientos localizados (Shielding): para minimizar los efectos inductivos en los equipos electrónicos.  EMI (Electromagnetic Interference) o RFI (Radio Frequency Interference).

B.4.- Topología de cableados: para contribuir a la compatibilidad electromagnética, disminuyendo las impedancias de transferencia.

B.5.-  Instalación de filtros: para controlar las perturbaciones conducidas, comúnmente se aplican pasa bajos.


C.- Sistema de Alarma, Mantenimiento y Seguridad personal.

C.1.-  Los dispositivos o sistemas de detección temprana, que permitan a los usuarios tomar conocimiento de manera anticipada del advenimiento de una tormenta eléctrica.

C.2.-  Las guías y procedimientos de seguridad, para desarrollar comportamientos seguros de las personas. En la mayoría de casos se deben restringir las actividades fuera de las edificaciones con SICDA al mínimo.

C.3.- El mantenimiento Preventivo de un SIPDA, es mínimo, si es instalado utilizando materiales libres de corrosión a la humedad del  medio ambiente. Las normas internacionales recomiendan utilizar materiales como cobre, aluminio, bronce y acero inoxidable en todos sus componentes. Naturalmente, la corrosión galvánica resultaría un problema si se unen materiales disimiles como cobre y aluminio. Para evitar ese problema se recomienda la utilización de elementos de conexión bimetálicos.

Algunas normas recomiendan una inspección visual cada cinco años o cuando la estructura ha sido modificada o alterado es sistema de protección  contra rayos original; especialmente si se modifican las partes altas, como trechos o chimeneas etc. que son los elementos  más prominentes y  susceptibles a recibir descargas producto de los rayos.

El programa de mantenimiento debe garantizar una continua actualización del Sistema, para el cumplimiento de las normas mediante inspecciones periódicas. Si una inspección muestra que las reparaciones son necesarias, estas deben ser realizadas inmediatamente.

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