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22-2643: “DIAGNÓSTICO Y ADECUACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) DE LA PLANTA PETROBOQUERÓN – DTT FURRIAL”
Memoria Descriptiva
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PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA)
DE LA PLANTA PETROBOQUERÓN – DTT FURRIAL”
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APROBACION
REV
FECHA
BREVE DESCRIPCION DEL CAMBIO
PREPARADO POR
REVISADO POR
APROBADO POR
PDVSA
F. Ochoa/
0
29/10/12
Emisión Preliminar
J. Moros/
J. Ramírez
P. DeOliveira
S. Velásquez
J. Ramírez
P. DeOliveira
S. Velásquez
J. Rodríguez
F. Ochoa/
A
29/10/12
Emisión Final
J. Moros/
J. Rodríguez
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ÍNDICE GENERAL
1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
3
4
5.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
6.
7.
8.
9.
10.
11.
ALCANCE
INSTALACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO
DESCRIPCIÓN GENERAL
DESCRIPCION DEL SISTEMA ELECTRICO, PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA DESCARGAS.
ANTECEDENTES.
JUSTIFICACION Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
DISCUSION NORMATIVA
METODOLOGIA
ESQUEMA GENERAL
AUDITORIA EN SITIO
ANALISIS DE RIESGO
EVALUACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EXISTENTE
EVALUACION DEL SISTEMA DE PROTECCION CONTRA RAYOS EXTERNO
RESULTADOS DE LA AUDITORIA EN SITIO
RESULTADOS DE LA EVALUACION DEL SPAT YSPDA
RESULTADOS DEL ANALISIS DE RIESGO
PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR EXTERNO
PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR INTERNO
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1: Informe de Inspección en Sitio
Anexo 2: Informe de Medición de Resistividad
Anexo 3: Análisis de Riesgo
Anexo 4: Diseño SPR Externo - Aplicación de la Norma IEC 62305-3
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RESUMEN EJECUTIVO
El presente informe se refiere al Diagnóstico y Adecuación del Sistema de Protección
contra Descargas (SPDA) de la Planta Petroboquerón de PDVSA. Este estudio se
solicita al INDENE-USB como parte del proceso de investigación de una serie de
daños a los sistemas eléctricos, de instrumentación y telecomunicación
presumiblemente ocasionados por actividad atmosférica en las inmediaciones de la
planta. El estudio se realizó mediante 3 actividades: 1.- Inspección en sitio y
verificación de conformidad normativa, 2.- Análisis de riesgo de daño asociado a la
actividad atmosférica en conformidad con IEC62305 y 3.- Recomendación de acciones
de mitigación de riesgo. Las acciones de adecuación específica del sistema de
protección contra rayos se incluyen en un proyecto de adecuación (ingeniería de
detalle) cuyas especificaciones, cómputos métricos y planos acompañan la presente
memoria descriptiva.
Inspección:
De la actividad de inspección en sitio se encontró evidencia de potenciales
transferidos debido a perturbación atmosférica a lo largo de todos los sistemas de
control y potencia de la planta, cuyos efectos se manifiestan en forma de equipamiento
dañado por sobretensiones. En el actual sistema de puesta a tierra y protección contra
descargas atmosféricas se observan una serie de deficiencias que justifican la
existencia de potenciales transferidos y los consiguientes daños al equipamiento
sensible. A continuación se indican estas deficiencias para cada uno de los
subsistemas del SPDA
o
El Sistema de Protección contra Rayos Externo (SPR Externo) se encuentra
visiblemente deteriorado y debido a los cambios estructurales de la planta en los
últimos años. La disposición geométrica del SPR Externo no cumple con la función
de captación de rayos y drenaje a tierra en forma segura de las descargas
atmosféricas. En consecuencia existen múltiples estructuras (edificaciones,
piperacks, sistemas de escape de gases, etc.) susceptibles de ser impactadas
directamente por rayos. En este sentido, en las condiciones actuales, las
instalaciones de la planta se encuentran fuera de los niveles de protección
mínimos establecidos por la NFPA780 y IEC62305.
o
El Sistema de Protección contra Rayos Interno (SPR Interno) de la planta consta
de varios arreglos de mitigación de sobretensiones mediante la existencia de
dispositivos descargadores (arresters) en tableros eléctricos, así como la
utilización de un sistema de puesta a tierra común tanto para seguridad como para
referencia de señal en los espacios que albergan equipos sensibles, todo ello en
conformidad con el Código Eléctrico Nacional y las normas de PDVSA N-201. No
obstante se observaron algunas prácticas de puesta a tierra de equipos que no
contribuyen a mitigar efectivamente los efectos de las sobretensiones sobre los
equipos sensibles en condiciones de actividad atmosférica tanto directa como
indirecta. Estas deficiencias se refieren a utilización de bajantes puesta a tierra
aislados (cable verde/amarillo) en condiciones distintas a las establecidas en
práctica recomendadas como IEEE 1100 y TIA 607.
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o
El Sistema de Puesta a Tierra existente consiste en un anillo o electrodo único,
calibre 4/0 AWG, enterrado a 50cm de profundidad que se presume recorre toda la
extensión de la planta. La resistividad del suelo se encuentra en el orden de los
550 ohm-m y la resistencia del electrodo de puesta a tierra existente según planos
es de 1.02 ohmios. No se encontró evidencia de electrodos separados, estando
todos los sistemas de la planta (electricidad, telecomunicaciones, instrumentación
y protección contra descargas) conectados a un electrodo común (único) en
conformidad con lo establecido en el Código Eléctrico Nacional y las normas
PDVSA N-201. No obstante, se observaron evidencias de falta de integridad en el
electrodo de tierra debido a roturas no intencionales y algunas estructuras
construidas posteriormente no disponen de electrodo de puesta a tierra. El sistema
de conexionado al electrodo de puesta a tierra de estructuras y equipos se
encuentra visiblemente deteriorado por la exposición a agentes corrosivos. La
puesta a tierra y protección de los tanques de almacenamiento de sustancas
inflamables se considera adecuada conforme a la normativa vigente.
Análisis de Riesgo:
Como resultado de los datos obtenidos en la inspección y las condiciones actuales de
exposición a descargas atmosféricas, se realizó un análisis de riesgo en conformidad
con el procedimiento establecido en IEC62305. Los resultados del análisis se indican a
continuación.
o
Las condiciones objetivas de operación de la planta permiten indicar que no se
encuentra en ninguno de los 4 niveles de protección establecidos en la norma
IEC62305, siendo susceptible de impacto directo de rayo en estructuras no
diseñadas para la conducción de corrientes a régimen de impulso.
o
Los niveles de riesgo obtenidos en las condiciones actuales de protección de la
planta, conforme a IEC62305 son los siguientes:
Punto de Incidencia de la descarga eléctrica
Impacto directo sobre la estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Nivel de Riesgo Actual
Pérdidas Humanas
0,009
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,015
Pérdidas Económicas
0,100
Los niveles de riesgo (probabilidad de afectación a personas, servicios y pérdidas
económicas) obtenidos para el caso de impacto directo en la planta pueden
considerarse elevados, no encontrándose ninguno de ellos dentro de los mínimos
recomendados por los 4 niveles de protección establecidos en IEC 62305. Los
resultados se justifican por las deficiencias encontradas en todos los subsistemas
asociados al sistema de protección contra descargas atmosféricas, requiriéndose una
serie de acciones para mitigar dichos riesgos.
Acciones de Mitigación de Riesgo:
A continuación se enumeran las medidas de adecuación necesarias para que los
niveles de riesgo de daño asociado a actividad atmosférica se ubiquen en el nivel de
protección más exigente según la referencia normativa, considerando la relevancia de
la producción:
o
Elaboración de un proyecto de re-diseño y adecuación del sistema de protección
contra rayos externo cuya geometría permita cumplir con el máximo Nivel de
Eficiencia (Tipo I, 98%) establecido en conformidad con IEC62305. Esta actividad
implica la instalación de los sistemas de captación y su conexión al electrodo de
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o
o
o
puesta a tierra existente requeridos para cumplir las condiciones normativas. En
este documento se incluye la elaboración del proyecto de adecuación del SPR
Externo y en un documento separado se incluyen las especificaciones, cómputos
métricos y planos requeridos para la ejecución de este proyecto. La ejecución de
este proyecto se realiza de forma aproximada, por cuanto no se dispone de un
levantamiento tridimensional de las estructuras de la planta, elemento
indispensable para el correcto apantallamiento de las estructuras. Una vez que se
disponga de información 3D de la planta Petroboquerón se deberá proceder a
reevaluar el diseño del sistema de protección externo.
En el proceso de modernización de los sistemas de control e instrumentación
existentes, se recomienda para cada caso, la elaboración de un proyecto de
adecuación específico del sistema de protección interno (SPR Interno) en
conformidad con IEC62305.
Elaboración de un plan de mantenimiento y adecuación de todas las conexiones
de puesta a tierra de estructuras y equipos en toda la planta. En este documento
se incluyen recomendaciones específicas para la adecuación del sistema de
puesta a tierra de equipamiento sensible en la sala de control, sala de
telecomunicaciones e instrumentación asociada a los pozos. La elaboración de un
proyecto detallado de adecuación integral del sistema de conexionado a tierra de
estructuras y equipos se encuentra fuera del alcance de este trabajo.
Elaboración de un proyecto para la verificación de la integridad del electrodo de
puesta a tierra de la planta Petroboquerón. Este proyecto está fuera del alcance de
este estudio.
Los niveles de riesgo esperados una vez realizadas todas las acciones de
mitigación que aseguren un Nivel de Protección I, conforme a IEC62305 son los
siguientes:
Punto de Incidencia de
la descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Nivel de
Riesgo
Actual
Factor de Mejora respecto
a la situación actual
Pérdidas Humanas
0,00018
50,00
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,00021
71,42
Pérdidas Económicas
0,00018
555,5
Obsérvese que una vez realizadas las adecuaciones requeridas los niveles de
riesgo previstos disminuyen ostensiblemente tanto para las estimaciones de
pérdidas en vidas humanas, así como en servicios esenciales y productividad
respecto a la situación actual, por lo que se recomienda diseñar un plan
estratégico para lograr tal fin y preservarlo en el tiempo.
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1. ALCANCE
El presente documento contiene los criterios, análisis, cálculos y especificaciones desarrollados como parte
del Estudio Diagnóstico y Adecuación del Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas de la Planta
PetroBoquerón de PDVSA.
2.
2.1.
INSTALACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO
DESCRIPCIÓN GENERAL
La instalación objeto de estudio corresponde a una planta de extracción de petróleo y gas localizada en el
sector Boquerón, Edo. Monagas. La planta ocupa una extensión de 17500 m2 y su disposición general
según se muestra en la Figura 1.
Figura 1 – Instalación Objeto de Estudio
2.2.
DESCRIPCION DE LA PLANTA. PROCESO PRODUCTIVO Y SISTEMAS EXISTENTES
La planta PetroBoquerón se encuentra en operación desde el año 2002. Posee una capacidad instalada de
30000b/d de producción de crudo, 150MMPCD de inyección de gas y 3000b/d de producción de agua.
Actualmente el campo Boquerón tiene 15 pozos activos con una producción de crudo promedio mensual de
8000 b/d, 89 MMPCD de gas y 380 b/d de agua producida. El esquemático de la planta se muestra en la
Figura 2.
La planta posee un esquema de generación propio encontrándose desconectada de la red de distribución
pública. La carga principal de la planta corresponde a la sala de compresores de gas. Las cargas asociadas
a los pozos localizados en el exterior de la planta (ver Figura 3) se realiza mediante líneas de distribución 4
hilos (tres fases más neutro corrido) en 480V, alimentando cargas de instrumentación a través de
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transformadores trifásicos secos 480/208-120V. El diagrama unifilar general de la planta se muestra en la
Figura 4.
150
MMscfd
Planta
Deshidratadora
de Gas
To La Toscana
HP
Enfriador
ss
Múltiple de
Alta
Presión
HP
Scrubber
s
Well
s
IMPORT/EXPORT
GAS
Separador
HP
850
#
ss
350
#
Multiple de
Prueba
s
Well
s
ss
5 x IP / 3 x HP
Compresores
IP/HP
10000
#
(3)
Pozos
Inyectores
3100
#
Separador
de
Pruebas
8
IP
Enfriador
Múltiple de
Media
Presión
Gas
Combustible
IP
Scrubber
350 #
Compresor
LP
s
Well
s
ss
Múltiple de
Baja
Presión
s
LP Scrubber
Separador
IP
Well
s
LP Enfriador
40
#
Separador
LP
VR
U
Calentador
de aceite
Bombas de Crudo
5#
Agua
Producid
a
Enfriadores
de Crudo
Separador LLP
/Deshidratador
PW Tank
A Separador
LLP
Tks de
Almacenamient Bombas
Despach
o
o
Bombas de
Recirculació
n
A
ACT
Unit
Unidad
ACT
La
Toscana
Tk Agua Prod
Figura 2 – Esquemático de la planta Petroboquerón
Figura 3 – Localización de las cargas de instrumentación localizadas en el exterior de la planta
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La alimentación de la planta es local, y está compuesta por dos turbo-generadores a gas, con potencia
nominal de 4.75MW @ 4160V, las cuales poseen el neutro conectado a tierra a través de resistencia. Toda
la energía generada es canalizada directamente a dos subestaciones: la subestación principal, constituida
por 4 transformadores 4160/480V de 3MW cada uno; y a la subestación de compresores constituida por 2
transformadores 4160/480V de 2MW respectivamente. Todas las unidades de transformación poseen un
mismo grupo vectorial: Dy11 sólidamente puesto a tierra en el lado de baja tensión.
Adicional a los generadores, la planta cuenta un grupo electrógeno a diesel de potencia nominal 830kW @
480V. La finalidad de ésta última es mantener a las cargas críticas en funcionamiento en caso de cualquier
eventualidad que afecte a la generación local. La carga constituida principalmente por servicios industriales,
procesos vinculados a la extracción de crudo, alimentación a pozos, compresión, enfriamiento, y servicios
generales, consumen una potencia promedio de 2.5MW.
La alimentación a los pozos de extracción de crudo se realiza a través de una canalización aérea trifásica
con neutro corrido, a una tensión de 480V. Seguidamente en sitio se consigue mediante un transformador
local Dy11 puesto a tierra disminuir el nivel de tensión a 208-120V. Por su parte, la canalización de los
cables de potencia asociados a los procesos industriales (potencia, instrumentación y control), se realiza
utilizando bandejas porta-cables ubicadas en el piperack.
Figura 4 – Diagrama Unifilar Simplificado de la Planta PetroBoquerón
El diseño original de la planta contempló la construcción de un electrodo de pueta a tierra y un sistema de
protección contra descargas atmosféricas reflejados en la serie de planos 859-C00-E03-008 # 1 al
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15. Boquerón Flow Station Lighting Protection System, 859-C00-E03-006 # 1 al 15 Grounding and
lightning protection system. No se encontraron las memorias de cálculo correspondientes a ambos
sistemas.
2.3.
ANTECEDENTES.
El 9 de Agosto del presente año 2012, se presume que la planta PetroBoquerón fue impactada en forma
directa por descargas atmosféricas que ocasionaron el paro forzoso del Turbogenerador G-101 y el
consiguiente paro en el proceso productivo. Adicionalmente, en el proceso de levantamiento de producción
se registraron daños asociados a los sistemas de automatización y telecomunicaciones de la planta.
A continuación se describe un resumen de los daños:
•
INSTRUMENTACION Turbogenerador G-0101: sensor de temperatura en el sistema de lubricación,
sistema de gas combustible y detector de gas en cabina.
•
DESPOJADOR DE LÍQUIDO LP. VS-1230: Daño en Trasmisor de nivel.
•
SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTOS: Daño en Transmisor de presión e Interruptor de muy baja
presión.
•
SISTEMA CONTRA INCENDIO: Daño en Trasmisor de presión y Válvula controladora de nivel.
•
SISTEMA DE AGUA DE SERVICIO: Daño en Trasmisor de nivel.
•
SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y DESPACHO: Daño en Trasmisor de nivel y Trasmisor de
Temperatura.
•
SISTEMA RECIBIDOR DE LIQUIDO: Daño en Trasmisor de presión, Sin incluir los instrumentos
asociados al Sistema de Fuego y Gas.
•
SISTEMA ELECTRICO: daño en interruptor, relay (varios), apertura de fase en trasformador seco y
afectación en sistema de iluminación de planta.
•
AUTOMATIZACION: daño en panel de turbina, modulo de sincronización, módulos de rtd flex i/o,
modulo analógico entrada flex i/o y tarjeta de comunicación prosofot
•
TELECOMUNICACIONES: daño en switch de comunicación, enlaces de microondas y convertidor
de digital-analógico: OMNI-Flow.
En el Figura 5 se muestra la localización de las principales fallas ocurridas en la planta.
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Figura 5 – Localización de fallas en planta Petroboqueron, Falla 9/8/12
Se estima que a consecuencia del evento, se produjo una limitación en el manejo de flujo de agua de la
unidad de inyección a 450 BPD y manejo e inyección de gas de 86 MMPCD con diferimiento de producción
de crudo en el orden de 8,500 B/D, generando una afectación por un período de 72 horas aproximadamente.
Al día siguiente del evento, día 10/8/12, el Ing. Santiago Velásquez Gerente SEO-PDVSA DTT Furrial, y
personal del INDENE-USB se entrevistó con la gerencia de la planta para recabar información para
establecer el alcance de un diagnóstico del sistema de puesta a tierra y protección contra descargas
atmosféricas de la planta Petroboquerón y de este modo definir las acciones correctivas a tomar para mitigar
los efectos de la actividad atmosférica de la zona.
3
JUSTIFICACION Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
Considerando que la planta Petroboquerón se encuentra localizada en una zona de alto nivel ceráunico y por
consiguiente susceptible de afectación por los efectos de la actividad atmosférica sobre los sistemas
eléctricos, de automatización y telecomunicaciones, y ante la evidencia de las fallas suscitadas a raíz de la
falla del 9/8/12 se justifica la realización de un estudio-diagnóstico que permita determinar las condiciones
actuales de operación y posibles medidas para la mitigación de los efectos de la actividad atmosférica en el
futuro.
