“RIESGO DE INCENDIO DEBIDO A RAYOS” Autor:Ing.
Frank Amores Sánchez Cargo: Especialista B de
Protección Contra Incendios. UEB: APCI Desarrollo y
Certificación. Empresa: Agencia de Protección
Contra Incendios Teléfono: 866-5225 al 28, ext. 210
e-mail:frank@apci.cu RESUMEN El fenómeno del rayo, en
países de áreas geográficas con similar
actividad ceráunica a la de Cuba, es una causa importante
de surgimiento de incendios con significativas lesiones a las
personas y pérdidas económicas. El presente
trabajo, deducido a partir de la Metodología de
Gestión de Riesgos por Impactos de Rayos y Sobretensiones
establecido por la NC IEC 62605-2, pretende establecer un
procedimiento específico de identificación,
evaluación y gestión de los riegosrelacionados con
el incendio y la explosión originados por esta causa.
INTRODUCCIÓN Los rayos son fenómenos naturales y no
existen dispositivos ni métodos capaces de impedir su
ocurrencia. Al impactar en las edificaciones, los servicios
conectados a las mismas o en la tierra cercana, son peligrosos
para las personas, las edificaciones en sí mismas, su
contenido y sus instalaciones. La protección contra rayos
y sobretensiones transitorias se ha hecho mucho más
compleja e importante en los últimos años. La
introducción masiva de sistemas electrónicos en los
diversos sectores de la economía, interconectados dentro
de las mismas edificaciones y fuera de éstas, los ha hecho
más vulnerables a estos fenómenos, debido a la
mayor susceptibilidad de estos sistemas. Además de por los
rayos, estos equipos también son afectados por las
sobretensiones transitorias originadas por maniobras en el
sistema eléctrico o por fallas. 1. EFECTOS DEL RAYOS SOBRE
LAS ESTRUCTURAS Y LOS SERVICIOS La siguiente tabla reporta los
efectos del rayo sobre varios tipos de estructuras. Tipo de
estructura de acuerdo a su función y/o contenido Casa de
vivienda Edificio agrícola Efectos del rayo
Perforación de las instalaciones eléctricas,
incendio y daño material Daño normalmente limitado
a objetos expuestos al punto de impacto o a la vía de la
corriente del rayo Fallo de los equipos y sistemas
eléctricos y electrónicos instalados (ejemplo:
televisores, computadoras, módems, teléfonos, etc.)
Riesgo primario de incendio y peligro de tensión de paso
así como daños materiales Riesgo secundario debido
a pérdida de la energía eléctrica, y peligro
para la vida de animales útiles debido a fallo del control
electrónico de los sistemas de 1
Hotel, Banco, suministro de ventilación y alimento,
etc. Teatro, Daño a las instalaciones eléctricas
(ejemplo: iluminación eléctrica) que Escuela,
Tienda por departamentos, probablemente cause pánico Fallo
de alarmas de incendio que provocan medidas retardadas de lucha
contra el incendio Área deportiva Como las anteriores,
más los problemas que resultan de la pérdida de
Compañía de seguro, Compañía
comercial. Hospital, Casa de cuidados, Prisión Industria
Museo, Sitio Arqueológico e Iglesia Telecomunicaciones,
Plantas eléctricas Fábrica de explosivos,
Fábrica de municiones Planta química,
Refinería, Planta nuclear , comunicación, fallo de
computadoras y pérdida de datos Como las anteriores,
más problemas de personas en cuidados intensivos, y las
dificultades del rescate de personas inmóviles Efectos
adicionales que dependen del contenido de las fábricas,
yendo desde menores hasta daños inaceptables y
pérdida de producción Pérdida de herencia
cultural irremplazable Pérdida inaceptable de servicios
para el público Consecuencias de incendio y
explosión para la planta y sus alrededores Incendio y
malfuncionamiento de la planta con consecuencias desfavorables
para el ambiente local y global Laboratorios, plantas
bioquímicas Esta tabla muestra los efectos del rayo sobre
varios tipos de servicios. Tipo de servicio Línea de
