Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT -
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Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 1 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 INGENIERIA DE DETALLES RUBRO: ELECTRICIDAD MEMORIAS – CÁLCULOS, TABLAS, PLANOS Y COMPUTOS CAPITULO 16 SISTEMA DE PROTECCIÓN ADMOSFERICA PUESTA A TIERRA III.33. SISTEMA DE PROTECCIÓN ATMOSFÉRICA Y PUESTA A TIERRA (SEGÚN ÍTEM 16.1 DE P.P.) III.33.1. GENERALIDADES Este ítem comprende la provisión de materiales, mano de obra y equipos necesarios para instalar un sistema contra descargas atmosféricas donde se incluirá la equipotencialización de todos los edificios a través de un sistema de puesta a tierra en el que se unirán a las tierras de los tableros y de los pararrayos a las estructuras de los edificios de toda la planta de acuerdo a como indica la norma IRAM 2184-1-1/97 y sus complementarias y la norma española UNE 21 286. Ver plano IE 31 y IE 32. El electrodo que se usará es un dispersor de banda que consiste en un conductor de cobre enterrado que recorre gran parte de la instalación. Este será un conductor de cobre helicoidal de 1x50 mm2 de sección, desnudo directamente enterrado según norma IRAM 2004 a una profundidad de 0.70 metro. Todos los pararrayos serán del tipo Piezoeléctrico, con estos se consigue una cobertura de más de 100 metros de radio ubicándolos sobre las columnas de alumbrado a instalar según plano adjunto. De esta forma cubrimos todas las estructuras, que cuentan además con medidas complementarias de protección como conexiones equipotenciales, armaduras conectadas a tierra, etc. Como se aprecia en el plano cada tablero eléctrico estará conectado a una malla de puesta a tierra ubicada junto al mismo así también las torres de los pararrayos tendrán una puesta a tierra la cual estará conectada al dispersor de banda de modo tal de que haya continuidad eléctrica en todo el sistema de puesta a tierra. De esta manera todas las estructuras quedaran protegidas de los efectos de sobre tensiones de origen atmosférico. PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 2 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 INGENIERIA DE DETALLES Puesta a Tierra de servicio y seguridad Comenzaremos este capitulo de ingeniería de detalles definiendo fundamentalmente: La puesta a Tierra de Servicio es imprescindible para el funcionamiento de la instalación en el sistema de operación de esta planta, que como dijimos con anterioridad es TNS (Tierra y Neutro separados ). La Puesta a tierra de servicio, es la conexión del neutro a tierra, hecha en forma directa. La puesta a tierra de servicio puede drenar permanentemente a tierra una cierta corriente, por ejemplo atribuida a que las capacitancias de líneas de distribución son distintas de una fase a otra (desequilibradas). La puesta a Tierra de Seguridad es para la protección de las personas de recibir una descarga eléctrica por fallas de aislamiento, o cortocircuitos. Con esta finalidad todas las canalizaciones metálicas, soportes, estructuras, gabinetes, tableros y en general toda estructura metálica (conductora) que por accidente pueda quedar bajo tensión, serán conectadas a tierra. La puesta a tierra de seguridad, no presenta normalmente corrientes drenadas, solo cuando se presenta una falla. Diseño de la Puesta a Tierra de La Planta La realización del sistema de puesta a tierra en esta planta industrial, comienza en una barra o bloque de tierra equipotencializadora ubicada en la subestación transformadora, donde llegan: La malla existente de puesta a Tierra de la subestación (con las reformas mencionadas en el capitulo 13.1.1). Una jabalina especifica de tres metros por 5/8 de pulgada de Fe/Cu con tomacable. El neutro de baja tensión (Puesta a Tierra de Servicio), Las conexiones a tierra de : La celda de alta tensión, La cuba del transformador, La barra de tierra de los capacitores fijos de corrección de cos fi del transformador en vació. Desacardores y antena de protección de la subestación El tejido perimetral y portón de la subestación. La unión con la estructura del edificio El conductor dispersor de banda, que une esta barra equipotencializadora principal con otras barras auxiliares distribuidas en la planta y ubicadas en cada tablero seccional y en cada columna con Pararrayos. (Todas ellas configuran la Puesta a tierra de Seguridad). PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 