En este sentido, este trabajo tiene los siguientes objetivos específicos:
•
Realización de una inspección detallada del sistema de puesta a tierra y del sistema de protección
externa contra descargas atmosféricas existente en la planta.
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4
•
Verificación de las condiciones operativas del sistema de puesta a tierra y del sistema de protección
contra descargas atmosféricas existente en la planta en conformidad con las normas y prácticas
recomendadas de PDVSA, nacionales e internacionales.
•
Realización de un análisis de riesgo de las condiciones actuales del sistema de protección contra
descargas atmosféricas de la planta en conformidad con IEC62305-3
•
Definir las recomendaciones y acciones de mitigación de los efectos adversos de las descargas
atmosféricas (seguridad personas, instalaciones y proceso productivo) con el objeto de garantizar un
nivel de riesgo adecuado en conformidad con IEC62305-3.
•
Elaboración de un proyecto de ingeniería de detalle para la adecuación del sistema de protección
externa contra descargas atmosféricas de acuerdo a las recomendaciones y acciones de mitigación
requeridas de modo que la planta opere en un nivel de riesgo adecuado en conformidad con
IEC62305-3
DISCUSION NORMATIVA
El concepto de puesta a tierra involucra la interrelación necesaria entre distintos tipos de subsistemas:
potencia, telecomunicaciones, protección contra descargas, seguridad a personas y equipos. Las
disposiciones normativas de cada uno de estos subsistemas se han desarrollado históricamente de forma
independiente haciendo énfasis en las premisas y filosofías que resultan fundamentales para cada uno de
dichos subsistemas. Actualmente, la visión normativa moderna hace que el sistema de puesta a tierra es
GLOBAL teniendo una repercusión integradora en todos los subsistemas. En este sentido, las disposiciones
normativas para cada uno de los subsistemas (seguridad, telecomunicaciones y potencia) se han venido
convergiendo en una práctica común.
A continuación se describen los criterios normativos que deben establecerse para la puesta a tierra del
sistema bajo auditoria en conformidad con las distintas normativas que se han desarrollado tanto
internamente en PDVSA como a nivel Nacional e Internacional.
La Planta Petroboquerón posee instalaciones eléctricas con tres niveles de tensión 4160V, 480V y 240120V. En lo que concierne a las instalaciones eléctricas y las estructuras que las contienen se deben cumplir
con las disposiciones del Código Eléctrico Nacional NTF 200:2009. En el caso de este estudio, particular
interés tendrá la observancia de las secciones 250 y 280 correspondientes a la puesta a tierra, protección
contra descargas atmosféricas y protección contra sobretensiones. Las disposiciones del código van
orientadas a garantizar la seguridad de los sistemas desde el punto de vista de la seguridad a personas y los
activos de los riesgos eléctricos. Las prácticas orientadas a mejorar el correcto funcionamiento de equipos
sensibles son incluidas en el código por vía de excepciones sin menoscabo de las condiciones de seguridad
enunciadas anteriormente. La norma interna de PDVSA N-201 incluye directamente el cumplimiento del
Código Eléctrico Nacional conformando un compendio de diversas normas y prácticas nacionales e
internacionales.
A continuación se realiza una discusión detallada de cada uno de los subsistemas objeto de diagnóstico
desde el punto normativo:
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Sistema de Puesta a Tierra de Seguridad (SPAT)
El sistema de puesta a tierra (SPAT) se define como un conjunto de materiales metálicos tanto enterrados
(electrodos de puesta a tierra) como dispuestos en forma superficial (sistema de bajantes de puesta a tierra)
cuya función básica es la de proveer un camino adecuado para la dispersión a tierra de cualquier corriente
eléctrica producida como consecuencia de una descarga eléctrica de origen estático, atmosférico o debido a
un cortocircuito en el sistema de potencia.
Un sistema de puesta a tierra como medio de protección, debe permitir cumplir con los siguientes criterios de
diseño:
• Satisfacer las condiciones de Operación del Sistema de Potencia Eléctrico.
• Satisfacer las condiciones de seguridad del personal de operación y mantenimiento que frecuenta
la instalación.
• Proveer un potencial referencial para el adecuado funcionamiento de los diversos equipos de la
instalación.
Puesta a Tierra y Protección Contra Sobretensiones de Equipos Sensibles
Existen diversos esquemas y filosofías para la realización de la puesta a tierra de los equipos sensibles. Las
prácticas de alimentación eléctrica y puesta a tierra en instalaciones con equipos sensibles se encuentran
descritas en detalle en la norma internacional IEEE Std. 1100-2005 e involucran las siguientes actividades:
a. Puesta a tierra del neutro en sistemas AC y DC que alimentan los equipos
b. Puesta a tierra de estructuras metálicas asociadas a equipos.
c. Ajustes de Sistemas de Protección contra descargas
d. Puesta a Tierra en salas de procesamiento de datos. Sistemas de referencia de señal.
Puesta a Tierra Común de Seguridad y Señales
La norma PDVSA 90619.1.091, en su Capítulo 5 indica los siguientes criterios para las prácticas de puesta a
tierra de equipos sensibles:
Los métodos de puesta a tierra de equipos y dispositivos para computadores y para instrumentación
cumplirán con los requerimientos específicos de cada equipo en particular y con el Código Eléctrico
Nacional.
El sistema de puesta a tierra de los equipos cumplirá con lo siguiente:
a. Suministrar un camino de baja impedancia a la corriente de falla a fin de que operen las protecciones.
b. Limitar las tensiones de toque para disminuir el riesgo de choque eléctrico a las personas.
c. Suministrar una referencia constante de potencial.
d. Poner a tierra las carcasas metálicas utilizadas como apantallamiento en equipos sensibles.
Para evitar que el ruido eléctrico afecte a los computadores, se requieren dos sistemas de puesta a tierra. El
primero, corresponde al sistema de potencia que alimenta al computador y debe cumplir con el Código
Eléctrico Nacional. El segundo, corresponde a un sistema de referencia de potencial.
Los computadores, controladores de proceso, procesadores de datos y equipos electrónicos en general,
requieren un sistema de puesta a tierra expresamente diseñado. Sin embargo, este sistema de puesta a
tierra nunca debe estar separado del correspondiente al sistema de potencia, pues ésto violaría
disposiciones del Código Eléctrico Nacional. La referencia de potencial de los computadores se logrará
mediante una Red de Referencia de Señales (RRS) a la cual se conectarán todos los gabinetes de los
equipos. Esta red establecerá una superficie equipotencial para señales de baja corriente y alta frecuencia.
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Además de la RRS, se dispondrá de un punto común de puesta a tierra al cual se conectarán los gabinetes
de los equipos y la propia RRS de manera radial.
Esta conexión es adicional y simultánea a la indicada en el párrafo anterior. El punto común de puesta a
tierra se conectará mediante un solo enlace al mismo electrodo de puesta a tierra al cual se conecta el
neutro de la fuente de poder AC. Cuando la fuente de poder sea un sistema derivado como un transformador
de aislamiento, una fuente de potencia ininterrumpida (UPS) o un conjunto motor–generador, el punto común
de puesta a tierra se conectará al electrodo de puesta a tierra de este sistema derivado. Puede obtenerse
información adicional sobre puesta a tierra de computadores en las Prácticas Recomendadas IEEE Std. 142
“IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems” (libro verde),
Capítulo 5, y Std. 1100 “IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic
Equipment” (libro esmeralda).
Para evitar que el ruido eléctrico afecte a los computadores, se requieren dos sistemas de puesta a tierra. El
primero, corresponde al sistema de potencia que alimenta al computador y debe cumplir con el Código
Eléctrico Nacional. El segundo, corresponde a un sistema de referencia de potencial.
Los computadores, controladores de proceso, procesadores de datos y equipos electrónicos en general,
requieren un sistema de puesta a tierra expresamente diseñado. Sin embargo, este sistema de puesta a
tierra nunca debe estar separado del correspondiente al sistema de potencia, pues ésto violaría
disposiciones del Código Eléctrico Nacional.
Figura 6 – Puesta a Tierra de Computadores (Servidores)
La puesta a tierra para referencia de señales de los equipos de instrumentación se hará con una conexión a
tierra en un solo punto. Esto puede lograrse usando barras colectoras aisladas conectadas a un electrodo de
puesta a tierra ubicado localmente. Este electrodo local es entonces conectado al electrodo de puesta a
tierra del sistema de potencia. Habrá una sola conexión entre la barra colectora aislada y cada instrumento.
Los neutros de los secundarios de los transformadores de potencia o de los transformadores de las fuentes
de potencia ininterrumpida (UPS), que alimenten tableros de instrumentos, se conectarán a las barras
colectoras de tierra aisladas (Figura 7).
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Figura 7 – Puesta a Tierra de Computadores alimentados a partir de UPS
Puesta a Tierra Aislada (Isolated)
En cuanto a la puesta a tierra de los equipos, la norma PDVSA N-201 permite la utilización de un sistema de
puesta a tierra aislado (Isolated Ground), en conformidad con IEEE 1100-2005 (Figura 8). La sección
17.5.19 establece que en general, se requiere el uso de un sistema de tierra separado el cual se conectará
al sistema de tierra UNICO de la planta. A éste no se conectará ningún otro equipo. El cable de tierra será de
cobre, trenzado, cubierto con aislamiento de PVC coloreado en verde.
Figura 8 – Puesta a Tierra de Seguridad y Separada de Señal/Lógica
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Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA)
Un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) es un sistema completo que se emplea
para proteger la vida y la propiedad contra los efectos destructivos del rayo en forma directa o indirecta,
dentro de un espacio definido. Un SPDA no puede garantizar protección absoluta a las estructuras, personas
u objetos, pero sí reducirá significativamente el riesgo de daño causado por rayos a la estructura protegida.
Los componentes eléctricos y electrónicos dentro de la estructura requerirán medidas adicionales de
protección.
Un SPDA consta de tres subsistemas:
1.- Sistema de Captación de Rayos, también denominado Sistema de Protección Externo (SPR Externo)
2.- Sistema de Equipotencialización, también denominado Sistema de Protección Interno (SPR Interno)
3.- Sistema de Puesta a Tierra (SPAT) para el drenaje de las corrientes de rayo
4.- Sistemas de Detección de Campo Eléctrico (Detección de tormentas)
Actualmente se conocen tres alternativas distintas para la especificación del SPR externos de una
instalación:
•
•
•
Protección convencional mediante captación directa de rayo mediante puntas del tipo Franklin.
Early Streamer Emission (ESE), que supuestamente aumenta de la efectividad para colectar los
rayos respecto a los métodos tradicionales y
Sistema de Transferencia de Cargas o Charge Transfer System (DAS) que supuestamente aporta
inmunidad contra impactos directos de rayos en el área.
Las técnicas de protección convencional mediante captación directa de rayo con puntas del tipo Franklin, se
utilizan extensamente alrededor del mundo y su especificación se encuentra recogida en diversas normas
nacionales e internacionales, siendo las más importantes la norma americana NFPA 780-2005 y la norma
internacional IEC 62305-2006.
No obstante, las técnicas basadas en los sistemas ESE y DAS aún no poseen normas de aplicación en el
ámbito internacional. A pesar que dichas tecnologías son ampliamente utilizadas en la industria, su
efectividad e idoneidad aún son objeto de discusión y controversia. La normativa de PDVSA se encuentra
sustentada en la normativa internacional basada en protección convencional por lo que no se tomarán en
cuenta las tecnologías DAS y ESE para la elaboración de este proyecto
La norma venezolana COVENIN 599-1973 para la protección de edificaciones contra rayos data del año
1973 y consiste en una traducción de la antigua norma NFPA 78-1968, que ya ha sido revisada en múltiples
oportunidades y posee prácticas completamente obsoletas. Actualmente dicha norma se encuentra en
proceso de revisión, por lo que no será tomada en cuenta para efectos de este proyecto. Las normas
PDVSA N-201 y PDVSA 90619.1.091 también se encuentran basadas en la antigua norma NFPA 78-1978,
por lo que se utilizaran las versiones actualizadas de la norma IEC y NFPA.
Análisis de riesgos.
Para cada estructura, el riesgo de daño puede estimarse tomando en consideración:
•
•
La frecuencia anual de impactos directos de rayo a la estructura,
La probabilidad con la cual el rayo causa daño y
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•
La cantidad promedio de posibles pérdidas que podrían originarse como consecuencia de impacto
de rayos a la estructura.
Las normas IEC 62305 definen 4 niveles de protección, que representan la probabilidad con la cual un SPDA
protege un espacio contra los efectos del rayo. La eficiencia de un SPDA se define como la relación entre el
número promedio anual de impactos directos de rayo que no causan daño a la estructura y el número total
de impactos directos de rayos a la estructura. A continuación se muestra la relación entre el nivel de
protección y la eficiencia del SPDA.
Nivel de Protección
I
II
III
IV
Eficiencia del SPDA
0.98
0.95
0.90
0.80
Por su parte, NFPA 780 propone un análisis de riesgos algo diferente, basado en el tipo estructura y de su
construcción, la ubicación relativa a otras estructuras, la topografía del lugar, el uso y contenido de la
estructura, y el nivel ceráunico de la zona. A continuación se muestra la clasificación del riesgo según
NFPA.
Riesgo (R)
Significado
0-2
Ligero
2-3
Ligero a Moderado
3-4
Moderado
4-7
Moderado a Severo
>7
Severo
El análisis de riesgo de la instalación se realizará en concordancia con IEC 62305-2006.
Unicidad del Sistema de Puesta a Tierra de Potencia, Automatización, Telecomunicación y Protección
contra Rayos.
El Código Eléctrico Nacional - NTF 200:2009 establece que todo el sistema de puesta a tierra debe estar
interconectado entre sí; ya sean sistemas de potencia, equipos electrónicos o sistemas de protección contra
descargas atmosféricas.
A continuación se presentan los artículos de las normas mencionadas anteriormente que describen cómo
deben interconectarse los sistemas de puesta a tierra.
250.53(B) Distancia entre Electrodos. Cuando se utilice más de uno de los electrodos del tipo especificado
en 250.52(A)(5) o (A)(6) cada electrodo del sistema de tierra (incluyendo aquellos con terminales en aire) no
se ubicarán a menos de 1,83 m (6 pies) de cualquier otro electrodo o de otro sistema de tierra. Dos o más
electrodos conectados equipotencialmente entre sí se considerarán un solo sistema de electrodos.
250.58 Electrodo Común de Tierra. Cuando un sistema de Corriente Alterna se conecta a un electrodo de
tierra dentro o al inmueble, tal como especificado en 250.24 y 250.32, el mismo electrodo será utilizado para
conectar a tierra la envolvente y el equipo dentro o al inmueble. Podrá utilizarse el mismo electrodo de tierra
cuando distintas acometidas alimenten al inmueble y se necesite que estén conectadas a tierra.
Dos o más electrodos de tierra conectados equipotencialmente entre sí se considerarán como un solo
sistema de electrodos.
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250.106 Sistemas de Protección Contra Rayos. Los terminales de tierra de los sistemas de protección contra
descargas atmosféricas serán conectados al sistema de tierra del edificio o estructura. Véase 250.60 para
uso de terminales en aire. Para mayor información, véase NFPA 780-2004, Standard for the Installation of
Lightning Protection Systems, donde se encontrará información detallada de conexión equipotencial, puesta
a tierra y separaciones de sistemas contra descargas atmosféricas. Las canalizaciones, envolventes, y otras
partes de metal del equipamiento eléctrico que normalmente no llevan corriente e instaladas dentro de un
edificio que tiene protección contra descargas atmosféricas pueden ser puestas a tierra o separadas de los
conductores del sistema de descargas atmosféricas de acuerdo con la NFPA 780-1997, Standard for the
Installation of Lightning Protection Systems. La separación desde los conductores del sistema de descargas
atmosféricas es normalmente de 1,8 m (6 pies) en aire y de 900 mm (3 pies) para materiales más densos,
como concreto, ladrillos o madera.
Protección de Tanques de Almacenamiento de Combustible
Los tanques deben ser puestos a tierra para conducir las corrientes producidas por descargas atmosféricas y
para evitar elevaciones de potencial en la instalación. Las normas PDVSA 90619.1.091 y PDVSA N-201
establecen que los tanques de almacenamiento que se encuentren en una instalación petrolera y que sean
susceptibles de crear una atmosfera peligrosa ante descarga electrostática, descargas atmosféricas o
debido a cortocircuito en el sistema de potencia deben poseer una puesta a tierra permanente y efectiva. En
cuanto al fenómeno de descargas electroestáticas ambas normas PDVSA se refieren explícitamente a la
norma COVENIN 552-1972, actualmente anulada por Fondonorma. En este sentido, las disposiciones de
API-RP-2003-1998 deben prevalecer.
En el caso de tanques apoyados sobre concreto armado o anillo de concreto la normativa PDVSA
90619.1.091 y PDVSA N-201 establece que deben garantizarse al menos dos caminos de puesta a tierra a
través de dos puntos en extremos opuestos. Según PDVSA N-201, los tanques de almacenamiento
metálicos deben ser puestos a tierra a través de uno de los siguientes métodos:
• El tanque que se conecta sin uniones aisladas a un sistema de tuberías puesto a tierra.
• Tanque vertical cilíndrico que descansa sobre la tierra o concreto y tiene al menos 6m de diámetro, o
descansa en pavimento y tiene al menos 15m de diámetro.
• Tanque que se conecta a tierra a través de un mínimo de 2 electrodos de tierra espaciados no más
de 30m entre ellos radialmente. Esto también aplica para tanques con membranas aislantes por
debajo del tanque
La norma API-RP-2003-1998 establece que tanques de almacenamiento que se encuentren apoyados sobre
concreto están inherentemente puestos a tierra del punto de vista de la disipación de descargas
electroestáticas, sin embargo hace notar que la inclusión de electrodos artificiales de puesta a tierra no
reduce el riesgo de descargas electrostáticas. No obstante, puesta a tierra adicional puede ser requerida
para disminuir la resistencia de puesta a tierra debido a descarga atmosférica o falla a tierra en el sistema de
potencia en conformidad con NFPA 70, NTF-200. La norma internacional NFPA 780-2004 establece que si el
tanque posee más de 6m de diámetro, no se requiere puesta a tierra adicional. A continuación, la Tabla 1 se
presenta un resumen con Requerimientos de Electrodos de Puesta a Tierra Adicionales en conformidad con
Normativa Nacional e Internacional.