telecomunicaciones Línea eléctrica Tubería
de agua Tubería de gas, Tubería de combustible
Efectos del rayo Daño mecánico a la línea,
fusión de los blindajes y conductores, ruptura del
aislamiento del cable y el equipamiento produciendo un fallo
primario con pérdida inmediata del servicio Fallos
secundarios en los cables de fibra óptica con daños
al cable pero sin pérdida del servicio Daños a
aisladores de líneas aéreas de baja tensión,
perforación del aislamiento de la línea del cable,
ruptura del aislamiento del equipamiento y transformadores de
línea , con pérdida significativa del servicio
Daños al equipamiento de control eléctrico y
electrónico que probablemente cause pérdida del
servicio Perforación de las juntas tipo collar no
metálicas que probablemente cause incendio y/o
explosión. Daños al equipamiento de control
eléctrico y electrónico que probablemente cause
pérdida del servicio Las descargas directas sobre una
estructurapueden provocar: 2
? ? ? Daños mecánicosdirectos, incendio y/o
explosión debido al propio arco de plasma caliente del
rayo, a la corriente que produce sobrecalentamiento óhmico
de los conductoreso a la carga eléctrica que produce una
erosión de arco (fusión del metal). Incendios y/o
explosiones iniciados por chispas producidas por las
sobretensiones resultantes de acoplamientos resistivos e
inductivos y por la circulación de una parte de la
corriente del rayo. Las descargas directas sobre un servicio
conectado a la estructura pueden provocar: ? Incendios y/o
explosiones iniciados por chispas producidas por las
sobretensiones y corrientes de rayo transmitidas a través
de los servicios conectados a la estructura. Cuando existe un
SPCR instalado, son muy importantes las medidas de
equipotencialización para reducir los daños por
incendio y explosióny los peligros para la vida. Para la
reducción de los daños físicos deben tomarse
provisiones que limiten el desarrollo y propagación del
incendio tales como compartimentos a prueba de fuego,extintores
portátiles, hidrantes ysistemas de detección y
extinción de incendio. Los cálculos de
elevación temperatura de los conductores a través
de los cuales circula el impulso del rayo, pueden ser necesarios
si existe riesgo para las personas y de incendio o
explosión ytienen que tomarse en cuenta durante el
diseño e la instalación de los sistemas de
protección contra rayos. El objetivo de un sistema de
protección contra rayos es proteger los edificios del
impacto directo de rayo y posibles incendios o de las
consecuencias de la corriente activa del rayo independiente de la
carga (descargasde rayo que no provocan ignición). Los
sistemas de protección contra rayos se requieren siempre
en estructuras con riesgo de incendio tales como: grandes
fábricas de procesamiento de madera,edificioscon techos de
pajay plantas de almacenaje y producción con alta carga
combustible. Las instalaciones metálicas tales como las
tuberías de agua y aire acondicionado, producen lazos en
la estructura en los cuales se inducen tensiones impulsivas
debido al campo magnético del rayo que cambia
rápidamente. Estas tensiones deben evitarse porque causan
descargas incontroladas que pueden provocar incendios. Algunos
ejemplos significativos de incendios o explosiones provocadas por
rayos: Explosión de un tanque de oilpor impacto de rayo e
incendio deotros 6 tanques vecinosen la refinería
Pertamina en Cilacap en la costa sur Indonesia en octubre de
1995. Causa: Incompleta unión equipotencial. 3
? ? ? ? ? ? ? Explosión de varios tanques de fuel
por impacto de rayo en la refinería deTrzebinia,cerca de
Krakauen Polonia en mayo de 2002. Los bomberos no pudieron
controlar el incendio. Causa: Incompleto sistema de
protección contra rayos. Explosiónde un
depósito de municiones de la fuerza aérea por
impacto de rayo en la región de Chita, Rusia en 2001.