3 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 Es de notar que por lo extenso de esta planta se hace necesario la construcción de mallas individuales para cada tablero seccional y construcciones específicas de PT para cada bajada de pararrayos que sean capaces de drenar las corrientes de fallas en cada caso. Pues seria impensable llegar desde esta barra a todos los Tableros Seccionales y Torres de Pararrayos con un conductor único de puesta a Tierra ( su impedancia seria muy alta ) . Debemos decir a esta altura y profundizaremos mas adelante que la construcción de la malla de PT es sumamente delicada en este tipo de planta automatizada y con abundante electrónica y cableado de señales. El riesgo de interferencias si la malla no es correcta es muy alto. La Tierra - Visión general integradora Los distintos equipamientos instalados y a instalar en esta planta requieren distintas funciones del sistema de Puesta a Tierra. Las funciones de la puesta a tierra son: Sistema de tierra de Potencia Eléctrica (sistema Funcional de tierra y sistema de Protección de tierra) Tierra electrónica (tierra de referencia de señales de comunicaciones, conductores de retorno de señales) Tierra de protección de descargas atmosféricas La Bibliografía al respecto muestra conceptos de tierra única y de tierras separadas. En ciertos casos se aconseja la separación de tierras, lo cual si no es imposible es muy difícil, no siendo en general finalmente la mejor solución. En este caso se ha optado por el concepto de tierra única En el diseño de la red de tierra se tendrá en cuenta: La puesta a tierra de potencia La protección contra descargas atmosféricas La seguridad de las personas La protección del equipamiento La compatibilidad electromagnética (CEM) La seguridad de las personas y la protección contra descargas atmosféricas dictan requerimientos al diseño de los electrodos de tierra. La protección del equipamiento impone secciones a los conductores de tierra. La CEM fija exigencias del plano de tierra de la estructura. Las instalaciones electrónicas están sometidas a distintos tipos de interferencias originadas en: Descargas electrostáticas (ESD) Radiación externa (línea borne, aire borne, de alta frecuencia) Radiación interna de los equipos de la planta (señales continuas, campos magnéticos) PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 4 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 Conducciones - línea borne (transitorios rápidos, impulsos, interrupciones de tensión, etc) Las interferencias se presentan por: Radiación y descarga. Acoples inductivos, campos magnéticos, líneas de equipos de potencia. Acoples capacitivos, que por interferencia afectan los cables. Conductividad, a través de la tierra o a través de la red. Los cables de señales tienen pantalla electrostática, para protegerlos de los campos externos, y sus condiciones de instalación pueden ser distintas lográndose condiciones distintas. Los cables de señales se pueden conectar a tierra en un solo punto, con acoples capacitivos especiales para este caso. Frente a diferencias de potencial entre puntos de la red de tierra de potencia, esta conexión reduce la interferencia capacitiva. Dimensionamiento de la red de Puesta a tierra Realizaremos el dimensionamiento de las mallas de los Tableros Seccionales y de las bajadas de pararrayos sin entrar en la malla de la subestación transformadora que es existente y que más allá de alguna modificación necesaria no alcanza a esta provisión por Pliego. El cálculo se realizará en función a lo especificado en la Norma VDE 0141. La máxima corriente a evacuar por la malla se refiere a la CORRIENTE MÁXIMA DE FALLA A TIERRA en la situación que origina corriente hacia Tierra, que es el corto circuito monofásico, directo de fase a tierra o indirecta de una masa metálica a tierra. Mallas de Puesta a Tierra asociadas a la malla principal y ubicada en Tableros Seccionales Se verificará una malla formada por cuadriculas soldadas de 0,50x0,50m rectangular de 3m de largo x 2m de ancho con cuatro jabalinas, de 2,5 m de longitud por 5/8 de pulgada de diámetro de Fe/Cu, en los extremos separadas cada una de ellas 2xLjab. de la siguiente . En este caso la máxima corriente de cortocircuito a Tierra es Fase Tierra Icc = 220 A, suponiendo una resistencia de tierra mínima de 1 Ohm. Sección del conductor de la malla El conductor de CU tiene una capacidad para transmitir corriente de 150A/mm2 por