NORMA
API-RP-2003
FALLA A TIERRA EN
SISTEMA ELÉCTRICO
NO APLICA
NFPA 780
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NO APLICA
DESCARGAS
ELECTROESTÁTICAS
EL PROPIO TANQUE EN
EL PROPIO TANQUE EN
CONTACTO CON EL
SUELO
EL PROPIO TANQUE EN
CONTACTO CON EL
CONTACTO CON EL
SUELO
EL PROPIO TANQUE EN
CONTACTO CON EL
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DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
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SUELO
SUELO
NO APLICA
NO APLICA
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
NO APLICA
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
REQUIERE PUESTA A
TIERRA ADICIONAL
IEC 62305-3
PDVSA 90619.1.091
PDVSA N-201
CEN 200
COVENIN 552-92
(ANULADA)
Tabla 1 – Requerimientos de Electrodos de Puesta a Tierra Adicionales en conformidad con
Normativa Nacional e Internacional
Las normas establecen distintos valores de resistencia de puesta a tierra admisible dependiendo si el
electrodo es utilizado como medio de dispersión de falla a tierra o descargas electroestáticas y de origen
atmosférico, tal como se observa en la Tabla 2.
NORMA
API-RP-2003
NFPA 780
IEC 62305-3
PDVSA 90619.1.091
DESCARGAS
ELECTROESTÁTICAS
R<1.000.000 Ω
NO APLICA
NO APLICA
R<1.000.000 Ω
PDVSA N-201
NO INDICA
FONDONORMA 200
NO INDICA
COVENIN 552-72
(ANULADA)
R<1.000.000 Ω
(SECCIÓN 3.3.C)
PUESTA A TIERRA DEL
NEUTRO DEL SISTEMA
NO APLICA
NO APLICA
NO APLICA
120/240V R<15 Ω
120/208V R<5 Ω
BAJA IMPEDANCIA R<2 Ω
ALTA IMPEDANCIA R<15 Ω
ALTA IMPEDANCIA.
15 Ω
BAJA IMPEDANCIA.
2 Ω.
R<25 Ω
( SECCIÓN 250.56)
R<4 Ω
(SECCIÓN 3.3.A)
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
NO INDICA
25-200 Ω
10 Ω
R<1 Ω
( SECCIÓN 10.1.1.F)
R<15 Ω
( SECCIÓN 13)
R<15 Ω
( SECCIÓN 17.8.4)
NO INDICA
R<7 Ω
(SECCIÓN 3.3.B)
Tabla 2 – Requerimientos de Resistencia de Puesta a Tierra para Tanques de Almacenamiento de
Combustible
NORMATIVA APLICABLE
Normas Generales:
[1]
[2]
NTF 200 Código Eléctrico Nacional 2009
NTF 734 Código Nacional de Seguridad en Instalaciones de Suministro de Energía Eléctrica y
Comunicaciones.
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[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
PDVSA N-201 Obras Eléctricas
Accredited Standards Committee C2-2002, National Electrical Safety Code.
ANSI T1.311, DC Power Systems—Telecommunications Environment Protection.
ANSI T1.316, Electrical Protection of Telecommunications Outside Plant.
ANSI T1.318, Electrical Protection Applied to Telecommunications Network Plant at Entrances to
Customer Structures or Buildings.
ANSI T1.334, Electrical Protection of Communications Towers and Associated Structures.
ANSI T1.338, Electrical Coordination of Primary and Secondary Surge Protection for Use in
Telecommunications Circuits.
IEEE Std 141, IEEE Recommended Practice for Electrical Power Distribution for Industrial Plants
(IEEE Red Book)
IEEE Std 518, IEEE Guide for the Installation of Electrical Equipment to Minimize Electrical Noise
Inputs to Controllers from External Sources.
IEEE Std 519, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical
Power Systems.
IEEE Std 1159, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality.
IEEE Std 1346, IEEE Recommended Practice for Evaluating Electric Power System Compatibility with
Electronic Process Equipment.
IEEE Std C62.41, IEEE Recommended Practice for Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits.
IEEE Std 142, IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power
Systems (IEEE Green Book).
IEEE Std 241, IEEE Recommended Practice for Electric Power Systems in Commercial Buildings
(IEEE Gray Book).
IEEE Std 446, IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power Systems for Industrial
and Commercial Applications (IEEE Orange Book).
NFPA 70, 2005 Edition, National Electrical Code
NFPA 70B, Recommended Practice for Electrical Equipment Maintenance.
NFPA 75, Standard for the Protection of Electronic Computer/Data Processing Equipment.
Puesta a Tierra:
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
ANSI/IEEE Std. 81-1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth
Surface Potentials of a Ground System
COVENIN 552 Disposiciones sobre Puesta a Tierra y Puentes de Unión en Instalaciones en Areas
Peligrosas.
IEEE 1100-2005 IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic
Equipment (Emerald Book)
IEEE Std C62.92.1-2000, IEEE Guide for the Application of Neutral Grounding in Electrical Utility
Systems
ANSI/TIA/EIA J-STD-607-A, Commercial Building Grounding (Earthing) and Bonding Requirements for
Telecommunications.
ITU-T K.31, Bonding Configurations and Earthing of Telecommunication Installations Inside a
Subscriber’s Building.
TIA/EIA 606-A, Administration Standard for Commercial Telecommunications Infrastructure.11
TIA/EIA 758-A, Customer-Owned Outside Plant Telecommunications Infrastructure Standard.
TIA PN-3-3283-RV2, Environmental Considerations for Telecommunications Terminals (to become TIA
571-B-2006).
FIPS Pub 94-1983, Guideline on Electrical Power for ADP Installations.
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[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
IEC 60664-1, Insulation Coordination for Equipment within Low-voltage Systems—Part 1: Principles,
Requirements, and Tests.
IEC 61000-4, Electromagnetic Compatibility
MIL-HDBK-419, Grounding, Bonding, and Shielding for Electronic Equipment and Facilities
MIL-STD-188-124, Grounding, Bonding, and Shielding for Common Long Haul Tactical
Communication Systems Including Ground Based Communications—Electronics Facilities and
Equipment.
PDVSA 90619.1.091 PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES
Protección contra Descargas Atmosféricas
[36]
[37]
[38]
[39]
5.
NFPA 780, Standard for the Installation of Lightning Protection Systems.
IEC-62305 (2006), Protection of Structures Against Lightning
COVENIN 599, Código de Protección contra Rayos, Comisión Venezolana de Normas Industriales,
Caracas, 1973
API-RP-2003
METODOLOGIA
A continuación se describe la metodología a desarrollar en este estudio. En primer lugar se define el
esquema general, las consideraciones necesarias para la realización de la auditoria en sitio, el análisis de
riesgo, la evaluación del sistema de puesta a tierra y del sistema de protección contra descargas
atmosféricas.
5.1
ESQUEMA GENERAL
La evaluación integral del sistema de puesta a tierra y protección contra descargas atmosféricas de la
instalación objeto de estudio requiere la elaboración de las siguientes actividades:
1.- Inspección Visual
1.1.- Levantamiento de General del SPAT y SPDA
1.2.- Levantamiento del Sistema de bajantes de puesta a tierra de Equipos existente
1.3.- Levantamiento del Sistema de protección contra descargas atmosféricas
2.- Mediciones en Campo
2.1.- Medición de Resistividad de Suelos
2.2.- Análisis de Resistividad a partir de mediciones de campo
2.3.- Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra
3.- Análisis de Riesgo conforme a IEC 62305-3 de Instalaciones Existentes
4.- Evaluación de alternativas de adecuación del sistema existente
5.- Ingeniería de Detalle del SPR Externo
6.1.- Memoria Descriptiva
6.2.- Planos de Construcción
6.3.- Especificaciones Técnicas de Construcción
6.4.- Cómputos Métricos.
5.2
AUDITORIA EN SITIO
El levantamiento en campo permite la identificación de los diversos componentes del sistema objeto de
estudio. En primer lugar, se realiza un levantamiento general del sistema eléctrico con el objeto de verificar
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del sistema eléctrico a fin de determinar las condiciones de puesta a tierra del neutro y de equipos en cada
uno de los componentes del mismo. En segundo lugar, se realiza la identificación de los elementos
constitutivos en el sistema de puesta a tierra existente. Finalmente, se verifica la conexión entre el sistema
de protección contra descargas y el electrodo de puesta a tierra existente.
5.2.1
Medición de las Características del Suelo
Las actividades de medición de resistividad de suelos e impedancia de Puesta a Tierra utilizando un
Telurómetro digital en conformidad con la normativa IEEE Std.81-1983. Los parámetros del suelo se
obtienen utilizando un modelo bi-estrato utilizando la herramienta computacional OPTRVD-GROUND
desarrolladas por el INDENE-USB. El modelo bi-estrato comprende la resistividad del primer estrato (ρ1),
resistividad del segundo estrato (ρ2) y la altura del primer estrato (h).
5.2.2
Levantamiento del Sistema de Puesta a Tierra y Protección contra Rayos
Se realizara un levantamiento fotográfico del SPAT Y SPDA de la planta.
5.2.3
Diagnóstico del Estado Físico de la Malla de Tierra y Conexiones
Con el fin de verificar la integridad de la malla de tierra se procederá a realizar una serie excavaciones de
modo que se puedan establecer las condiciones físicas del sistema.
5.3
ANALISIS DE RIESGO
Evaluación del Riesgo en conformidad con los procedimientos establecidos en IEC-62305.
5.4
EVALUACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EXISTENTE
En la fase de levantamiento se determina la geometría del sistema de puesta a tierra con el fin de obtener el
valor de la resistencia teórica y contrastarla con los requerimientos normativos.
Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra Teórica (RT)
Utilizando la Teoría de las Imágenes de Maxwell, se determina el valor teórico exacto de la resistencia del
electrodo de puesta a tierra en base a los siguientes datos:
- Geometría del electrodo existente
- Modelo bi-estrato del suelo
Se utilizará el programa ETAP.
5.5
EVALUACION DEL SISTEMA DE PROTECCION CONTRA RAYOS EXTERNO
Esta actividad consiste en determinar la geometría del SPR externo, con base en los planos 3D de la planta
y el Nivel de Protección o Eficiencia que se desee alcanzar según las normas IEC62305 o NFPA780. Para
ello se emplearán los métodos de la esfera rodante y cono de protección.
6.
RESULTADOS DE LA AUDITORIA EN SITIO
A continuación se resumen los resultados del Inspección.
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De la actividad de inspección en sitio se encontró evidencia de potenciales transferidos debido a
perturbación atmosférica a lo largo de todos los sistemas de control y potencia de la planta, cuyos efectos
se manifiestan en forma de equipamiento dañado por sobretensiones. El actual sistema de protección
contra descargas atmosféricas de la planta posee una serie de deficiencias que justifica la existencia de
potenciales transferidos y los consiguientes daños al equipamiento sensible. A continuación se indican estas
deficiencias para cada uno de los subsistemas del SPDA
El Sistema de Protección contra Rayos Externo (SPR Externo) se encuentra visiblemente deteriorado y
debido a los cambios estructurales de la planta en los últimos años su disposición geométrica no cumple
con la función de captación de rayos y drenaje a tierra en forma segura de las descargas atmosféricas. En
consecuencia existen estructuras (edificaciones, bandejas de tubos, sistemas de escape de gases, etc.)
susceptibles de ser impactadas directamente por rayos. En este sentido, en las condiciones actuales, las
instalaciones de la planta se encuentran fuera de los niveles de protección establecidos por la NFPA780 y
IEC62305. En el caso particular de los tanques de almacenamiento de combustibles, se considera que los
mismos cumplen con los requerimientos de NFPA780 de punto de vista de captación directa de descargas
atmosféricas.
El Sistema de Protección contra Rayos Interno (SPR Interno) de la planta consta de varios arreglos de
mitigación de sobretensiones mediante la existencia de dispositivos descargadores (arresters) en tableros
eléctricos, así como la utilización de un sistema de puesta a tierra común tanto para seguridad como para
referencia de señal en los espacios que albergan equipos sensibles. La utilización de un sistema de
bajantes puesta a tierra común (seguridad y señales) en los equipos de control, así como la ejecución de
prácticas de puesta a tierra inadecuadas no contribuyen a mitigar los efectos de las sobretensiones en
condiciones de actividad atmosférica tanto directa como indirecta.
El Sistema de Puesta a Tierra consiste en un anillo o electrodo único, calibre 4/0 AWG, enterrado a 50cm de
profundidad que recorre toda la extensión de la planta. No se encontró evidencia de electrodos separados,
estando todos los sistemas de la planta (electricidad, telecomunicaciones, instrumentación y protección
contra descargas) conectados a un electrodo común (único) en conformidad con lo establecido en el Código
Eléctrico Nacional NTF200:2009 y las normas PDVSA N-201. No obstante, se observó falta de integridad en
el electrodo de tierra debido a roturas no intencionales y algunas estructuras construidas posteriormente no
disponen de electrodo de puesta a tierra. El sistema de conexionado al electrodo de puesta a tierra de
estructuras y equipos se encuentra visiblemente deteriorado por la exposición a agentes corrosivos.
En el Anexo 1 se encuentra el informe de auditoría del sistema de puesta a tierra de la planta Petroquerón.
Los resultados más relevantes se enumeran a continuación:
Resultados del Análisis de Resistividad del Suelo
Los parámetros representativos del comportamiento del suelo de la instalación en estudio, fueron obtenidos
directamente a partir de mediciones en sitio, cuyo análisis fue realizado mediante el módulo RESAP de la
plataforma CDEGS. Dichas mediciones de resistividad fueron efectuadas en las proximidades al sitio de la
misma en conformidad con la Norma Internacional IEEE Std. 81-1983.
ρ 1er estrato
(Ohm-m)
ρ 2do estrato
Ohm-m)
h (m)
Modelo bi-estrato
569.3272
426.0777
5.4667
Tabla 3: Resultados de medición de resistividad
El informe de análisis de resistividad se encuentra en el Anexo 2
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7.
RESULTADOS DE LA EVALUACION DEL SISTEMA SPAT Y SPDA EXISTENTE
La geometría del electrodo existente se muestra en la Figura 9. El valor de resistencia calculado se
encuentra en el orden de 1.02 ohmios considerando el valor de resistividad establecido en la Tabla 3.
Figura 9 - Geometría Electrodo Existente
El valor de la resistencia obtenido (1.02 ohm) cumple con las disposiciones mínimas requeridas del NTF-200
(25ohm) así como las establecidas por la N-201 en todos los demás sistemas. En el caso particular de los
tanques de combustibles se considera que los mismos poseen una resistencia puesta a tierra adecuada
cumpliendo el requerimiento de todos los instrumentos normativos de PDVSA.
8.
RESULTADOS ANALISIS DE RIESGO
En la determinación del índice de riesgo se requiere conocer todas las variables que influyen en los riesgos a
la que puede estar expuesta la planta. Basada en la información recopilada, indicados en el Anexo 3, se
obtuvieron los resultados mostrados en la Tabla 4.
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Punto de Incidencia de la
descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Impacto en tierra, próximo a la
estructura
Impacto directo sobre una línea
eléctrica o similar asociado a la
estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Pérdidas Humanas
0,009
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,015
Pérdidas Económicas
0,100
SIN RIESGOS
Pérdidas Humanas
0
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,004
Pérdidas Económicas
Impacto a tierra, próximo a líneas
eléctricas o similar
SIN RIESGOS
Tabla 4 - Riesgos de Fallas Resultantes
0,008
Los resultados indicados en la tabla I muestran índices de riesgo que superan los sugeridos por la normativa
internacional al respecto. Eso obliga a mejorar los sistemas de protección contra descargas atmosféricas,
tanto en la estación de flujo (impacto directo en la estructura), como en los pozos que se comunican con la
misma (impacto directo en una línea o similar asociada a la estructura). Si se implementa un sistema de
protección exterior contra descargas atmosféricas correspondiente al Nivel de Protección I en la estación de
flujo, los riesgos de daño en equipos y por explosión son menores, dando como resultado los riesgos de falla
indicados en la Tabla 5. Se observa una mejora sustancial en la protección contra descargas atmosféricas
por impacto directo. Sin embargo, existe un riesgo evidente asociado a la exposición a descargas
atmosféricas en las líneas conectadas con la planta (pozos), las cuales deben ser igualmente protegidas.
Punto de Incidencia de la
descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Impacto en tierra, próximo a la
estructura
Impacto directo sobre una línea
eléctrica o similar asociado a la
estructura
Impacto a tierra, próximo a líneas
eléctricas o similar
Efecto de la descarga eléctrica
Pérdidas Humanas
0,00018
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,00021
Pérdidas Económicas
0,00018
SIN RIESGOS
Pérdidas Humana
0
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,004
Pérdidas Económicas
0,008
SIN RIESGOS
Tabla 5 - Riesgos de Fallas Resultantes basado en un Nivel de Protección I
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En consecuencia, la recomendación básica fundamental es mejorar el apantallamiento de la estación de flujo
y de todos los pozos vinculados al mismo, mediante un sistema exterior de captación de descargas
atmosféricas localizadas de acuerdo al Nivel de Protección I.
Examinando detenidamente los resultados mostrados en la Tabla 5, a pesar de la mejora, los niveles de
riesgo siguen siendo superiores a los máximos establecidos en normativas vigentes al respecto. Es
importante resaltar que estos resultados se obtuvieron basados en lo observado sobre el funcionamiento de
los siguientes componentes del sistema de protección contra descargas atmosféricas:
-
Equipotencialización de todos los componentes metálicos (no verificado).
Sistema de puesta a tierra adecuada (se consideró adecuado).
Control adecuado de potenciales de paso y de toque (no verificado).
Coordinación adecuada de los supresores de sobretensiones (no adecuado).
Si alguno de los componentes antes mencionado no está adecuadamente dimensionado, resulta imposible
asegurar la protección, sigue existiendo un riesgo importante que se refleja en la tabla II a pesar de haber
implementado un sistema de protección exterior correspondiente al Nivel de Protección I. Una de las
limitantes importantes es que no se conoce el estado del sistema de puesta a tierra, de los controles de
potenciales de paso y de toque y no se puede asegurar que exista una adecuada equipotencialización de
todos sus componentes.