Interrupción total del tráfico de ferrocarrilen
Krefeld, Alemania, el 22 de Junio de 2002por impacto de rayo
cerca de la estación central. Las instalaciones
técnicas de la torre de interruptor se quemaron. Debido al
fallo de energía también algunas barreras no
funcionaron más. Bloqueo de tráfico aéreo
por más de 2 horas por impacto de rayoenla torre de
control del aeropuerto de Frankfurt, Alemania, en 1992. 70 vuelos
de salida pospuestos y 40 vuelos de llegada direccionados a otros
aeropuertos. El sistema de extinción por gas no
funcionó adecuadamente. Incendio sobre las válvulas
de alivio del techo de un tanque de almacenamiento de crudo
debido a un impacto directo de rayo el 28 de marzo de 2000 en
Colombia.Como daño adicionalse produjo el paro general en
la fase II del área de máquinas y la
destrucción de las redes de control de las instalaciones.
Incendio del buque tanque “Opón” perteneciente
a la Tropical Oil cargado de gasolina etílica
estalló en llamas debido a un impacto directo de rayo en
el puerto de Cantimplora, río Magdalena,en el Departamento
de Antioquia, Colombia. Murieron al menos 20 tripulantes.
Incendio de un tanque petrolero debido al impacto de un rayo
ennoviembre de 1994, Dronka, Egipto. Murieron 530 personas y se
afectaron las instalaciones aledañas. Causa: estaba sin
efecto la conexión a tierra. 2. DETERMINACIÓN DEL
RIESGO DE INCENDIO DEBIDO A RAYOS Únicamente las chispas
que llevan corriente del rayo (total o parcial) presentan la
energía suficiente para ser consideras capaces de iniciar
un incendio.Esto ocurre sólo cuando se presentan las
fuentes de daño S1(descarga directa sobre la estructura) o
S3(descarga directa sobre el servicio). RF= RB + RV donde: RF:
Riesgo de daño físico debido a incendio o
explosión. 4
rp RB: Componente relacionado con los daños
físicos producidos por chispas en el interior de la
estructura, causantes de incendio o explosiones que
también pueden afectar al ambiente. RV: Componente
relacionado con los daños físicos producidos por la
corriente del rayo transmitida a través de las
líneas entrantes (incendio o explosión generados
por chispas peligrosas producidas, generalmente, en el punto de
entrada de la línea a la estructura, entre la
instalación externa y las partes metálicas).
Factores de los cuales dependen las componentes del Riesgo de
incendio (RF): RBdepende de: ? Superficie de captación de
la estructura. ? Existencia de un SPCR externo. ? Existencia de
medidas de protección contra incendios. ? Sensibilidad al
fuego. ? Peligro especial RV depende de: ? Superficie de
captación. ? Existencia de un SPCR externo debido a la
conexión equipotencial. ? Apantallamiento de las
líneas externas. ? Existencia de medidas de
protección contra incendios. ? Sensibilidad al fuego. ?
Peligro especial ? Tensión de soporte a impulso de los
sistemas internos. Cada componente de riesgo puede expresarse por
medio de la siguiente ecuación general: . donde: N:
Número medio anual de sucesos peligrosos P: Probabilidad
L: Pérdida resultante . . . donde: ND Valor medio anual de
sucesos peligrosos debido a descargas directas en la estructura.