lo cual la sección mínima necesaria seria S ( mm2 ) = 220/150 = 1,46 mm2 Pero según Norma la sección mínima será de 50mm2, por razones mecánicas y de oxidación. PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 5 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 Resistencia de malla Rm ( Ohm) = / 2d + / Lm = 100 /( 2 x 3,82) + 100 / 30 = 16,42 Ohm . d = Diámetro equivalente del circulo de igual superficie que la superficie de la malla propuesta. .d= 4x(sup.malla/ 3,14) Corriente de Dispersión de la malla Id.malla (A) = ( Uc x Lm ) / (0,7 x ) = (125 x 30 ) / (0,7 x 100 ) = 53,57 A Uc = Máxima tensión de contacto 125V Lm = Longitud de conductor de la malla = 30m = Resistividad del Suelo 100 ohm x m ( para este caso de tierra cultivable ) Resistencia de Jabalina de Fe/Cu de 2,5 m de longitud x 17mm de diámetro, radio 8,5mm Rj (Ohm) = / (2x xLj) x (log (4xLj/rj)-1) = 100 / (2x3,14x2,5) x log ( 4x 2,5/0,085) –1 ) = 6,8 Ohm = Resistividad del Suelo 100 ohm x m ( para este caso de tierra cultivable ) Lj = longitud de Jabalina en metros = 2,5 m .rj = Radio de Jabalina en m = 0,085 m Numero de Jabalinas necesarias Nj = ( Ij x Rj ) / ( Im x Rm ) =( ( 220- 53,57 ) x 6,8) / ( 16,42 x 53,57) = 1,28 Jabalinas Nj = Numero de Jabalinas IJ = Corriente a dispersar por Jabalinas ( ICC-Im ) RJ = Resistencia de Jabalina Im = Corriente dispersada por la malla Rm = Resistencia de la malla Tomaremos 4 para colocar una en cada extremo que son los puntos de la malla con mayor tensión de paso y contacto. Concluimos en que la malla propuesta cumplimenta las nesecidades de drenaje de corriente de falla. PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 6 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 Mallas de Puesta a Tierra asociadas a la malla principal y ubicadas contiguas a Torres con Pararrayos. Puesta a Tierra de Torres de Alumbrado con Pararrayos Toda estructura siempre está expuesta a los efectos de los rayos directos o a sobretensiones provocadas por descargas producidas en otros lugares. Algunas hasta a más de 1 kilómetro de distancia. Las pérdidas económicas y de materiales son muy elevadas, mas aún teniendo en cuenta la sensibilidad a sobretensiones de los nuevos equipamientos electrónicos. Para que un sistema de protección contra rayos sea eficaz, debe estar integrado por un sistema de protección externa coordinado con un sistema de protección interna. Y a su vez asegurar la equipotenciación del conjunto en un sistema de puesta a tierra diseñado e integrado con el resto de P.A.T. de la instalación. Un sistema de protección contra descargas atmosféricas, no impide la formación de rayos. Pero si se lo proyecta e instala de acuerdo a la Norma IRAM 2184-1 y 1-1 se reducirán los riesgos de daños producidos en la estructura protegida. Se ha visto que las torres metálicas incrementan sustancialmente la densidad de descargas en el lugar donde son instaladas. La probabilidad se incrementa aproximadamente con el cuadrado de la altura de la torre. Protegeremos la torre y la zona contigua a esta, colocando una punta pararrayos en la cima de la torre Sin embargo, si realizamos la bajante del pararrayo con cable de Cu desnudo de 50mm, como es usual, por estar el cobre y el acero en contacto, se corroe el acero - 0.38 Volts de la celda galvánica - y, la inductancia del cable tan largo crea una trayectoria de tan alta impedancia que hace que no sea efectivo como circuito a tierra. Por lo que se decidió usar la estructura de la misma torre, con una punta captora con conectores adecuados para su conexión al acero estructural en su parte superior y como conexión a tierra,en su parte inferior se colocará un bloquete (espárrago de 12,5mm de diámetro con doble tuerca de bronce ) desde donde se unirá mediante terminal el cable de Cu de 50mm de puesta a Tierra . Para disipar rápidamente la energía de los rayos que pegan en las torres, y con ello, elevar menos el potencial de tierra del sistema y para bajar el riesgo a las personas que pueden transitar cerca estas torres están, se acostumbra colocar tres conductores enterrados horizontalmente terminados en Jabalinas de 2,5m y separados en ángulo de 45 gr . Las jabalinas deberán estar separadas por lo menos 6 m una de otra de manera de que no haya interferencia entre ellas. Este tipo de bajante puede verse en planos BG-SPT-002-D. PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 7 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ADMOSFERICAS