Igualmente, a pesar de haber observado la presencia de supresores de sobretensiones en varios puntos del
sistema eléctrico, es claro que no están vinculados entre sí, son equipos aislados. La efectividad en la
protección interior contra descargas atmosféricas se basa en limitar los voltajes máximos por debajo del nivel
de daño de los equipos y eso es solo posible instalando varias etapas de protección, dependiendo del punto
de incidencia de la descarga, lo que se conoce como coordinación de supresores.
Una parte de los riesgos asociados al impacto directo sobre una línea o similar asociado a la estructura
mostrados en la Tabla 5, que en este caso son los pozos, son debidas a la ausencia de supresores o
mecanismos de limitación de sobretensiones adecuadamente dimensionados.
Si se desea alcanzar una protección efectiva contra descargas atmosféricas, tanto el sistema exterior
(sistema captación, bajantes y puesta a tierra), como el interior (equipotencialización y coordinación de
supresores), deben estar operativos, dimensionados y localizados adecuadamente. En consecuencia, se
sugiere revisar todos estos aspectos como base fundamental para limitar los riesgos a niveles aceptables y
alcanzar los objetivos de protección contra descargas atmosféricas.
El informe de análisis de riesgo se encuentra en el Anexo 3
9.
PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR EXTERNO
La adecuación del Sistema de Protección contra Rayos Externo se ha realizado mediante la utilización de
captadores de rayo tipo Punta Franklin y de conductores suspendidos en postes (tipo catenaria) conectados
directamente al electrodo principal de tierra existente, conforme a la norma IEC62305. Para ello se ha
utilizado el método de las esferas rodantes y cono de protección. Se ha establecido como premisa cumplir
con el nivel de protección I, correspondiente a una eficiencia del 98% se han utilizado radios de esfera de
20m.
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Con base a la información geográfica disponible en coordenadas RegVen, la Tabla 6, muestra la
localización de las puntas Franklin y los postes que sostienen las catenarias o cables de guarda que
apantallan los pipe racks.
La Figura 10 muestra el esquema básico para la aplicación de la técnica de esfera rodante sobre un plano
de estructura. Se han considerado distancias entre puntas de 15m correspondiente a la colocación de
mástiles de 1.5m de altura.
Figura 10 – Criterio para la Aplicación del Método de Esfera Rodante sobre el plano de la estructura.
Es menester indicar, que la disposición de las puntas es aproximada por cuanto la planta Petroboquerón no
cuenta un levantamiento tridimensional que permita la localización efectiva del SPR Externo. Se ha utilizado
el plano de planta bidimensional existente y las alturas de las estructuras se han estimado conforme a la
inspección en sitio.
En este sentido, la presente propuesta de diseño debe considerarse como un proyecto de mitigación de
riesgo que no garantiza en su disposición inicial una eficiencia mínima de captación de rayos del 98% en el
100% de la planta, por dos razones:
1.- La información de la disposición tridimensional de la planta es inexistente
2.- La integridad del electrodo de puesta a tierra existente no está garantizada.
Por las razones arriba expuestas, se recomienda la realización de dos proyectos específicos:
1. Realización de proyecto de levantamiento de estructuras 3D, de modo que la propuesta actual
pueda ser revisada en un futuro próximo subsanando cualquier inconsistencia por el déficit de
información que ha tenido este proyecto.
2. Realizar un proyecto para garantizar la integridad del electrodo de puesta a tierra en el 100% de la
planta.
La propuesta de Geometría para el SPR Externo se encuentra en el Anexo 4
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1080472
1080460
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1080436
1080424
1080412
1080402
1080390
1080378
1080366
1080500
1080500
1080629
1080627
1080627
1080627
1080626
1080626
1080603
1080603
1080532
1080532
1080552
1080417
1080410
1080410
1080398
1080341
1080398
1080341
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
6
6
0.5
0.5
5
5
0
0
0
0
1.5
1.5
0.5
0.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1080705
5
77
1080705
1080692
1080692
1080692
1080692
1080692
1080712
1080711
1080613
1080613
1080613
1080613
1080597
1080597
1080597
1080597
1080605
1080616
1080616
1080628
1080628
1080628
1080628
1080619
1080619
1080610
1080610
1080619
1080619
5
5
5
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
Tanq ACT
Turbo. Gen
G. Emerg
S.E. C
Area compresores
470993
470979
470979
470993
471006
471022
471033
471000
470988
471032
471016
470998
470986
470986
470998
471016
471032
471007
471016
470994
471091
471079
471062
471050
471050
471062
471062
471079
471079
471091
B.P.2 A. Bombeo C. S.E
470813
470813
470813
470764
470764
470764
470764
470764
470764
470764
470764
470764
470764
470805
470818
470985
470985
470982
470988
470947
470959
470947
470959
471721
471183
471115
471115
471174
471079
471069
471069
471182
471182
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Pipe rack central
Z
4
4
4
4
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
20
20
20
Tanques
Y
1080492
1080492
1080478
1080478
1080490
1080490
1080490
1080490
1080490
1080483
1080483
1080483
1080483
1080483
1080543
1080543
1080550
1080534
1080516
1080503
1080448
1080436
1080424
B.1
X
471181
471173
471175
471181
471053
471982
470907
470826
470749
470749
470826
470907
470982
471053
470778
470760
470790
470790
470790
470790
470813
470813
470813
Postes para puesta a tierra
#
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
Cerca perimetral
Z
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
5
5
5
E. Bombeo
Y
1080749
1080749
1080749
1080749
1080749
1080749
1080742
1080732
1080705
1080696
1080685
1080685
1080685
1080685
1080685
1080685
1080696
1080705
1080732
1080742
1080705
1080705
1080705
Pipe Rack
X
470833
470825
470818
470804
470795
470785
470785
470785
470785
470785
470785
470795
470804
470818
470825
470833
470833
470833
470833
470833
471033
471022
471006
Pipe. R. Des A.Des
#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Galpon
Sala de control
Subestacion principal
Edificio administrativo
Almacen
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#
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
X
471173
471184
471142
471157
471160
471172
470912
470912
471003
471003
470997
471012
471004
471003
471015
471030
471045
470939
470939
470859
470884
470859
470884
Y
1080532
1080531
1080572
1080572
1080562
1080562
1080725
1080720
1080580
1080526
1080510
1080506
1080470
1080449
1080442
1080442
1080444
1080473
1080444
1080449
1080445
1080859
1080859
Z
2
2
1
1
1
1
0.5
0.5
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
0.5
0.5
0.5
0.5
133
Shelter Vigilancia
470895 1080762
470899 1080752
470917 1080743
470950 1080744
470904 1080715
470939 1080700
470962 1080692
470962 1080678
471179 1080608
471154 1080599
471148 1080584
471161 1080580
471173 1080570
471122 1080388
471183 1080335
470839 1080395
470768 1080347
470727 1080355
470727 1080355
470727 1080355
470727 1080371
470727 1080393
470727 1080416
470727 1080439
470727 1080462
470727 1080499
470727 1080542
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
Tabla 6 – Localización Geográfica de los Captadores de Descargas (Coordenadas REGVEN).
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10.
PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR INTERNO
La adecuación del SPR Interno requiere la elaboración de un proyecto específico para cada sistema de
equipos sensibles tanto en el interior de la planta como las estructuras ubicadas en los pozos.
En el caso de los dispositivos electrónicos ubicados en los pozos se recomienda la realización de proyectos
específicos que consideren los siguientes elementos: Construcción de un anillo de puesta a tierra alrededor
de la estructura que aloja los equipos, apantallamiento contra descargas para un nivel de eficiencia de 98%
conforme IEC 62305, instalación de dispositivos descargadores de sobretensiones (SPD) en los tableros
480V, 4 hilos y en los tableros 208-120V 5 hilos, Instalación de Barras de puesta a tierra de señal aislada y
conectada a al electrodo de tierra único a través de bajante separado conforme a NTF-200 e IEEE 1100,
Puesta a tierra de estructuras con conexiones exotérmicas. Medidas para evitar el hurto del material. Puesta
a Tierra del Neutro del Transformador conforme a 250-30.
Para los sistemas de equipos sensibles localizados en el interior de la planta se recomienda la instalación
de dispositivos descargadores de sobretensiones (SPD) en los tableros 480V, 4 hilos y en los tableros 208120V 5 hilos, Instalación de Barras de puesta a tierra de señal aislada y conectada a al electrodo de tierra
único a través de bajante separado conforme a NTF-200 e IEEE 1100, Puesta a tierra de estructuras con
conexiones exotérmicas. Medidas para evitar el hurto del material. Puesta a Tierra del Neutro del
Transformador conforme a NTF200, 250-30.
11.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
11.1 CONCLUSIONES
El presente informe se refiere al Diagnóstico y Adecuación del Sistema de Protección contra Descargas
(SPDA) de la Planta Petroboquerón de PDVSA. El estudio se realizó mediante 3 actividades: 1.- Inspección
en sitio para verificación de cumplimiento normativo, 2.- Análisis de riesgo de daño asociado a la actividad
atmosférica en conformidad con IEC62305 y 3.- Recomendación de acciones de mitigación de riesgo.
De la actividad de inspección en sitio se encontró evidencia de potenciales transferidos debido a
perturbación atmosférica a lo largo de todos los sistemas de control y potencia de la planta, cuyos efectos
se manifiestan en forma de equipamiento dañado por sobretensiones. El actual sistema de protección
contra descargas atmosféricas de la planta posee una serie de deficiencias que justifica la existencia de
potenciales transferidos y los consiguientes daños al equipamiento sensible.
A continuación se indican estas deficiencias para cada uno de los subsistemas del SPDA:
El Sistema de Protección contra Rayos Externo (SPR Externo): Se encuentra deteriorado y no esta en
condiciones de captar las descargas atmosféricas de forma segura.
El Sistema de Protección contra Rayos Interno (SPR Interno) en forma general cumple con lo dispuesto en
el marco normativo. Sin embargo la correcta coordinación de los equipos descargadores de sobretensión y
la adopción de prácticas de puesta a tierra separada de equipos permitiría mitigar los efectos de la actividad
atmosférica.
El Sistema de Puesta a Tierra existente consiste en un anillo o electrodo único, calibre 4/0 AWG, enterrado
a 50cm de profundidad que se presume recorre toda la extensión de la planta. No se encontró evidencia de
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electrodos separados, estando todos los sistemas de la planta (electricidad, telecomunicaciones,
instrumentación y protección contra descargas) conectados a un electrodo común (único) en conformidad
con la normativa. No obstante, se observaron evidencias de falta de integridad en el electrodo de tierra
debido a roturas no intencionales y algunas estructuras construidas posteriormente no disponen de
electrodo de puesta a tierra. El sistema de conexionado al electrodo de puesta a tierra de estructuras y
equipos se encuentra visiblemente deteriorado por la exposición a agentes corrosivos.
Las condiciones objetivas de operación de la planta permiten indicar que no se encuentra en ninguno de los
4 niveles de protección establecidos en la norma IEC62305, siendo la misma susceptible de impacto directo
de rayo.
Los niveles de riesgo obtenidos en las condiciones actuales de protección de la planta, conforme a
IEC62305 son los siguientes:
Punto de Incidencia de la descarga eléctrica
Impacto directo sobre la estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Nivel de Riesgo Actual
Pérdidas Humanas
0,009
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,015
Pérdidas Económicas
0,100
Los niveles de riesgo obtenidos para el caso de impacto directo en la planta son bastante elevados, no
encontrándose ninguno de ellos dentro de los mínimos recomendados por los 4 niveles de protección
establecidos en IEC 62305. Los resultados se justifican por las deficiencias encontradas en todos los
subsistemas asociados al sistema de protección contra descargas atmosféricas, requiriéndose una serie de
acciones para mitigar dichos riesgos.
Las medidas de adecuación necesarias para que los niveles de riesgo de daño asociado a actividad
atmosférica se ubiquen en el nivel de protección más exigente, considerando que la producción petrolera
así lo requiere la elaboración de un proyecto de re-diseño y adecuación del sistema de protección contra
rayos externo cuya geometría permita cumplir con el máximo Nivel de Eficiencia (Tipo I, 98%) establecido
en conformidad con IEC62305. Esta actividad implica la instalación de los sistemas de captación y su
conexión al electrodo de puesta a tierra existente requeridos para cumplir las condiciones normativas. En
este documento se incluye la elaboración del proyecto de adecuación del SPR Externo y en un documento
separado se incluyen las especificaciones, cómputos métricos y planos requeridos para la ejecución de este
proyecto. La ejecución de este proyecto se realiza de forma aproximada, por cuanto no se dispone de un
levantamiento tridimensional de las estructuras de la planta. Una vez que se disponga de información 3D de
la planta Petroboquerón se deberá proceder a reevaluar el diseño del sistema de protección externo.
Los niveles de riesgo esperados una vez realizadas todas las acciones de mitigación que aseguren un Nivel
de Protección I, conforme a IEC62305 son los siguientes:
Punto de Incidencia de
la descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Nivel de
Riesgo
Actual
Factor de Mejora respecto
a la situación actual
Pérdidas Humanas
0,00018
50,00
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,00021
71,42
Pérdidas Económicas
0,00018
555,5
Los niveles de riesgo esperados una vez realizadas las adecuaciones requeridas mejoran sensiblemente las
estimaciones de pérdidas tanto en vidas humanas, así como en servicios esenciales y productividad
respecto a la situación actual, por lo que se recomienda diseñar un plan estratégico para lograr tal fin y
preservarlo en el tiempo.
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11.2 RECOMENDACIONES
Elaboración de proyectos de adecuación del sistema de protección interno (SPR Interno) asociado a la
puesta a tierra de equipos sensibles tanto en el interior de la planta como los quipos ubicados en los pozos.
Elaboración de un plan de mantenimiento y adecuación de todas las conexiones de puesta a tierra de
estructuras y equipos en toda la planta. En este documento se incluyen recomendaciones específicas para
la adecuación del sistema de puesta a tierra de equipamiento sensible en la sala de control, sala de
telecomunicaciones e instrumentación asociada a los pozos. La elaboración de un proyecto detallado de
adecuación integral del sistema de conexionado a tierra de estructuras y equipos se encuentra fuera del
alcance de este trabajo.
Elaboración de un proyecto para la verificación de la integridad del electrodo de puesta a tierra de la planta
Petroboquerón. Este proyecto está fuera del alcance de este estudio.
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ANEXOS
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Anexo 1: Informe de Inspección del
Sistema de Puesta a Tierra y
Protección contra Descargas Atmosféricas
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Informe de Inspección del Sistema de Puesta a Tierra
y Protección contra Descargas Atmosféricas
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PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS (SPDA)
DE LA PLANTA BOQUERON – DTT FURRIAL”
DOC. No. BOQ-22-2635-001
REV
FECHA
BREVE DESCRIPCION DEL CAMBIO
A
27/8/12
Emisión Preliminar
B
24/9/12
Versión 1.0
Gerencia de Servicios Eléctricos Oriente – DTT Furrial
PREPARADO POR
REVISADO POR
APROBADO POR
APROBACION
PDVSA
G. Machado
J. Ramirez
P. De Oliveira
S. Velásquez
J. Ramirez
P. De Oliveira
S. Velásquez
E. Albánez / G.
Machado
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Resumen Ejecutivo
El 9 de Agosto de 2012, la planta Boquerón sufrió un impacto directo
en sus instalaciones por un conjunto de descargas atmosféricas,
produciendo una parada forzada de planta debido a la pérdida de su
sistema de generación eléctrica y al daño de equipos sensibles
asociados a su sistema productivo. A raíz de este evento, el personal
calificado del INDENE realizó un levantamiento técnico del sistema de
puesta a tierra y protección contra descargas atmosféricas, con el
objetivo de diagnosticar las debilidades del mismo. El trabajo realizado
plantea la necesidad de adecuar el sistema de apantallamiento de la
planta, dado que no cumple con las normativas internacionales IEC62305 y NFPA-780. Por su parte, se debe acondicionar el sistema de
puesta a tierra que presenta deficiencias con respecto a la norma de
PDVSA N-201.
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Índice.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.6.1
1.7
1.7.1
1.7.2
1.7.3
1.7.4
1.7.5
1.8
Introducción.
Objetivo.
Alcance.
Esquema básico del sistema eléctrico.
Descripción general de las zonas vulnerables.
Evento y ubicación de fallas.
Características de los equipos fallados.
Levantamiento.
Ubicación:
Duración y fecha:
Áreas de inspección:
Actividades desarrolladas.
Inspección.
Medición de la resistividad del suelo.
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1.1. Introducción.
Boquerón es una planta de extracción de petróleo y gas, la cual debe desempeñar una serie de procesos de
manera eficiente para mantener una alta confiabilidad en su producción, tomando en cuenta la particularidad
de que la energía que consumen estos procesos se genera localmente. Para cumplir este objetivo debe
desarrollar una serie de tareas que involucran acciones de automatización, control e instrumentación. Todos
estos procesos están directamente relacionados con equipos eléctricos, electrónicos y de comunicación,
siendo estos últimos altamente sensibles a las perturbaciones de tensión, las cuales pueden ser originadas
por fallas en el sistema, por maniobras de la red eléctrica, o por descargas atmosféricas. Actualmente, estas
últimas (los rayos) son una gran preocupación para los ingenieros y gerentes de la planta, dado que la
ubicación geográfica de la misma, lo llano del terreno y su gran extensión, hacen que la probabilidad de un
impacto de este fenómeno natural aumente considerablemente. Por este motivo es indispensable que se
disponga de un sistema de protección contra descargas atmosféricas complementado con un sistema de
puesta a tierra lo suficientemente robusto, que permitan apantallar y drenar apropiadamente las elevadas
corrientes que puedan causar daños en las instalaciones, es decir, sin perjudicar la integridad de las
personas, equipos y en general, la producción de la planta.
1.2 Objetivo.
Diagnosticar el estado actual del sistema de puesta a tierra y protección contra descargas atmosféricas
actualmente instalado en Petro-Boquerón, con la finalidad de identificar las fallas y vulnerabilidades del
mismo.