PB Probabilidad de que una descarga en la estructura produzca
daños físicos. LB Pérdida debida a
daños físicos. . . . . . donde: Factor reductor de
las pérdidas debido a medidas de protección contra
incendio 5
hz rf Lf Ng Cd NC Ad/b 0,25 0,5 1 2 0,01 1 0,5 0,2 1 2
Factor amplificador delas pérdidas por daños
físicos. Factor reductor de las pérdidas debido a
la sensibilidad al fuego de la estructura Pérdidas debidas
a daños físicos. . / . . 10 donde: Densidad de
descargas a tierra (días de tormenta/Km2.año) Ad/b
Superficie de captación de la estructura aislada. Factor
de localización de la estructura. 0,1 . donde: Densidad de
descargas a tierra (días de tormenta/año) y se
determina mediante del Mapa de Niveles Isoceráunicos del
país. Se determina afectando el área de planta de
la estructura por 3 veces su altura. Factor de
localización de la estructura (Cd) Estructura rodeada por
objetos más altos. Estructura rodeada por objetos iguales
o más bajos. Estructura aislada. Estructura en la cima de
una colina. Probabilidad de que una descarga directa en la
estructura produzca daños físicos (PB) 1 0,2 0,1
0,05 0,02 Sin SPCR Con SPCR Nivel IV Con SPCR Nivel III Con SPCR
Nivel II Con SPCR Nivel I Con SPCR Nivel I con armaduras
metálicas continua o de hormigón armado actuando
como bajantes. 0,001 Con SPCR Nivel I con techo metálico o
con sistema de captura (incluyendo componentes naturales) con
protección completa de las instalaciones en la cubierta y
con armaduras metálicas continua o de hormigón
armado actuando como bajantes. Factor reductor de las
pérdidas debido a las medidas de protección
contraincendios (rp) Sin medidas Sistemas manuales: extintores,
instalaciones fijas de extinción manual, instalaciones
manuales de alarma contra incendios, tomas de agua,
compartimentos a prueba de fuego, vías de
evacuación. Sistemas automáticos: instalaciones
fijas de extinción automática, instalaciones
automáticas de alarma contra incendios protegidas contra
sobretensiones y los bomberos pueden llegar en menos de 10 min.
Nota 1: Si existen más de una medida de protección
se toma el valor más bajo. Nota 2: En estructuras con
riesgo de explosión se toma valor 1. Factor amplificador
de las pérdidas debido a daños especiales (hZ) Sin
daño especial Nivel bajo de pánico (estructuras
limitadas a 2 niveles y cantidad de personas inferior a 6
5 10 20 50 1 0,1 0,05 0,02 Al Ct 100) Nivel medio de
pánico (estructuras destinadas a eventos culturales o
deportivos con cantidad de personas entre 100 y 1000) o
dificultad de evacuación (estructuras con personas
inválidas, hospitales) Nivel alto de pánico
(estructuras destinadas a eventos culturales o deportivos con
cantidad de personas superior a 1000) Riesgos para el medio
ambiente o los alrededores Contaminación del medio
ambiente o de los alrededores Factor reductor de las
pérdidas debido al riesgo de incendio de la estructura
(rf) Riesgo de explosión 0,1 0,01 Riesgo de incendio alto
Riesgo de incendio normal 0,001 Riesgo de incendio bajo 0,01 0
Ninguno Pérdidas debidas a daños físicos
(Lf) Hospitales, hoteles, edificios civiles. Edificios
comerciales, industriales, escuelas. Entretenimiento
público, iglesias, museos. Otros. . . donde: NDa Valor
medio anual de sucesos peligrosos para la estructura adyacente.
NL Valor medio anual de sucesos peligrosos debido a descargas en
el servicio PV Probabilidad de que una descarga en el servicio
produzca daños físicos. LV Pérdida debida a
daños físicos. . . . . . Como puede apreciarse LV
se calcula igual a LB. . . . . 10 La ecuación para
calcular NDa es la misma que para ND. donde: Superficie de
captación del servicio Factor del transformador El valor
medio anual de sucesos peligrosos por descargas directas en las
líneasque penetran al edificio NL tiene que determinarse
para cada una de éstas. El impacto de rayo dentro del
área de captura de la líneaALprovoca, por lo
general, un evento de alta energía que puede iniciar
incendio, explosión y reacciones mecánicas o
químicas. Por tanto, NL no comprende las sobretensiones
puras que provocan fallas o daños en los sistemas
eléctricos 7
LC Ha Hb Hc y electrónicos, sino los efectos
mecánicos y térmicos que aparecen cuando impactan