La planta de tratamientos BG esta ubicada en una zona donde la densidad ceraunica (rayos a tierra / km2xaño) según datos del Servicio Meteorológico Nacional FAA en el periodo 71/80 es de 3 a 6 rayos a tierra por Km2 cuadrado por año lo cual configura un riesgo relativamente alto. La cantidad de electrónica incorporada en este tipo de planta requiere de un sistema de protección que garantice la mayor eficacia en la protección contra descargas atmosféricas y por otro lado si bien no existen edificios en altura lo extenso de la superficie a proteger requiere de puntas con gran ángulo de cobertura. Se instalará en concordancia con lo anterior y según lo pide el pliego un conjunto de puntas captoras de las denominadas activas, cuya característica fundamental es la de activarse en el momento en que se produce una amenaza de descarga atmosférica sobre la tierra, optimizando las condiciones para que dicha descarga pueda ser captada por el terminal. Cada edificio tendrá su estructura metálica solidamente unida a la red general de tierra, tratando de esta manera de configurar un protección tipo jaula de Faraday en cada uno de ellos a través de su estructura, aumentando aun mas la protección especifica donde se instalaran los tableros . Por otro lado las líneas eléctricas de potencia y de señales débiles se protegerán con descargadores según se explica mas adelante. Sistema de Puntas Captoras Activas – Pararrayos Activos Se trata de dispositivos capaces de sensar las condiciones ambientales de modo que ante un aumento abrupto producido en el campo eléctrico por la amenaza de un rayo activan un dispositivo piezoeléctrico que genera las condiciones de ionizacion para que la descarga del rayo sea captada por este terminal y derivada a tierra a través de su bajante . Se utilizarán puntas captoras cuyas características DT=60ms y DL=60ms garanticen una alta eficacia de protección que instaladas a una altura de 20 mts establezcan un Rp = 80 mts para Nivel 1, 102mts para Nivel 2 y 113 mts para Nivel 3. Se adjuntaran los ensayos de tipo estarán realizados por un laboratorio con certificación oficial nacional o internacional y según lo establecido por la Norma NF C17-102 . La instalación de la punta se realizará directamente roscándola al extremo del mástil de sujeción previsto e instalado sobre las columnas con proyectores de h=15mts. El mástil tendrá una altura de modo que sobresalga 2m de la barquilla superior de dicha torre. La bajante a tierra esta descripta en el punto anterior. La ubicación de estas columnas con pararrayos y su radio de protección puede verse en plano adjunto ( BG-PARAR-IE-002-D y BG-SPT-IE-002-D) Se instalara un contador de descargas a tierra para realizar tareas de mantenimiento según lo establecido en la Norma IRAM. PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. Proyectista : Ingeniero Borda & Asoc. Cap.16 – Sistema de Protección Atmosférica y PT - 8 Optimización y Rehabilitación de la Planta de Tratamiento de Desagües Cloacales de la Ciudad de Córdoba DISCIPLINA : INGENIERIA DE DETALLES Rubro: Electricidad Proyecto BG - Capitulo Nr : 16 Versión 003 Revisión Nr : E FECHA 10 09 07 Computo de Materiales Puesta a Tierra y Pararrayos Puesta a Tierra Puesta a Tierra de Tableros TCBT y TSec. 350 mts de cable duro desnudo de 50mm2 (IRAM 2004) 300 Cartuchos para Electrosoldaduras de 115Gr 2 Moldes Cruz para soldadura cable 50x50mm2 28 Jabalinas de 2mts por 5/8 28 Toma cable para jabalina 5/8 28 Caja de Inspección puesta a Tierra de PVC Puesta a tierra de Columnas con Pararrayos 200 mts de cable duro desnudo de 50mm2 (IRAM 2004) 20 Cartuchos para Electrosoldaduras de 115Gr 1 Moldes Cruz para soldadura cable 50x50mm2 18 Jabalinas de 2mts por 5/8 18 Toma cable para jabalina 5/8 6 Caja de Inspección puesta a Tierra de PVC Dispersor de Banda 1500 mts de cable duro desnudo de 50mm2 (IRAM 2004) 50 Cartuchos para Electrosoldaduras de 115Gr 1 Moldes Cruz para soldadura cable 50x50mm2 Pararrayos 6 Pararrayos activo ( DT=60mts / Dl=60mts , Rp=80mts nivel 1 para 20mts altura de montage) 6 Boquetes de bronce 5/8 con doble tuerca 6 Contador de descargas a Tierra PRESIDENCIA DE LA NACIÓN – MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN FEDERAL, INVERSIÓN PUBLICA y SERVICIOS ENTE NACIONAL DE OBRAS HIDRICAS DE SANEAMIENTO ESTACION DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES BAJO GRANDE DYCASA S.A. 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