1.3 Alcance.
Auditoría visual por parte del personal calificado del Instituto de Energía de la USB, y levantamiento
fotográfico de la planta Boquerón, relacionado a:
• Puesta a tierra del neutro del sistema de potencia.
• Puesta a tierra de sistemas sensibles.
• Puesta a tierra de estructuras.
• Sistemas de protección (Descargadores), Puntas Franklin.
1.4 Esquema básico del sistema eléctrico.
La alimentación de la planta es local, y está compuesta por dos turbo-generadores a gas, con potencia
nominal de 4.75MW @ 4160V, las cuales poseen el neutro aterrado a través de resistencia. Toda la energía
generada es canalizada directamente a dos subestaciones: la subestación principal, constituida por 4
transformadores 4160/480V de 3MW cada uno; y a la subestación de compresores constituida por 2
transformadores 4160/480V de 2MW respectivamente. Todas las unidades de transformación poseen un
mismo grupo vectorial: Dy11 sólidamente puesto a tierra.
Adicional a los generadores, la planta cuenta un grupo electrógeno a diesel de potencia nominal 830kW @
480V. La finalidad de ésta última es mantener a las cargas críticas en funcionamiento en caso de cualquier
eventualidad que afecte a la generación local.
La carga constituida principalmente por servicios industriales, procesos vinculados a la extracción de crudo,
alimentación a pozos, compresión, enfriamiento, y servicios generales, consumen una potencia promedio de
2.5MW.
La alimentación a los pozos de extracción de crudo se realiza a través de una canalización aérea trifásica
con neutro corrido, a una tensión de 480V. Seguidamente en sitio se consigue mediante un transformador
local Dy11 puesto a tierra disminuir el nivel de tensión a 208-120V.
Por su parte, la canalización de los cables de potencia asociados a los procesos industriales (potencia,
instrumentación y control), se realiza utilizando bandejas porta-cables ubicadas en el pipe rack.
El diagrama unifilar del sistema se observa en la Figura 1.
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Figura 1. Diagrama unifilar del sistema eléctrico.
1.2 Descripción general de las zonas vulnerables.
La planta está ubicada en el estado Monagas, con un área de construcción que abarca una extensión de
terreno aproximada de unas 25 hectáreas sin incluir los pozos, los cuales pueden estar ubicados a unos
pocos kilómetros de distancia. A grandes rasgos, podemos establecer algunas zonas altamente vulnerables
a impactos directos de rayos (Figura 2): El pipe rack, la torre de comunicaciones, la sala de compresores, el
galpón de almacenamiento, el antiguo galpón, los tanques de almacenamiento y los pozos.
Figura 2. Ubicación de las zonas vulnerables de la planta.
De estas zonas, el pipe rack representa la arteria central de la planta, es una estructura de acero que le
brinda soporte a los conductores de potencia que transmiten la energía para el funcionamiento de los
equipos eléctricos y electrónicos, y a los cables de instrumentación que controlan los procesos de
producción. Tal como se muestra en la Figura 3, la altura de esta estructura y su condición inherente de
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buen conductor, la convierte en una autopista para que una descarga atmosférica circule fácilmente por gran
parte de las instalaciones que están en la planta, incluyendo los equipos que controlan procesos vitales para
su buen funcionamiento.
Figura 3. Pipe rack.
Por su parte, la torre de comunicaciones es una estructura metálica de 41 metros de altura, que tiene como
objetivo la recepción y transmisión de señales mediante ondas electromagnéticas. Su gran tamaño (ver
Figura 4) y su ubicación céntrica dentro de la planta, la convierten en uno de los receptores de rayos más
importantes a considerar en este estudio.
Figura 4. Torre de comunicaciones.
Otra instalación vulnerable al impacto de rayos por sus dimensiones físicas y techo metálico, es la sala de
compresores y el área de deshidratación. Tal como se puede apreciar en la Figura 5 y Figura 6. Área de
deshidratación., esta estructura de gran altura posee adicionalmente varias chimeneas provenientes de los
compresores, adicionalmente actúan como captadoras de descargas atmosféricas.
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Figura 5. Sala de compresores.
Por último, los pozos que aunque se encuentran a gran distancia de la planta en sí, la alimentación eléctrica
de los tableros que controlan sus procesos llega mediante líneas de distribución trifásicas en baja tensión
con neutro corrido (tal como se establece más adelante en el apartado de levantamiento), es un canal viable
de entrada para cualquier descarga atmosférica que ocurra en los pozos y que puede viajar directamente por
el conductor de neutro a las instalaciones.
Figura 6. Área de deshidratación.
2 Evento y ubicación de fallas.
El 16 de Agosto del presente año 2012, la planta Boquerón es impactada directamente por descargas
atmosféricas que ocasionan daños severos en varias localidades de la planta, tal como se observa en la
Figura 7.
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Figura 7. Localización de fallas debidas al evento.
2.2 Características de los equipos fallados.
A excepción de uno de los transformadores ubicado en Boquerón 1, todos los elementos que presentan
daños asociados al evento del 16 de Agosto son equipos electrónicos sensibles de control, medición e
instrumentación. Estos incluyen RTD’s (Detectores Resistivos de Temperatura por sus siglas en inglés),
módulos de entrada y salida de los PLC, entre los principales.
El personal técnico del INDENE ejecutó la autopsia al transformador dañado, la cual demuestra una falla
longitudinal en el devanado de una de las fases del devanado de alta tensión, la cual pudo ser originada
tanto por una sobretensión producto de un rayo, como por un defecto de fabrica que se hizo evidente por el
uso y la longevidad del equipo.
3 Levantamiento.
3.2 Ubicación:
El levantamiento se llevó a cabo por el personal técnico calificado del Instituto de Energía de la USB, tuvo
lugar en las instalaciones de la Planta Boquerón, ubicada en Maturín, Estado Monagas, Venezuela.
3.3 Duración y fecha:
El levantamiento tuvo una duración de dos semanas, comenzando el lunes 27 de Agosto y finalizando el
viernes 7 de Septiembre del presente año 2012.
3.4 Áreas de inspección:
• Turbinas a gas (Generadores).
• Turbina diesel. (Generador de emergencia).
• Subestación principal.
• Transformadores de la S/E principal.
• Subestación de compresores.
• Transformadores de la S/E de compresores.
• Área de compresores.
• Sala de control.
• Sala de control “antigua”.
• Antena de telecomunicaciones.
• Área de deshidratación.
• Área de servicios.
• Área de almacén.
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3.5
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Área de separación.
Área de aguas aceitosas.
Área de tanques de crudo.
Área de bombeo de crudo.
Unidad ACT.
Boquerón 1 (Entrada – vigilancia).
Pozo DS-7.
Pozo DS-9.
Nodo 26.
Nodo 27.
Nodo 28.
Pipe rack.
Actividades desarrolladas.
Diagnóstico de la integridad física y funcionalidad del sistema externo de protección contra
descargas atmosféricas.
Revisión estocástica del estado físico de la malla de puesta a tierra.
Inspección visual de la conexión galvánica a tierra de los equipos electrónicos sensibles, de
comunicación y control.
Inspección visual de la conexión galvánica a tierra de las estructuras y edificaciones de la
planta.
Medición de la resistividad del suelo en la periferia de la planta.
3.6 Inspección.
La recopilación fotográfica recopilada y sus respectivas observaciones se muestran a continuación:
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- Generadores (Turbinas a gas).
3.6.1.1.1 Descripción:
La alimentación de la planta, está conformada por
dos turbinas a gas, cada una de 4.75 MW de potencia
nominal y tensión de salida de salida a 4160 V.
3.6.1.1.2
Registro fotográfico:
Fig 1. Vista general
Fig 2. Detectores
Fig 4. Banco de resistencias
Fig 3. Conexiones equipotenciales
3.6.1.1.3 Observaciones:
1. El detector contra incendio puede ver alterado su funcionamiento por la invasión de agentes
biológicos.
2. Los puntos apernados de conexión equipotenciales presentan óxido que puede alterar su
efectividad.
3. La conexión del neutro a tierra se realiza a través de resistencia. Se sugiere realizar una
limpieza a sus terminales.
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- Generador de emergencia.
3.6.1.1.4 Descripción:
Es un generador diesel de 830 kW de potencia
nominal y 480 V de tensión de salida, cuya función
es alimentar a las cargas críticas del sistema.
3.6.1.1.5
Registro fotográfico:
Fig 5. Vista general
Fig 6. Interruptor principal
Fig 8. Conexiones equipotenciales
Fig 7. Banco de resistencias y TC
3.6.1.1.6 Observaciones:
1. Los puntos apernados de conexión equipotenciales presentan óxido que puede alterar su
efectividad.
2. La conexión del neutro a tierra se realiza a través de resistencia. Se sugiere realizar una
limpieza a sus terminales.
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- Subestación principal (Protección contra descargas atmosféricas).
3.6.1.1.7 Descripción:
La S/E está encargada de adecuar la energía
eléctrica proveniente de los generadores principales
y canalizarla para poder suplir la carga de la planta.
La protección contra descargas atmosféricas está
constituida por puntas Franklin que buscan apantallar
el área contra el impacto directo de rayos.
3.6.1.1.8
Registro fotográfico:
Fig 9. Vista general
Fig 10. Anemómetro - veleta
Fig 11. Puntas Franklin
Fig 12. Puntas Franklin
3.6.1.1.9 Observaciones:
1. El anemómetro/veleta y la presencia de estructuras mas altas que las puntas Franklin
interfieren con el apantallamiento efectivo de la zona.
2. Hay varias puntas Franklin que se encuentran caídas y con conexiones a los bajantes y entre
sí apernadas, flojas y oxidadas.
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- Subestación principal (Sistema de puesta a tierra).
3.6.1.1.10 Descripción:
La S/E está encargada de adecuar la energía
eléctrica proveniente de los generadores principales
y canalizarla para poder suplir la carga de la planta.
El sistema de puesta a tierra está constituido por
varios elementos interconectados entre sí, cuyo
objetivo es drenar efectivamente la corriente de rayo,
y/o fallas en general.
3.6.1.1.11 Registro fotográfico:
Fig 13. VIsta general
Fig 14. Barra colectora
Fig 16. Neutro puesto a tierra
Fig 15. Bajante de puesta a tierra
3.6.1.1.12 Observaciones:
1. La celda encargada de la planta de emergencia, presenta evidencia de potenciales
transferidos.
2. Las celdas en las que se encuentran alojados los relés del sistema, manifiestan fallas
producto de potenciales transferidos en el sistema de puesta a tierra.
3. Las conexiones de las celdas permiten plantear la hipótesis de que efectivamente existe un
anillo de tierra en la S/E.
4. Los equipos electrónicos de instrumentación y control, no utilizan el punto de tierra del equipo
sugerido por el fabricante.
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- Transformadores de la S/E principal.
3.6.1.1.13 Descripción:
Conformado por 4 transformadores de potencia de
3MVA cada uno, Recibe energía desde los
turbogeneradores en 4,16 KV, y entrega en 480 VAC.
Se encuentran en configuración delta – estrella
aterrizada. Los interruptores asociados en su entrada
y salida están en el interior de la subestación
principal.
3.6.1.1.14 Registro fotográfico:
Fig 17. Vista general
Fig 18. Placa del TRX
Fig 19. Aterrizamiento del neutro
Fig 20. Arreglo de PAT
3.6.1.1.15 Observaciones:
1. El del transformador se encuentra galvánicamente puesto a tierra.
2. Presentan alto nivel de contaminación, lo cual aumenta su probabilidad de falla. Se sugiere
una limpieza de la zona.
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- Subestación de compresores (Protección contra descargas atmosféricas).
3.6.1.1.16 Descripción:
La S/E está encargada de adecuar la energía
eléctrica proveniente de los generadores principales
y canalizarla para poder suplir las cargas asociadas
al área de compresores. Comprende adicionalmente
elementos de maniobra, control y monitoreo
asociados a los procesos de producción.
La protección contra descargas atmosféricas está
constituida por puntas Franklin que buscan apantallar
el área contra el impacto directo de rayos.
3.6.1.1.17 Registro fotográfico:
Fig 21. Vista general
Fig 22. Puntas Franklin
Fig 23. Punta Franklin
Fig 24. Punta Franklin
3.6.1.1.18 Observaciones:
1. El pipe rack atenúa el efecto de apantallamiento proporcionado por las puntas Franklin, lo
cual evidencia una mala filosofía de protección.
2. Las conexiones apernadas de las puntas Franklin presentan deterioro en sus uniones. Se
recomienda utilizar soldaduras exotérmicas.
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- Subestación de compresores (Sistema de puesta a tierra).
3.6.1.1.19 Descripción:
Comprende los elementos de control y monitoreo de
los servicios eléctricos relacionados a la sala de
compresores.
El sistema de puesta a tierra está constituido por
varios elementos interconectados entre sí, cuyo
objetivo es drenar efectivamente la corriente de rayo
y así evitar posibles daños.
3.6.1.1.20 Registro fotográfico:
Fig 25. Vista general
Fig 26. Barra colectora
Fig 27. Conexión a tierra
Fig 28. Módulos del PLC
3.6.1.1.21 Observaciones:
1. El sistema de enfriamiento tiene un funcionamiento inadecuado, lo cual ha traído como
consecuencia que se tengan que abrir las celdas y las puertas de la S/E para tratar de
ventilar la zona y mantener los equipos a una temperatura de operación adecuada. Esto hace
que los equipos sean vulnerables a las consecuencias de la humedad y agentes biológicos
que pueden alterar gravemente su funcionamiento.
2. Se sugiere adecuar el sistema de enfriamiento de la S/E.
3. Se debe adecuar las conexiones de puesta a tierra de los equipos electrónicos.
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- Transformadores (S/E compresores)
3.6.1.1.22 Descripción:
Conformado por 2 transformadores de potencia de
2MVA cada uno, Recibe energía desde los
turbogeneradores en 4,16 KV, y entrega en 480 VAC.
Se encuentran en configuración delta – estrella
aterrizada. Los interruptores asociados en su entrada
y salida están en el interior de la subestación de
compresores.
3.6.1.1.23 Registro fotográfico:
Fig 29. Vista general
Fig 30. Transformador
Fig 31. Arreglo de PAT
Fig 32. Conexiones apernadas
3.6.1.1.24 Observaciones:
1. El del transformador se encuentra galvánicamente puesto a tierra.
2. Las conexiones apernadas se encuentran en malas condiciones, se sugiere realizar
mantenimiento correctivo.
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- Sala de control (Protección contra descargas atmosféricas).
3.6.1.1.25 Descripción:
En esta sala, los ingenieros de la planta se encargan
de monitorear y controlar en tiempo real la operación
y los procesos que se llevan a cabo en las
instalaciones de la planta. Está constituida por dos
tableros de control correspondientes a los
turbogeneradores, un tablero de sincronismo, un
sistema SCADA. Posee además dos cuartos
adyacentes, el primero alberga un sistema de
respaldo UPS con su respectivo banco de baterías; y
el segundo cuarto de control con personal técnico.
3.6.1.1.26 Registro fotográfico:
Fig 33. Vista general
Fig 34. Estructuras metálicas
Fig 35. Estructuras metálicas
Fig 36. Punta Franklin
3.6.1.1.27 Observaciones:
1. La presencia de estructuras más altas que las puntas Franklin interfieren con el
apantallamiento efectivo de la zona.
2. Hay varias puntas Franklin que se encuentran caídas y con conexiones a los bajantes y entre
sí apernadas, flojas y oxidadas.
3. Se sugiere realizar mantenimiento al sistema de apantallamiento, y cambiar las conexiones
apernadas por soldaduras exotérmicas para aumentar su efectividad.
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- Sala de control (Sistema de puesta a tierra).
3.6.1.1.28 Descripción:
En esta sala, los ingenieros de la planta se encargan
de monitorear y controlar en tiempo real la operación
y los procesos que se llevan a cabo en las
instalaciones de la planta. Está constituida por dos
tableros de control correspondientes a los
turbogeneradores, un tablero de sincronismo, un
sistema SCADA. Posee además dos cuartos
adyacentes, el primero alberga un sistema de
respaldo UPS con su respectivo banco de baterías; y
el segundo cuarto de control con personal técnico.
3.6.1.1.29 Registro fotográfico:
Fig 37. Vista general
Fig 38. Base del piso falso
Fig 39. Barra colectora
Fig 40. Barra colectora
3.6.1.1.30 Observaciones:
4. Se reportan daños en los módulos de comunicaciones y en los PLC asociados a los
turbogeneradores.
5. Ausencia de una malla de referencia para los equipos electrónicos.
6. Las barras colectoras se encuentran en buen estado y se corresponden con los planos de
construcción.
7. Los equipos electrónicos de instrumentación y control, no utilizan el punto de tierra del equipo
sugerido por el fabricante.
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- Sala de control “antigua”.
3.6.1.1.31 Descripción:
Alberga un sistema de UPS con su respectivo banco
de baterías, tableros eléctricos y al nodo 54, el cual
monitorea los detectores de flama y los detectores de
gas, correspondientes al sistema contra incendios y
al compresor de aire.
3.6.1.1.32 Registro fotográfico:
Fig 41. Vista general
Fig 42. Celda nodo 54
Fig 44. Entradas al módulo
Fig 43. Antena adyacente
3.6.1.1.33 Observaciones:
1. Se reportan daños en los módulos de control.
2. Antena adyacente no presenta conexión galvánica a tierra.
3. El nodo 54 no posee una conexión adecuada al sistema de puesta a tierra.
4. No presenta una tanquilla que permita acceder a un arreglo local de PAT.
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- Antena de telecomunicaciones.
3.6.1.1.34 Descripción:
Su funcionalidad reside en la recepción y envío de
señales
electromagnéticas
para
intercambiar
información. Está constituida por una estructura
metálica de 41 metros de altura, en el tope de ésta
se encuentra instalada una punta franklin, con un
bajante aislado de la torre, conectado a un anillo de
cobre perimetral a la base. Este anillo cuenta con un
conductor calibre 4/0, con cuatro jabalinas
enterradas, una en cada extremo de la fundación de
la torre. Adicionalmente se ubican dos conexiones
galvánicas que unen al anillo de la estructura al
arreglo de puesta a tierra de la planta.