los rayos. Para líneas aéreas: 3. . 6. donde:
Longitud de la sección de servicio desde la estructura
hasta el primer nodo. Debe considerarse una longitud
máxima de 1 Km. Altura de la estructura conectada al
extremo “a” del servicio Altura de la estructura
conectada al extremo “b” del servicio Altura de los
conductores del servicio sobre el terreno Probabilidad de que la
descarga en el servicio produzca daños físicos (PV)
Cuando no se emplean SPD para la conexión equipotencial
del SPCRINT, PV=PLD Cuando se emplean SPD para la conexión
equipotencial del SPCRINT, PV= valor más pequeño
entrePSPDy PLD UW (KV) 1,5 2,5 4 6 Rs=5~20 O/Km 1 0,95 0,9 0,8
Rs=1~5 O/Km 0,8 0,6 0,3 0,1 Rs=1 O/Km 0,4 0,2 0,04 0,02 Nivel de
protección Sin SPD coordinados III-IV II I PSPD 1 0,03
0,02 0,01 Para un servicio sin apantallar PLD=1 Son posibles
valores más bajos en caso de que las
características de los SPD (mayor IN, menor superiores UP)
a sean los 0,005 – 0,001 requisitos del NPR I en los
diferentes puntos de la instalación. donde: UW:
Tensión soportada al impulso del equipamiento. RS:
Resistencia de la pantalla del cable. Medidas de
protección para reducir las consecuencias del incendio Las
medidas de protección contra incendios permiten disminuir
los valores de los riesgos que tienen que ver con los
daños físicos a la estructura. Estas pueden
ser:Manuales, Automáticas o la combinación de
ambas. Medidas manuales: Dentro de las medidas manuales
están los sistemas manuales de extinción (como los
extintores portátiles, los hidrantes exteriores, las bocas
de incendio equipadas, etc.), los dispositivos de aviso de
incendio (como los pulsadores manuales asociados a los sistemas
de alarma de incendio) y la compartimentación de los
recintos (diseño constructivo que permita la operatividad
funcional pero a la vez impida la propagación del fuego de
unos 8
recintos a otros, con el adecuado tratamiento de los
huecos existentes, tanto para paso de personas como de
canalizaciones). Componentes de un sistema de extinción
manual Componentes de un sistema manual de alarma contra
incendio. Medidas automáticas: Dentro de las medidas
manuales estánlos sistemas automáticos de
extinción (por rociadores agua o por gases), materiales
ignífugos (utilizando materiales de construcción no
combustibleso limitando la combustibilidad de los materiales de
revestimiento, acabado y decoraciónmediante un tratamiento
de ignifugación) y sistemas de detección
automática de incendio. Componentes de un sistema de
extinción automático. 9
? Componentes de un sistema automático de
detección de incendios. Las tareasdel presente trabajo
serían: ? Establecerlos valores tolerables de riesgo
debido a incendio de pérdidas de vidas humanas y de
pérdidas económicas para establecer la
comparación con los valores calculados y, en consecuencia,
determinar la aplicabilidad desde el punto de vista
técnico de las medidas de protección contra
incendio. ? Identificar mediante pesos porcentuales los
parámetros que más aportan a riesgos parciales RB
yRvpara de este modo tipificar las medidas de protección
que serían más efectivas a implementar en cada
caso. De análisis matemático de las ecuaciones que
establecen estos riesgos parciales pudo determinarse que los
parámetros que mayor peso son Para RB:rf,hz, NC, Cd, Pb y
Para Rv: rf,hz,NDa, Pv, Lf. El parámetro que mayor peso
tiene sobre dichos riesgos parciales es el riego de incendio rF,
a tal punto que puede hacerlos nulos. Posibles medidas de
protección para conseguir la reducción de: ? rf:
Uso de medios de detección y extinción de incendios
manuales y automáticos. ? Pb:Uso de SPCRcon el Nivel de
Protección contra Rayos adecuado, incluyendo la
posibilidad de apantallamiento espacial. ? PV: Uso de
apantallamiento de las líneas y de SPDs. El resto de los
parámetros, aunque presentan un índice de
influencia considerable, poco puede hacerse una vez que
están definidas las características de edificio y
las líneas, pero deberán tomarse en
consideración a la hora de planificar una
nuevaedificación. 3. BIBLIOGRAFÍA NC IEC 62305:
2006 “Protección contra rayos” – Parte
1: Principios generales, Parte 2: Gestión de riesgos.
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