3.6.1.1.35 Registro fotográfico:
Fig 45. Vista general
Fig 46. Punta Franklin
Fig 48. Conexión exotérmica
Fig 47. Bajante de PAT
3.6.1.1.36 Observaciones:
1. Se evidencia una buena práctica correspondiente al sistema de protección contra descargas
atmosféricas y del sistema de puesta a tierra.
2. Existe evidencia de interconexión entre las malla local de la estructura con el arreglo de
puesta a tierra de la planta.
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- Área de compresores (Protección contra descargas atmosféricas).
3.6.1.1.37 Descripción:
Es un galpón que alberga 8 unidades compresoras
de gas de alta y baja presión, impulsadas por
motores de combustión interna. En esta área están
dispuestos un conjunto de elementos de supervisión
asociados a los PLC y a elementos de fuerza.
3.6.1.1.38 Registro fotográfico:
Fig 49. Vista general
Fig 50. Estructuras metálicas
Fig 51. Puntas Franklin
Fig 52. Vista lateral
3.6.1.1.39 Observaciones:
1. El galpón posee un sistema de apantallamiento basado en el uso de puntas Franklin. Se
sugiere su revisión de acuerdo al método de esferas rodantes, ya que hay estructuras
metálicas de mayor altura.
2. S sugiere conectar galvánicamente los escapes de los compresores al arreglo de puesta a
tierra, de manera tal que puedan ser utilizadas como apantallamiento.
3. Se sugiere que los bajantes correspondientes a cada punta Franklin sean conectados
directamente a tierra.
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- Área de compresores (Sistema de puesta a tierra).
3.6.1.1.40 Descripción:
Es un galpón que alberga 8 unidades compresoras de
gas de alta y baja presión, impulsadas por motores de
combustión interna. En esta área están dispuestos un
conjunto de elementos de supervisión asociados a los
PLC y a elementos de fuerza.
3.6.1.1.41 Registro fotográfico:
Fig 53. Módulos de control
Fig 54. Bajante de tierra abierto
Fig 55. Terminal de tierra abierto
Fig 56. Conexiones de tierra abiertas
3.6.1.1.42 Observaciones:
1. En general, presenta una filosofía de conexión a tierra de equipos acorde con la norma
PDVSA N.201. Sin embargo, existen varias conexiones a tierra que se encuentran cortadas o
abiertas.
2. Se sugiere hacer mantenimiento a las barras colectoras y conexiones que se encuentran
contaminadas con grasa.
3. Existen equipos electrónicos de instrumentación y control, que no utilizan el punto de tierra
del equipo sugerido por el fabricante.
4. Al menos uno de los bajantes está desconectado del sistema de protección contra descargas
atmosféricas.
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- Área de deshidratación.
3.6.1.1.43 Descripción:
Proceso que busca separar el agua asociada al crudo,
con la finalidad de reducirla a un porcentaje
especificado.
3.6.1.1.44 Registro fotográfico:
Fig 57. Vista general
Fig 58. Vista lateral
Fig 59. Bajante de tierra
Fig 60. Conexiones al arreglo de tierra
3.6.1.1.45 Observaciones:
1. La estructura no posee sistema de protección contra descargas atmosféricas.
2. Un conjunto de las estructuras metálicas no poseen una conexión galvánica al arreglo de
puesta a tierra.
3. Se debe realizar mantenimiento a las conexiones que aterrizan las bases de la estructura y
limpiar la zona para evitar corrosión en los conductores desnudos.
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- Área de servicios.
3.6.1.1.46 Descripción:
Comprende el tanque de agua, las bombas y sus
tableros de control. Cuenta con detectores de flama y
gases en el entorno de las bombas, del tanque de
almacenamiento, así como sensores de presión
conectados al PLC del nodo 54.
3.6.1.1.47 Registro fotográfico:
Fig 61. Vista general
Fig 62. Conexión a tierra de la bomba
Fig 63. Arreglo de PAT
Fig 64. Sensores del tanque de agua
3.6.1.1.48 Observaciones:
1. Se reportaron daños en los equipos de instrumentación y el control.
2. Existen conexiones recubiertas con una capa de pintura que aumenta considerablemente la
resistencia de contacto, disminuyendo la efectividad del sistema.
3. No hay tanquillas que demuestren un arreglo de puesta a tierra local.
4. No presenta apantallamiento contra descargas atmosféricas.
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- Área de almacén.
3.6.1.1.49 Descripción:
Es un galpón que alberga oficinas para el personal
técnico de mantenimiento de la planta, y
adicionalmente se utiliza como almacén.
3.6.1.1.50 Registro fotográfico:
Fig 65. Vista general
Fig 66. Vista de la entrada
Fig 67. Vista lateral
Fig 68. Vista de la base
3.6.1.1.51 Observaciones:
1. No posee un sistema de protección contra descargas atmosféricas.
2. Se recomienda aterrar en múltiples puntos la base, aprovechando la condición de estructura
metálica para drenar las corrientes de rayo, es decir, la misma estructura se puede apantallar
a sí misma.
3. No se detectaron tanquillas de visita, por lo cual, se presume la inexistencia de una arreglo
local de puesta a tierra.
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- Área de separación.
3.6.1.1.52 Descripción:
Este proceso permite disgregar el crudo en sus
componentes básicos (petróleo, gas) y adicionalmente
realiza la separación de componentes no deseados.
3.6.1.1.53 Registro fotográfico:
Fig 69. Vista general
Fig 70. Estructuras metálicas
Fig 72. Conexión a tierra
Fig 71. Estructuras metálicas
3.6.1.1.54 Observaciones:
1. Esta zona no posee protección contra descaras atmosféricas
2. No hay tanquillas que evidencien un arreglo de puesta a tierra local
3. Se debe realizar mantenimiento a las conexiones apernadas que presentan oxido o corrosión
en sus terminales, lo que trae como consecuencia la disminución de la efectividad de este
arreglo
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- Área de aguas aceitosas.
3.6.1.1.55 Descripción:
En esta área se ubican dos tanques para manejo del
agua extraída del crudo en la zona de separación.
Dispone de bombas impulsadas por motores
eléctricos e instrumentación de supervisión, que se
presume esta asociada al nodo 26.
3.6.1.1.56 Registro fotográfico:
Fig 73. Vista del tanque
Fig 74. . Vista general
Fig 75. Conexión a tierra
Fig 76. Arreglo de PAT
3.6.1.1.57 Observaciones:
1. La mayoría de las estructuras y los dos tanques están conectadas al SPAT de la planta.
2. Los motores son conectados a tierra desde su carcaza, y a través de la acometida, desde la
subestación.
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- Área de tanques de crudo.
3.6.1.1.58 Descripción:
Compuesta por dos tanques
almacenar el petróleo.
cuya
función
es
3.6.1.1.59 Registro fotográfico:
Fig 77. Vista general
Fig 78. Tanque de almacenamiento
Fig 79. Cable de guarda
Fig 80. Detalle del cable de guarda fuera del
aislador
3.6.1.1.60 Observaciones:
1. Los tanques están muy expuestos a impactos directo de rayos. Sin embargo la misma
estructura está preparada para drenar la corriente de rayo sin sufrir daños.
2. El cable de guarda que ofrece protección adicional a los tanques esta fuera de respectivos
aisladores en uno de sus soportes, perdiendo el apantallamiento adicional.
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- Área de bombeo de crudo
3.6.1.1.61 Descripción:
Este proceso se encarga de realizar el despacho del
producto a otras estaciones para el tratamiento de
crudo
3.6.1.1.62 Registro fotográfico:
Fig 81. Vista general
Fig 83. Conductor de tierra cortado
Fig 82. Conductor de tierra cortado
3.6.1.1.63 Observaciones:
1. Esta estructura no posee un sistema propio de apantallamiento ante fenómenos atmosféricos
2. No se observo tanquilla que evidencia la presencia de un arreglo de puesta tierra en esta
zona
3. Se evidencio tramos de conductor de puesta a tierra cortados
4. se debe realizar mantenimiento a las conexiones y terminales de puesta atierra que se
encuentren en mal estado
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- Unidad ACT.
3.6.1.1.64 Descripción:
La unidad esta compuesta por módulos de control, y
se encarga de medir el flujo de crudo.
3.6.1.1.65 Registro fotográfico:
Figura 8. Vista general
Figura 10. Interior del panel
Figura 9. Computadora Omni Flow
Figura 11. Conexión a tierra.
3.6.1.1.66 Observaciones:
1. Se reportan daños reiterativos en el Omni Flow (Medidor de flujo) cuando hay eventos
atmosféricos en las cercanías de la planta.
2. No existe conexión directa de la unidad ACT a la malla de tierra que se reporta en los planos.
3. Se debe realizar labores de mantenimiento a las conexiones de equipotencialidad.
4. No hay protección contra descargas atmosféricas.
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- Boquerón 1 (Vigilancia).
3.6.1.1.67 Descripción:
El shelter esta compuesto por una acometida que
alimenta la carga de iluminación de la entrada
principal y la caseta de vigilancia.
En esta estación se encuentran alojados tres (3)
tableros y un transformador en configuración delta
estrella con tensiones de 480/208 V.
3.6.1.1.68 Registro fotográfico:
Fig 84. Vista general
Fig 85. Detalle del tablero principal
Fig 86. Conexión al sistema de tierra local
Fig 87 Conexión al sistema de tierra local
3.6.1.1.69 Observaciones:
1. La acometida principal es trifásica con neutro corrido
2. Se evidencia un arreglo de puesta a tierra local con dos (2) jabalinas
3. En esta estación se reporto como fallado el transformador
4. La estación carece de protección contra descargas atmosféricas
5. Los tablero principal de la estación no cumple con las normativas del código eléctrico nacional
6. Se recomienda realizar el mantenimiento y adecuación de los tableros
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- Pozo DS-7
3.6.1.1.70 Descripción:
En esta área se encuentra el sistema de control del
Pozo, basado en accionamientos neumáticos. La
operación es monitoreada por un PLC (local) que
recibe señales desde indicadores de presión diversos
y que mantiene comunicación con la sala de control a
través de fibra óptica.
3.6.1.1.71 Registro fotográfico:
Fig 88 Conexión al sistema de tierra local
Fig 89. Arreglo local de puesta a tierra
Fig 90. Conductores de tierra cortados
Fig 91. Tanquilla llena de petróleo
3.6.1.1.72 Observaciones:
1. Muchas de las interconexiones del SPAT están cortadas.
2. La conexión del arreglo de puesta a tierra local con la jabalina es apernada. Es altamente
recomendable que se remplace por una soldadura exotérmica.
3. La fosa que alberga la llegada de los conductores al shelter y las barras colectores de tierra
está inundada de petróleo. Se recomienda drenar y limpiar el área, y realizar mantenimiento a
las terminaciones de todos los cables.
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- Nodo 26.
3.6.1.1.73 Descripción:
Este nodo está conformado básicamente por PLC’s, con
sus fuentes de poder y borneras de conexiones. El
sistema de comunicación se encuentra cableado con
fibra óptica.
3.6.1.1.74 Registro fotográfico:
Fig 92. Conexiones equipotenciales
Fig 93. Terminal de tierra sin conectar
Fig 94. Barra colectora
Fig 95. Módulos de control
3.6.1.1.75 Observaciones:
1. En esta área no se reportaron daños en ningún sistema y/o equipo.
2. La estructura soporte de toda la instalación está conectada al arreglo general de puesta a
tierra en tres puntos.
3. No se observo tanquilla que evidencia la presencia de un arreglo de puesta tierra en esta
zona
4. Se recomienda establecer un cuarto punto a la malla de tierra
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- Nodo 27.
3.6.1.1.76 Descripción:
En esta área se ubica un tablero que contiene autómatas
programables, sus fuentes de poder y borneras de
conexiones.
Así
como
también
sistemas
de
comunicación por fibra óptica.
3.6.1.1.77 Registro fotográfico:
Fig 96. Barra colectora
Fig 97. Conexiones de etierra apernadas
Fig 99. Módulos de control
Fig 98. Cables dirigidos al pipe rack
3.6.1.1.78 Observaciones:
1. Se reportan daños en el PLC, el cual recibe señales desde el área de separación de varios
equipos (detectores de flama, gases, medidores de presión y flujo). Los cables de señales se
trasladan por la parte más alta del pipe rack para la interconexión con elementos remotos.
2. Toda la estructura esta conectada en un solo punto al arreglo general de PAT.
3. Los PLC no están conectados a tierra en el terminal dispuesto para tal fin. El modulo de
entrada y salida se conecta mediante cable multipolar a una tarjeta, allí se dispone de una
bornera de conexiones para cablear los diversos instrumentos. El cableado es canalizado
hasta lo alto del pipe rack.
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Pipe rack.
3.6.1.1.79 Descripción:
Es una estructura de acero que le brinda soporte a los
conductores de potencia que transmiten la energía
para el funcionamiento de los equipos eléctricos y
electrónicos, y a los cables de instrumentación que
controlan los procesos de producción.
3.6.1.1.80 Registro fotográfico:
Fig 100 Conexión al sistema de tierra local
Fig 101. Vista hacia sala de compresores
Fig 102. Bandejas porta-cables área de
Fig 103. Vista lateral
compresores
3.6.1.1.81 Observaciones:
1. No presenta protección contra descargas atmosféricas.
2. Varias de sus bases de soporte están aterrizadas.
3. La bandeja porta-cables se sitúa en la parte más alta de la estructura, quedando
completamente expuesta a impactos directos de descargas atmosféricas.
4. Interconecta en esencia a la mayoría de los procesos críticos de la planta.
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4 Conclusiones y recomendaciones.
Luego de recopilar toda la información obtenida en el levantamiento y filtrar la data para obtener los
resultados más relevantes, se tiene que:
1. Se encuentra evidencia de potenciales transferidos a lo largo de todos los sistemas de control y
potencia de la planta, cuyos efectos se manifiestan en equipos que presentan daños causados por
sobretensiones.
2. La inspección visual revela que el sistema de apantallamiento (SPR Externo) de la planta no posee
integridad adecuada en conformidad con las normas internacionales IEC 62305 y NFPA 780.
3. La inspección visual y la revisión de la documentación (planos existentes) permiten establecer que el
sistema de puesta a tierra presenta deficiencias con respecto a la norma de PDVSA N-201.
4. Los puntos 2 y 3 establecen en consecuencia que la planta se encuentra sin un nivel de protección
adecuado.
5. La filosofía de protección eléctrica y puesta a tierra del neutro de los sistemas de control y potencia
en los pozos de producción debe ser revisada de modo tal, que se minimice la posibilidad de
potenciales transferidos tanto en condiciones de falla como de exposición a impulsos
electromagnéticos.
Se recomienda:
1. Realizar una adecuación del sistema de protección contra descargas atmosféricas, a fin de aumentar
el nivel de protección de la planta y así evitar que su disponibilidad se vea afectada ante eventos
atmosféricos.
2. Hacer mantenimiento a todos aquellos elementos que constituyen el sistema de puesta a tierra
(barras colectoras, MGB’s, conexiones equipotenciales, bajantes, entre los principales), así como
reforzar la malla de la planta mediante contrapesos en las zonas más vulnerables.
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Anexo 2: Análisis de Resistividad de Suelos
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Medición de la resistividad del suelo.
La medición de resistividad del suelo se realizó dentro de la planta, en un terreno plano libre de
edificaciones, cercano a enfermería y al comedor, tal como se observa en la Figura 12.
Figura 12. Zona de medición de resistividad.
Se empleó el método de Wenner que se ilustra en la Figura .
Figura 2. Método de Wenner
Y se midieron dos ejes perpendiculares entre sí, manteniendo el mismo centro eléctrico. Los resultados de la
medición son los siguientes:
12
9
6
3
1
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8
10.75
13.24
28.7
76.5
5.87
10.02
15.81
25.8
89
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Eje
Eje 2
Estrato
1
2
ρ (Ω·m)
569.3272
426.0777
d (m)
5.4667
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Anexo 3: Análisis de Riesgo
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Informe de Análisis de Riesgo conforme IEC62305
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PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS (SPDA)
DE LA PLANTA BOQUERON – DTT FURRIAL”
DOC. No. BOQ-22-2635-002A
APROBACION
REV
FECHA
BREVE DESCRIPCION DEL CAMBIO
PREPARADO POR
REVISADO POR
APROBADO POR
PDVSA
A
27/8/12
Emisión Preliminar
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J. Rodriguez
J. Ramirez
Doc. No.: BOQ-22-2643-001
P. De Oliveira
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S. Velásquez
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ÍNDICE
1.-) Alcance .
2.-) Normas Consultadas.................
3.-) Sistema de Protección Contra Descargas Atmosféricas.......
3.1.-) Introducción.....................................
3.2.-) Determinación de la Necesidad de un Sistema de Protección contra
Descargas Atmosféricas...........
3.3.-) Elementos Fundamentales de un Sistema de Protección contra
Descargas Atmosféricas...........
4.-) Bonding o Equipotencialización Exterior........
5.-) Riesgo de Falla en la Estación de Flujo Boquerón
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1.-) ALCANCE
El alcance del presente documento consiste en exponer los Criterios de Diseño del Sistema de
Protección contra Descargas Atmosféricas en la Estación de Flujo Boquerón.
2.-) NORMAS CONSULTADAS
-
NFPA 780
“Standard for the installation of Lightning Protection Systems”.
IEC 62305
“Protection against lightning”
COVENIN-599
Norma Venezolana Para Protección contra rayos mediante el uso de dispositivos
convencionales.
3.-) SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
3.1.-) Introducción
Una descarga atmosférica no es más que la compensación de cargas eléctricas entre la atmósfera
y el plano de tierra.
Cuando una nube incrementa de forma significativa su carga negativa (producto de roces por el
viento en conjunto con cambios de temperatura), posee un potencial que podría llegar a ser lo
suficientemente elevado como para provocar la ruptura del medio dieléctrico circundante (aire).
Para neutralizar estas cargas, al momento que el líder descendente de la descarga proveniente de
la nube se acerca al plano de tierra, salen a su búsqueda líderes ascendentes provenientes de los
diferentes objetos que tienen contacto con tierra. Sólo uno de los líderes ascendentes
(típicamente), hace contacto con el descendente, provocando la compensación de cargas desde el
plano de tierra hacia la nube.
Esta compensación provoca una circulación de corrientes de magnitud apreciable en el canal
plasmático formado. Como consecuencia del impacto de un rayo contra un objeto, hay efectos
térmicos, eléctricos y mecánicos severos.
Por ende, la misión fundamental de un sistema de protección es garantizar que los líderes
descendentes sean captados por éste y no por cualquier parte susceptible del resto de la
instalación en consideración.
•
Parámetros resaltantes de una descarga atmosférica
a.-) Intensidad y Polaridad de la Corriente de Descarga:
La magnitud de la descarga no depende de las características del punto donde incide. La magnitud
es un parámetro totalmente aleatorio y como tal, posee una característica probabilística de
ocurrencia y es determinada mediante una distribución tipo gaussiana.
- Media: 31 kAmps.
- Media para descargas sucesivas: 12 kAmps
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-
Sólo el 10% de las descargas son de polaridad positiva.
La distribución acumulada de probabilidades, puede ser aproximada por la siguiente función,
representada a través de la figura 1.
P(I) =
1
 I 
1+ 

 31 
2 .6
(1)
Donde I es la corriente en kAmps.
Figura 1. Distribución de Frecuencia Acumulativa para Corrientes Máximas
(Probabilidad (%) de exceder a la Corriente (kA)): (1) Primeras descargas negativas
(2) Descargas negativas sucesivas (3) Descargas positivas
Figura 3. Probabilidad de frecuencia acumulada para el ángulo de incidencia del rayo
b.-) Incidencia en el Espacio Temporal de las Descargas Atmosféricas
Otra consideración importante a tomar en cuenta durante un estudio relacionado con descargas
atmosféricas, es el hecho de que la incidencia de descargas atmosféricas tiene un comportamiento
variable en el contexto espacio – temporal. Esto quiere decir, que no todas las zonas geográficas
poseen la misma cantidad de descargas y una misma zona tiene una variación en cuanto a la
cantidad y característica de la descarga, según la época del año.
La medición de la incidencia de las descargas se realiza por medio de mapas geográficos, bien
sean isoceraúnicos o de isodensidad; en el primer caso, determinando la cantidad de días de
tormenta al año por región y en el segundo, la cantidad de descargas por unidad de área al año.
En el caso particular de Venezuela, se dispone de información relativa al nivel isoceaúnico, a
través del mapa indicado en la Figura 2.
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Figura 2. Promedio Anual de Tormentas eléctricas (1951-1970).
3.2.-) Determinación de la necesidad de un Sistema de Protección contra Descargas
Atmosféricas
A la hora de determinar si se requiere o no la instalación de un Sistema de Protección contra
Descargas Atmosféricas se deben manejar dos conceptos:
- Nd, que es el número de impactos directos de descargas atmosféricas estimadas sobre la
estructura durante un año.
- Nc, que es el número de impactos directos considerados como aceptables sobre la estructura y
durante un año.
Se debe comparar Nc con Nd. Esta comparación permite establecer si se requiere o no de un
sistema de protección contra descargas atmosféricas:
-
Si Nd < Nc, no se necesita un sistema de protección.
Si Nd > Nc, se debe instalar un sistema de protección.
El propósito de seleccionar un nivel de protección, es el de reducir, por debajo del máximo nivel
tolerable, el riesgo de daño debido al impacto directo de la descarga atmosférica en la estructura o
en el volumen a ser protegido.
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El nivel de protección de un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas se deriva de la
eficiencia (E) que se requiera del mismo para proteger debidamente al equipo o estructura en
cuestión, determinada por la siguiente expresión:
E > 1−
Nc
Nd
(4)
El nivel de protección se obtiene de la tabla I.
TABLA I. Eficiencia del Sistema de Protección de acuerdo al
Nivel de Protección seleccionado
Nivel de Protección
Eficiencia
I
0,98
II
0,95
III
0,90
IV
0,80
2.3.1.1.1.1.1
Determinación de Nd:
La densidad de descargas atmosféricas a tierra, Ng, se determina como:
Ng = 0,04 Td 1, 25 n. descar gas / año / km 2
donde : Td es el nivel ceráunico, que es el número de dias de tormenta al año
(5)
El número de descargas sobre un área determinada, Nd, se determina como:
Nd = Ng Ae 10 −6 n. descar gas / año sobre la estructura
donde : Ae es el área equivalente de la estructura ( m 2 )
(6)
El área equivalente Ae se obtiene de la intersección entre la superficie de tierra y una línea de
pendiente 1:3 que pasa desde la parte superior de la estructura (tocándola) y rotando alrededor de
ésta, tal como lo muestra la figura 7.
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Figura 7. Área efectiva de exposición de una estructura a las descargas atmosféricas
Determinación de Nc:
Los valores de Nc se pueden estimar a través del análisis del riesgo de daño tomando en cuenta
los siguientes factores:
- Tipo de construcción.
- Presencia de sustancias inflamables.
- Medidas adoptadas para reducir los efectos de las descargas atmosféricas.
- Tipo e importancia del servicio público relacionado a la edificación.
- El valor de los bienes que podrían resultar afectados.
Es imposible garantizar una efectividad del 100 % en el sistema de protección contra descargas
atmosféricas, debido a la naturaleza probabilística del fenómeno y a la dificultad de cuantificar
numéricamente sus efectos. La norma IEC 62305 propone una metodología para el cálculo del
índice de riesgo.
3.2.1.-) Determinación del Índice de Riesgo
Para determinar la necesidad y el tipo de protección a implementar contra descargas atmosféricas,
es necesario definir un índice de riesgo aceptable en función del tipo de instalación a proteger, sus
características particulares y su ubicación geográfica.
En función del índice calculado según la metodología propuesta por la IEC 62305 y el índice
aceptable, se determinará el nivel de protección y eficiencia en el diseño de un sistema de
protección contra descargas atmosféricas. Es importante resaltar que es económicamente inviable
proveer una protección total contra rayos a una instalación; la idea es reducir la probabilidad de
daño a un nivel aceptable. La tabla II establece los índices de riesgo aceptables.
Tabla II. Índices de Riesgo Aceptables
Concepto
Riesgo Aceptable (Ra)
Pérdidas Humanas
1.0E-05
Pérdida de Servicios Esenciales
1.0E-03
Pérdidas Económicas
1.0 E-03
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El riesgo se define como la pérdida probable anual debido al impacto de un rayo directamente en
la estructura o que la misma se vea afectada por incidencia de descargas próximas. Para ello, se
toman en cuenta los daños mecánicos a las estructuras, daño o fallas en equipos sensibles y
diferencias de potencial que pongan en riesgo directo la vida humana.
El riesgo total de falla es la suma de los diferentes riesgos parciales asociados a las variables que
pueden contribuir al mismo, tal como se muestra en la tabla III.
Cada riesgo de falla se determina como el número total de eventos (Nx descargas a tierra)
multiplicado por la probabilidad de que ocurra tal riesgo (Px probabilidad de daños) y multiplicada a
su vez por un factor que pondera la gravedad del tipo de riesgo producido δx, tal como lo resume
la siguiente expresión:
Rx = Nx Px δx
(7)
Tabla III. Componentes de los riesgos de falla
Punto de Incidencia de la descarga
eléctrica
Efecto de la descarga eléctrica
Voltajes de toque y paso fuera de la estructura
Impacto directo sobre la estructura
Impacto en tierra, próximo a la
estructura
Efectos térmicos y mecánicos de la corriente de descarga
Fallas eléctricas y electrónicas asociadas a las
sobretensiones conducidas
Fallas eléctricas y electrónicas asociadas a las
sobretensiones inducidas
Voltajes de toque fuera de la estructura
Impacto directo sobre una línea
eléctrica o similar asociado a la
estructura
Impacto a tierra, próximo a líneas
eléctricas o similar
Efectos térmicos y mecánicos de la corriente de descarga
Fallas eléctricas y electrónicas asociadas a las
sobretensiones conducidas
Fallas eléctricas y electrónicas asociadas a las
sobretensiones inducidas
Los criterios establecidos en el cálculo del riesgo de falla y los factores que ponderan el tipo de
riesgo producido son los siguientes:
a.) Causas de daño o falla
a.1) La proximidad del impacto de rayo a la estructura o instalación:
- Impacto directo.
- Impacto a tierra en el entorno.
- Impacto directo en algún servicio (agua, teléfono, electricidad).
- Impacto a tierra en el entorno de algún servicio.
a.2) El número de eventos que pueden ocurrir sobre la instalación, lo cual depende de:
- La densidad de descargas a tierra en la región.
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- El entorno de la instalación (factor de localización y factor ambiental).
- Tipo de construcción (aéreo o subterráneo).
- Características de los servicios que entran en la instalación.
Al evaluar las causas de falla se consideran los siguientes factores de riesgo:
Factor de Localización: Apantallamiento natural por cuerpos o estructuras vecinas
Altura de las estructuras próximas
Factor de riesgo
Similar
0,25
Inferior
0,50
Sin estructuras vecinas
1,00
Cima de una colina
2,00
Factor Ambiental: Entorno que rodea a la edificación a proteger
Entorno
Factor de riesgo
Urbano con edificios altos superiores a 20 m
0
Urbano con edificaciones entre 10 – 20 m
0,1
Suburbano con edificaciones menores a 10 m
0,5
Rural
1,0
Las probabilidades asociadas a la incidencia de sobretensiones a través de los servicios son los
siguientes:
Tipo de servicio eléctrico
Característica de la instalación de suministro eléctrico
Probabilidad
Subterráneo (cables)
0,1
Aéreo
1,0
Ninguna
0,0
Presencia de transformadores en la acometida eléctrica
Característica de la instalación de suministro eléctrico
Probabilidad
Con transformador de dos devanados
0,2
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Conexión directa a la acometida eléctrica
1,0
Presencia de protección interna por supresores de sobrevoltajes
Nivel de protección
Probabilidad
Sin protección
1
III - IV
0,03
II
0,02
I
0,01
Tipo de conductor empleado en el suministro eléctrico
Atenuación de sobretensiones inducidas por impactos indirectos
Apantallado (instalado en conduits metálicos o cables provistos con
pantallas metálicas, depende de la resistencia de la pantalla)
No apantallados (empotrados o enterrados,
dependiendo del largo expuesto)
Probabilidad
0,0010 – 0,0001
1,00 – 0,02
Aislamiento de conductor empleado en el suministro eléctrico
Aislamiento (depende si el conductor tiene pantalla o no, además de la
resistencia de la pantalla metálica)
Probabilidad
1,5 kV
1,00 – 0,40
2,5 kV
0,95 – 0,20
4,0 kV
0,90 – 0,04
6,0 kV
0,80 – 0,02
b.) Tipo de Daño
b.1) El tipo de daño, depende de las características de la instalación:
- Tipo de construcción.
- Contenido y aplicación.
- Características constructivas de los servicios que entran.
- Medidas de protección tomadas para minimizar el riesgo.
b.2) El tipo de daño, se podría clasificar como:
- Riesgo sobre vidas humanas.
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- Fuego, explosión, destrucción física, riesgo de emanación de gases u otras sustancias tóxicas.
- Fallas en los sistemas eléctricos y electrónicos
Al evaluar el tipo de daño se consideran los siguientes factores de riesgo:
Presencia de un sistema de protección contra descargas atmosféricas en la instalación
Eficiencia del sistema de protección
Ponderación
Nivel I
98 %
Nivel II
95 %
Nivel III
90 %
Nivel IV
80 %
Sin protección
0
Presencia de un sistema de protección contra incendios en la instalación
Tipo de sistema contra incendios
Automático (existencia de alarmas y sistema
automático de extinción)
Manual (existencia de extinguidotes o
hidratantes de operación manual)
Factor de Riesgo
Ninguno
1,0
0,2
0,5
Tipo de superficie por tensiones de paso y toque
Tipo de superficie
Factor de Riesgo
Agrícola, hormigon
0,01000
Mármol, cerámica
0,00100
Grava, alfombra
0,00010
Asfalto madera
0,00001
Las probabilidades asociadas a los tipos de daños que se pueden presentar en la instalación se
relacionan con los siguientes términos:
Posible riesgo de fuego o daño físico en la edificación
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Riesgo de fuego
Características
Alto riesgo de explosión por manejo de
sustancias químicas altamente inflamables o
explosivas
Estructuras con materiales altamente
combustibles
Estructuras con materiales combustibles
parcialmente
Poco uso de materiales combustibles (por
ejemplo, estructuras en concreto o acero)
Sin materiales combustibles (por ejemplo,
todo de metal)
Explosivo
Riesgo elevado
Riesgo medio
Riesgo bajo
Riesgo despreciable
Probabilidad
1,000
0,100
0,010
0,001
0
Posible riesgo de shock eléctrico
Riesgo de shock
Bajo
Medio
Alto
Características
Estructuras con pisos y paredes en metal o
concreto (proporcionan continuidad eléctrica entre
diferentes puntos en su interior)
Estructuras con pisos de madera y paredes en
metal o concreto o pisos en concreto o metal y
paredes de madera o mampostería (no existe
continuidad eléctrica entre pisos y paredes)
Estructuras en madera o mampostería, sin
conductores bajantes en metal
Probabilidad
0,01
0,20
1,00
Riesgo por tensiones de paso y toque
Medida de protección
Probabilidad
No existe
1,00
Aislamiento de los conductores expuestos
0,01
Medidas de equipotencialización
0,01
Avisos
0,10
Presencia de un sistema de protección contra sobrevoltajes
en el tablero eléctrico principal de la edificación
Presencia de un supresor de sobrevoltajes
Probabilidad
No existe
1,00
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Existe: Nivel IV
0,20
Existe: Nivel III
0,10
Existe: Nivel II
0,05
Existe: Nivel I
0,02
c.) Consecuencias de los daños
- Pérdida de vidas humanas.
- Pérdida de suministro de servicio al público.
- Pérdidas de patrimonios históricos y culturales.
- Pérdida económica.
Al evaluar las consecuencias de los daños se consideran los siguientes factores de riesgo:
•
Categoría I : Pérdidas de vidas humanas
Riesgos Especiales
Tipo de Riesgo
Factor de Riesgo
Sin daño especial
Bajo nivel de pánico
(edificación con menos de 2 pisos o menos de 100 personas)
Dificultad de Evacuación
(presencia de personas discapacitadas)
Riesgo medio de pánico
(edificación entre 100 y 1000 personas)
Riesgo alto de pánico
(teatros, salas de concierto o eventos deportivos)
Riesgo asociado a ambientes próximos
(proximidad de edificaciones con alto riesgo de fuego)
Contaminación del ambiente
(ambientes explosivos o enrarecidos químicamente o biológicamente)
1,0
2,0
5,0
5,0
10,0
20,0
50,0
Riesgo potencial de víctimas
Tipo de Edificación
Factor de riesgo
Hospitales, hoteles o edificios públicos
0,100
Comercios, oficinas, escuelas
0,050
Museos, exposiciones o estructuras de uso eventual
0,005
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No relevante
0
Riesgo de shock eléctrico por ocupación y tiempo de exposición a los sobrevoltajes
•
Tipo de Edificación
Factor de riesgo
Hospitales
0,0005
Estructuras con riesgo de explosión
0,0500
No relevante
0
Categoría II : Pérdida de servicios esenciales
Pérdida de servicios por daños asociados a fuego
en edificaciones que ofrecen servicios al público
Servicios prestados por la edificación
Factor de riesgo
Suministro de gas
0,20
Suministro de agua
0,10
Radio / TV
0,08
Telecomunicaciones
0,06
Servicio eléctrico o transporte
0,04
No esenciales
0
Pérdida de servicios por daños en equipos debido a sobrevoltajes
en edificaciones que ofrecen servicios al público
•
Servicios prestados por la edificación
Factor de riesgo
Suministro de gas
0,020
Suministro de agua
0,010
Radio / TV
0,005
Telecomunicaciones
0,003
Servicio eléctrico o transporte
0,001
No esenciales
0
Categoría IV: Pérdidas económicas
Daños relativos en diferentes tipos de edificaciones por fuego
Tipo de edificación
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Factor de riesgo
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Hospitales, hoteles o industrias
0,5
Uso público
0,4
Escuelas u oficinas
0,3
Comercios
0,2
Prisiones o comisarías
0,1
No relevantes
0
Las probabilidades asociadas a las consecuencias de los daños son los siguientes:
Probabilidades aceptables de pérdidas
Valor
Concepto
1 E - 01
1 evento en 10 años
1 E - 02
1 evento en 100 años
1 E - 03
1 evento en 1000 años
1 E - 04
1 evento en 10000 años
1 E - 05
1 evento en 100000 años
Probabilidades de pérdidas en equipos debido a sobrevoltajes
Tipo de edificación
Probabilidad
Hospitales, hoteles o industrias
5 E - 03
Uso público
1 E - 03
Escuelas u oficinas
1 E - 03
Comercios
1 E - 04
Prisiones o comisarías
1 E - 05
No relevantes
0
En caso de excederse alguno de los parámetros de riesgo, se deberán tomar las medidas
adecuadas para su reducción, lo cual implica la incorporación de un sistema de protección integral
contra descargas atmosféricas, tanto externas a la edificación como internas a la misma, y la
selección del nivel de protección con el cual se diseña el sistema de protección. Cada nivel de
protección, implica una eficiencia del sistema de protección contra rayos adoptado para la
instalación, tal como se indicó en la tabla III
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Una vez seleccionado el nivel de protección adecuado para la instalación, se fijan los criterios
técnicos para el diseño del sistema externo de protección contra descargas atmosféricas.
3.3.-) Elementos Fundamentales de un Sistema de Protección contra Descargas
Atmosféricas
El sistema de protección contra descargas atmosféricas se divide en dos subsistemas:
•
Sistema de protección exterior contra descargas atmosféricas: conformado por todos
aquellos dispositivos exteriores a la edificación encargados de confinar las descargas
atmosféricas y derivar la corriente generada al sistema de puesta a tierra de forma segura.
•
Sistema de protección interior contra descargas atmosféricas: compuesto por todos
aquellos dispositivos interiores a las edificaciones relacionados con el efecto de las
descargas atmosféricas sobre el sistema eléctrico, de control o de comunicaciones y sobre
la seguridad en el funcionamiento de los equipos y en el personal.
3.3.1.-) Componentes del Sistema de Protección Exterior contra Descargas Atmosféricas
a.-)
Terminales Aéreos
Son los elementos del sistema de protección contra descargas atmosféricas encargados de captar
las grandes cantidades de energía provenientes de un rayo y drenarlas de manera segura al
sistema de puesta a tierra. Su ubicación dependerá del grado de exposición de la edificación a las
descargas atmosféricas, la geometría y particularidades de la estructura a proteger y del nivel de
protección deseado.
Este componente está formado por puntas Franklin, conductores tipo malla o conductores tipo
catenaria. El método que se va a utilizar para la ubicación, disposición y tipo de arreglo a utilizar,
es el de la esfera rodante, basado en el principio del método electrogeométrico (MEG), descrito en
las diferentes normativas internacionales.
El método de la esfera rodante debe utilizarse para identificar el espacio o zona protegida
(edificación o parte de ésta considerada como protegida contra los efectos asociados a los
impactos directos del rayo). El radio de la esfera se escoge de acuerdo al nivel de protección
seleccionado según norma IEC 62305-1, expuesto en la tabla IV.
Tabla IV. Radio de la esfera en función de los Niveles de Protección.
Nivel de Protección
Radio de la esfera (m)
I
20
II
30
III
45
IV
60
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Para determinar el espacio protegido utilizando el método de la esfera rodante, se sigue el
siguiente procedimiento: se reproducen los objetos a proteger (edificios o instalaciones
industriales) y los dispositivos del Sistema de Terminación de Aire (puntas). Después se construye
una esfera, de acuerdo con la escala del modelo, con el radio correspondiente al nivel de
protección seleccionado. El modelo electrogeométrico de la esfera rodante, se basa en considerar
que el centro de la misma se corresponde con la cabeza de la descarga directriz (líder
descendente), la cual se ha aproximado tanto a la tierra que la descarga de captación (líder
ascendente), que se produce desde el objeto puesto a tierra más próximo a ella, da lugar a la
unión con la descarga.
La “esfera de atracción” se hace pasar rodando alrededor de todo el modelo y también en todas
las posiciones posibles. Si al hacer esto, la esfera solamente toca los dispositivos del Sistema de
Terminación de Aire, ello indica que los objetos se encuentran totalmente situados dentro del
espacio de protección. Si no se tocan algunos de estos dispositivos, los mismos pueden
considerarse superfluos. Si la esfera, al hacerla girar por encima del modelo, toca el objeto a
proteger en algún punto, dicho objeto se encuentra insuficientemente protegido en este punto, y
hay que completar la instalación de los elementos de protección contra descargas atmosféricas de
forma que la esfera toque solamente éstos. La figura 8 ejemplifica la aplicación del método.
Figura 8. Aplicación del método de la esfera rodante.
Como elementos de captación aéreos, se van a utilizar las Puntas Franklin. Éstas deben poseer un
diámetro mínimo de 5 mm y estar construidas en cobre, acero o acero recubierto con cobre
electrolítico. Preferiblemente, se utilizarán puntas con terminales aéreos redondeados y con
extremo inferior del tipo roscado para su sustitución en caso de daño. Esta punta Franklin, será de
una longitud estándar de 1.5 m y cualquier altura superior que sea necesaria, se logrará mediante
la inclusión de extensores tubulares (3, 6, 9 y 12 m) en acero galvanizado de 1 1/2” de diámetro.
b.-)
Conductores Bajantes
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Son utilizados para conducir de forma segura la corriente del rayo, desde la captación, hasta el
sistema de puesta a tierra. Su cantidad, calibre, ubicación y ruta, deberá seleccionarse en función
de las vecindades y particularidades de cada estructura, para evitar efectos colaterales dañinos
sobre personas y objetos. Estos efectos son debidos fundamentalmente a que el conductor bajante
va a poseer una tensión producto de la circulación de una gran magnitud de corriente. En este
sentido, deben seleccionarse dos opciones en la instalación del sistema exterior de protección
contra descargas atmosféricas:
•
Sistema de protección aislado: Sistema de Terminación de Aire y Sistema de conductores
Bajantes se instalan de forma tal, que la trayectoria para la corriente proveniente de la
descarga atmosférica no está en contacto con el espacio a ser protegido, de tal forma que los
conductores van sujetos a las estructuras sobre soportes aislantes.
•
Sistemas de protección no aislados: La trayectoria de la corriente proveniente de la descarga
atmosférica está en contacto con el espacio protegido. Este caso aplica a galpones metálicos o
edificaciones cuyas estructuras metálicas exteriores e interiores estén equipotencializadas, de
forma de no generar accidentalmente diferencias de potencial dentro del volumen de la
estructura a ser protegido.
La separación entre bajantes dependerá del nivel de protección seleccionado, tal como lo muestra
la tabla V.
Tabla V. Distancia promedio entre bajantes
Nivel de Protección Distancia Promedio (m)
I
10
II
15
III
20
IV
25
La ruta del bajante deberá poseer como características:
-
La distancia vertical más corta.
La menor cantidad de ángulos (todos en caso de existir deberán ser mayores de 90°, para
evitar descargas laterales).
En el caso de estructuras metálicas de tres o más apoyos, estará tendido en la parte interior y
hacia el lado donde exista la menor posibilidad de contacto con personas.
Si la estructura posee elementos distintos al soporte mecánico, deberán ser
equipotencializados al bajante.
Se requiere un mínimo de dos bajantes por cada sistema de captación aérea, excepto si la
estructura tiene menos de 5 m de diagonal donde se permite el uso de un solo conductor
bajante.
Si la estructura es metálica (aluminio o acero galvanizado), deberá conectarse
intencionalmente al conductor bajante en ambos extremos.
El conductor bajante será de cobre trenzado, calibre 2/0 AWG, aislado para 600 V. Este último
requerimiento tiene el único objetivo de maximizar su vida útil.
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-
c.-)
En caso de que la estructura posea vientos para soporte mecánico, éstos no se considerarán
bajantes, pero para evitar diferencias de potencial, deberán ser equipotenciados a nivel del
sistema de puesta a tierra.
Si la estructura soporte posee un espesor mayor a 5 mm, podrá ser utilizada directamente
como bajante de interconexión entre la punta o conductor de captación y el sistema de puesta
a tierra.
Cajetines de Prueba y Conexiones a las Puestas a Tierra
Son los elementos que se interconectan entre la conexión de los conductores bajantes y la puesta
a tierra.
d.-)
Puestas a Tierra
Constituidas por aquellos elementos que están en contacto con la tierra (grupo de electrodos,
verticales y/o horizontales) y buscan establecer una interfase que garantice la disipación de
corrientes anormales, provenientes de fallas en el sistema eléctrico o proveniente de descargas
atmosféricas, de tal forma de que no existan riesgos al personal y garanticen un margen de
confiabilidad en el funcionamiento de los equipos.
Para garantizar la calificación de efectivo, se debe cumplir con las siguientes exigencias: limitación
en la elevación de potencial (se controla por medio de una baja impedancia de puesta a tierra),
limitación en los gradientes de potencial en las vecindades (control de los voltajes de toque y
paso).
La función de este sistema es dispersar en la tierra la corriente proveniente de la descarga
atmosférica sin provocar sobrevoltajes peligrosos. Para efectos de las descargas atmosféricas, es
más importante la forma y las dimensiones del sistema de tierra que los valores específicos de las
resistencias de los electrodos; sin embargo, se recomienda un valor de impedancia pequeña para
los electrodos. Por el tipo de onda involucrada, la respuesta del sistema de puesta a tierra no es
puramente resistiva, sino que hay que tomar en cuenta el efecto de las componentes inductivas y
capacitivas. Ese efecto se controla, por lo menos para el estado transitorio inicial del sistema, por
medio de una geometría que garantice:
- Un valor bajo de la impedancia transitoria.
- Un tiempo de estabilización corto en relación con el tiempo de frente de la corriente inyectada.
Los estándares internacionales recomiendan un rango de valores para la resistencia del Sistema
de Terminación de Tierra alrededor de los 5 ohms.
Se ha comprobado que en cuanto a la respuesta transitoria es preferible el uso de electrodos
radiales (horizontales). En la figura 9, se muestra la especificación en cuanto a la longitud de los
electrodos radiales en función de la resistividad del suelo.
En general, la solución se encuentra en la interrelación entre electrodos verticales y radiales que
satisfagan los criterios anteriormente mencionados. Adicionalmente, las estructuras que soporten
al sistema de protección contra descargas atmosféricas, deberán poseer un anillo perimetral para
control en los valores de la distribución de potencial (reducción en las tensiones de toque y paso).
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100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
ρ (Ω− m)
Figura 9. Longitud mínima de los electrodos de tierra
Todas las estructuras que posean sistema de protección contra descargas atmosféricas deberán
estar unidas mediante conductores de enlace, formando un plano equipotencial.
El tipo de conductor de puesta a tierra deberá cumplir con las siguientes especificaciones:
-
Electrodos verticales: barras de acero recubiertas de cobre (copperweld), de 5/8” de diámetro y
8´ o 16´ de longitud.
Electrodos horizontales o radiales: conductor trenzado desnudo de cobre, calibre 2/0 AWG. No
se permitirá que el conductor de tierra tenga un calibre menor al del bajante.
e.-) Estructuras Especiales
•
Chimeneas.
Todas las estructuras metálicas expuestas cuya altura sea superior a los 23 metros, que posean
un espesor mayor a 5 mm, pueden ser consideradas como sistemas naturales de atracción
aéreos. Tales estructuras no necesitan la ubicación de los dos primeros componentes del sistema
de protección, ya que la descarga atmosférica podrá impactar sobre la estructura y ser conducido
a tierra sin problemas.
En cuanto al sistema de puesta a tierra se realizará un anillo que rodee a la estructura. Las
conexiones se harán por medio de soldadura exotérmica.
•
Tanques de agua.
Todas las estructuras metálicas expuestas, que posean un espesor mayor a 5 mm y que no
presenten riesgos a las descargas atmosféricas, pueden ser consideradas como sistemas
naturales de atracción aéreos. Tales estructuras no necesitan la ubicación de los dos primeros
componentes del sistema de protección, ya que la descarga atmosférica podrá impactar sobre la
estructura y ser conducido a tierra sin problemas.
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Tales estructuras deberán tener al menos dos conexiones al sistema de puesta a tierra, separadas
equidistantemente (por ejemplo, en el caso de tanques circulares, deben estar separadas 180
grados) y el sistema de puesta a tierra estará formado por un anillo perimetral según los criterios
anteriormente expuestos.
4.) BONDING O EQUIPOTENCIALIZACIÓN EXTERIOR
La unión eléctrica o “bonding” de los diferentes sistemas de puesta a tierra, de las estructuras
eléctricamente conductoras de los componentes externos a una edificación y de los sistemas de
protección contra descarga atmosférica, tiene por finalidad reducir significativamente las
diferencias de potencial creadas por las corrientes asociadas a los rayos, una vez que son
captadas por el sistema de terminación aérea, conducidas a tierra y disipadas por el sistema de
puesta a tierra.
La equipotencialización debe cumplir con las siguientes especificaciones:
- Se deben interconectar todos los sistemas de puesta a tierra dentro de la planta, para así proveer
un potencial común. Esta interconexión debe incluir a las puestas a tierra de los sistemas de
protección contra descarga atmosférica, servicio eléctrico, telecomunicaciones, control, procesos y
antenas, así como todos los sistemas de tuberías metálicas subterráneas y superficiales. Los
sistemas de tuberías enterradas incluyen las tuberías de servicio de agua, tuberías de gas,
conduits enterrados, sistemas de tuberías de gas licuado de petróleo, etc. La conexión de sistemas
se realizará con conductores cuando la conductividad eléctrica no pueda asegurarse por medios
naturales de unión.
- Se deben equipotencializar todas las estructuras metálicas. Esto incluye chimeneas, torres de
iluminación, astas de banderas, tanques, postes de iluminación, armazones de acero de
edificaciones, etc.
- En las instalaciones metálicas la equipotencialización se debe llevar a cabo en la base o cerca
del nivel del terreno. Los conductores de unión deben ser conectados a una barra común de unión,
construida de manera que permita un acceso fácil para inspección. En caso de estructuras
grandes se debe instalar más de una barra común de unión, asegurando que éstas estén
interconectadas.
- Algunas estructuras metálicas, como marcos de puertas y ventanas, no se deben interconectar a
la red de equipotencialización, a menos que exista la probabilidad de que conduzcan una parte
significativa de la corriente de rayo, en caso de ocurrir un arco hacia dichas estructuras.
- Para estructuras cuya longitud perimetral supere los 25 metros, se deben instalar más de un
punto de unión y dichos puntos deben estar interconectados.
- La dimensión de los conductores de unión dependerá del porcentaje de corriente drenada
durante un fenómeno atmosférico. En este caso se utilizará un conductor principal de
equipotencialización, ubicado en las áreas con probabilidades de estar involucradas en la
conducción de corrientes provenientes de las descargas atmosféricas. Esto implica que el
conductor principal de equipotencialización transportará una parte significativa de la corriente del
rayo, y a su vez por estar en contacto con la tierra, se dimensionará como si fuese un sistema de
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terminación a tierra, con lo cual dicho conductor debe ser de cobre trenzado desnudo calibre AWG
2/0.
- El resto de los conductores de unión por los cuales no se espera que circule una parte
significativa de la corriente asociada a una descarga atmosférica será de calibre menor. En estos
casos se utilizarán conductores de cobre trenzados desnudos calibre AWG # 6. En los casos en
donde este conductor esté al descubierto, se utilizarán conductores aislados 600 V, con el fin único
de evitar efectos de corrosión.
- En caso de que se realicen interconexiones donde el conductor tenga que ser enterrado o
encofrado en concreto o asfalto, se utilizará conductor de cobre, trenzado y sin ningún tipo de
recubrimiento aislante.
- El conductor principal de equipotencialización debe soldarse aproximadamente cada 50 metros a
un electrodo tipo jabalina de metal recubierto de cobre (copperweld), de 5/8 de pulgada de
diámetro y 8 pies de largo, enterrada verticalmente, para evitar que el mismo se desplace y para
proveerle sujeción al conductor en el terreno.
- Todas las uniones entre el conductor principal de equipotencialización, los conductores de unión
y las partes metálicas o estructuras a ser equipotencializadas deben ser permanentes y realizadas
con soldadura exotérmica de cobre o de aleación de cobre. Sólo en casos excepcionales se
permitirán conexiones apernadas. Esto permite reducir al mínimo las resistencias de contacto que
podrían provocar diferencias de potencial entre estructuras.
- Se debe evitar conectar accesorios de material de cobre a conductores o partes metálicas de
aluminio. En caso de hacerlo debe garantizarse el uso de los conectores adecuados.
- Se contemplan los siguientes casos particulares:
•
Las cercas deben estar conectadas a la red de equipotencialización cada 50 metros, en las
zonas cercanas a los lugares donde existan sistemas de protección externos contra
descargas atmosféricas (perímetro de 50 metros) y cada 150 metros en las zonas más
alejadas. Las puertas y portones de las cercas deben estar conectados a la cerca
mediante un puente eléctricamente conductor.
•
En las secciones de tuberías aisladas, por motivos no vinculados a la protección catódica,
se debe proveer un puente de unión para lograr la equipotencialización.
•
Las tuberías con protección catódica se conectarán a la red de equipotencialización
mediante un “supresor de transitorios”. El supresor irá conectado entre la tubería con
protección catódica y la tubería puesta a tierra.
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5.) RIESGO DE FALLA EN LA ESTACIÓN DE FLUJO BOQUERÓN
En la determinación del índice de riesgo se requiere conocer todas las variables que influyen en
los riesgos a la que puede estar expuesta la planta. Basada en la información recopilada, en las
tablas expuestas en el capítulo 3 se resaltaron las variables consideradas en este cálculo. Los
resultados se muestran en la tabla VI.
Tabla VI. Riesgos de Fallas Resultantes
Punto de Incidencia de la
descarga eléctrica
Efecto de la descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Pérdidas Humana
0,009
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,015
Pérdidas Económicas
0,100
Impacto en tierra, próximo a la
estructura
SIN RIESGOS
Impacto directo sobre una línea
eléctrica o similar asociado a la
estructura
Pérdidas Humana
0
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,004
Pérdidas Económicas
0,008
Impacto a tierra, próximo a líneas
eléctricas o similar
SIN RIESGOS
Los resultados indicados en la tabla VI muestran índices de riesgo que superan los sugeridos en la
tabla II. Eso obliga a mejorar los sistemas de protección contra descargas atmosféricas. Si se
implementa un Nivel de Protección I, con lo cual los riesgos de explosión son menores, los riesgos
de falla resultantes se muestran en la tabla V. El Nivel de Protección I establece un criterio de
distanciamiento de los sistemas de captación de descargas atmosféricas (puntas franklin) basado
en un radio de 20 m (tabla IV) y una separación entre bajantes cada 10 m (tabla V).
Tabla VI. Riesgos de Fallas Resultantes
Punto de Incidencia de la
descarga eléctrica
Impacto directo sobre la
estructura
Efecto de la descarga eléctrica
Pérdidas Humana
0,00018
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,00021
Pérdidas Económicas
0,00018
Impacto en tierra, próximo a la
estructura
Impacto directo sobre una línea
eléctrica o similar asociado a la
estructura
SIN RIESGOS
Pérdidas Humana
0
Pérdidas en Servicios Esenciales
0,004
Pérdidas Económicas
0,008
Impacto a tierra, próximo a líneas
eléctricas o similar
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Se observa una mejora sustancial en la protección contra descargas atmosféricas. Existe un riesgo
debido a exposición a descargas atmosféricas en las líneas conectadas con la planta, las cuales
deben ser igualmente protegidas.
Es importante resaltar que estos resultados se basan en el correcto funcionamiento de los
siguientes componentes del sistema de protección contra descargas atmosféricas:
- Equipotencialización de todos los componentes metálicos.
- Sistema de puesta a tierra adecuada.
- Control adecuado de potenciales de paso y de toque.
- Coordinación adecuada de los supresores de sobretensiones.
Si alguno de los componentes antes mencionado no está adecuadamente dimensionado, los
riesgos van a ser más elevados respecto a los indicados en la tabla VI a pesar de haber
implementado un Nivel de Protección I.
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Anexo 4: Dimensionamiento del SPR Externo
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