Una descarga atmosférica puede encender una atmósfera explosiva por el arco en el punto de impacto o por chispas en uniones, tuberías y bornes. El Anexo D de IEC 62305-3 pide, para estas estructuras, tierra tipo B preferida, unión equipotencial común, DPS fuera de la zona peligrosa cuando sea posible, requisitos por zona (0, 1, 2, 20, 21 y 22) y una inspección más frecuente que la de un edificio común.
Respuesta corta. En una atmósfera explosiva, un rayo no solo daña: puede encender la mezcla por el arco en el punto de impacto, por una chispa en una unión floja o por una brecha entre un tubo y su soporte. Por eso el Anexo D de IEC 62305-3 agrega requisitos a los del resto de la norma: unión equipotencial común, tierra tipo B de preferencia, DPS fuera de la zona peligrosa cuando se pueda, medidas por zona y una inspección más frecuente. La propia norma advierte que sus requisitos específicos para estas estructuras están en estudio y que el Anexo D se ofrece como información transitoria.
Qué dice la norma sobre su alcance
La cláusula 1 de IEC 62305-3:2010 indica, en su nota 1, que los requisitos específicos para estructuras peligrosas para su entorno por riesgo de explosión están en consideración, y que el Anexo D se da para uso en el intervalo. El Anexo D es normativo, y su propia nota aclara que se basa en configuraciones probadas en la práctica y que la autoridad competente puede dar otros requisitos. Hay que aplicar el anexo y comprobar si la autoridad del lugar exige algo adicional.
Nivel de protección mínimo
La nota 2 de la cláusula 5.4 de IEC 62305-2:2010 dice que, si la autoridad competente exige protección contra el rayo en una estructura con riesgo de explosión, debe adoptarse al menos un sistema de protección contra el rayo (SPCR) de clase II. Se permite la clase I en todos los casos, sobre todo si el ambiente o el contenido son excepcionalmente sensibles. La autoridad puede aceptar la clase III si los rayos son poco frecuentes o el contenido es poco sensible.
Requisitos básicos del Anexo D
- Sin fusión ni proyección de material fuera del punto de impacto. El SPCR se diseña para que, ante un impacto directo, solo haya efectos en ese punto, donde pueden presentarse chispas o daño por impacto. Si las bajantes no pueden salir del área peligrosa, se instalan sin superar la temperatura de autoignición de la sustancia presente.
- Planos con las áreas marcadas. El diseñador debe recibir los planos de la planta con las áreas de explosivos sólidos y las áreas peligrosas, clasificadas según IEC 60079-10-1 (gases) e IEC 60079-10-2 (polvos).
- Tierra. Se prefiere la disposición tipo B (anillo). El cuerpo metálico de un tanque puede cumplir la función del anillo. Para estructuras con explosivos sólidos o mezclas explosivas, la resistencia de tierra debe ser lo más baja posible y no mayor de 10 Ω.
- Unión equipotencial común entre el SPCR y las instalaciones del área peligrosa.
Zonas peligrosas y qué se exige en cada una
IEC 62305-3 usa las zonas de gases y vapores (0, 1 y 2) y de polvos combustibles (20, 21 y 22). La zona 0 o 20 es donde la atmósfera explosiva está presente de forma continua o por largos periodos. La 1 o 21, donde es probable que aparezca en operación normal. La 2 o 22, donde no es probable en operación normal y, si aparece, dura poco.
| Zona | Qué agrega el Anexo D |
|---|---|
| 2 y 22 | Puede no requerir medidas adicionales. Las instalaciones metálicas exteriores (columnas, reactores, recipientes) con el espesor mínimo de la Tabla 3 no necesitan captores ni bajantes y se ponen a tierra según la cláusula 5. |
| 1 y 21 | Lo anterior, más: si hay piezas aislantes en las tuberías, el operador define la protección, por ejemplo con explosores aisladores aptos para atmósfera explosiva, y tanto estos como las piezas aislantes se instalan fuera de las áreas peligrosas. |
| 0 y 20 | Lo de las zonas 1 y 21, más: los equipos eléctricos dentro de tanques con líquidos inflamables deben ser aptos para ese uso, y los recipientes metálicos cerrados con zona 0 o 20 en su interior deben tener el espesor de la Tabla 3 en los puntos de impacto posibles, con la condición de que el calentamiento de la cara interior no sea peligroso. Con paredes más delgadas se instalan captores. |
En general, las partes externas del SPCR (captores y bajantes) se mantienen al menos a 1 m del área peligrosa cuando es posible. Si hay que pasar por ella, los conductores deben ser de preferencia continuos o con uniones hechas según la cláusula 5.5.3, y debe evitarse que las conexiones se aflojen.
Tuberías, estaciones de servicio y tanques
- Tuberías. Las tuberías metálicas sobre el suelo, fuera de las unidades de proceso, se ponen a tierra al menos cada 30 m. Las conexiones deben evitar chispas al pasar la corriente del rayo: se admiten orejas soldadas, pernos o roscas en las bridas. Las abrazaderas solo se aceptan si una prueba demuestra que no hay riesgo de ignición. Los explosores en una unión equipotencial requieren la conformidad del operador del sistema.
- Estaciones de servicio. La tubería metálica se pone a tierra y se conecta a estructuras de acero y rieles si existen, a veces con explosores aisladores aptos para el área, por las corrientes de tracción, las corrientes parásitas y la protección catódica.
- Tanques de almacenamiento. Un contenedor metálico continuo con espesor no menor de 5 mm de acero o 7 mm de aluminio, sin explosores, se protege a sí mismo y no requiere medidas adicionales, siempre que el calentamiento de su cara interior en el punto de impacto no sea peligroso. Los tanques cubiertos de tierra y sus tuberías no requieren captores. En una batería de tanques basta poner a tierra cada tanque en un punto, y los tanques se conectan entre sí. Un tanque aislado se pone a tierra una vez si su mayor dimensión horizontal llega a 20 m, y dos veces si la supera.
- Tanques de techo flotante. El techo flotante se une al casco con conductores flexibles de unión, dispuestos de modo que no formen un lazo cerrado, y con conexiones múltiples cada 1,5 m aproximadamente en el perímetro del techo.
- ¿Es un contenedor metálico continuo, sin explosores, de acero de 5 mm o más (aluminio de 7 mm)?
- Sí: ¿El calentamiento de su cara interior en el punto de impacto es peligroso?
- Sí: Requiere medidas adicionales: evaluar captores y el diseño del SPCR
- No: Se protege a sí mismo: ponerlo a tierra según la cláusula 5
- No: ¿Está cubierto de tierra, igual que sus tuberías?
- Sí: No requiere captores: los instrumentos y equipos eléctricos deben ser aptos para el área
- No: Diseñar el SPCR del tanque con captores, bajantes y tierra según el Anexo D
- Sí: ¿El calentamiento de su cara interior en el punto de impacto es peligroso?
Protección contra sobretensiones
En estructuras con explosivos sólidos, el Anexo D exige DPS como parte del SPCR en todos los lugares donde haya material explosivo, y con preferencia fuera de esos lugares. Si el DPS queda dentro de un lugar con explosivos expuestos o polvo explosivo, debe ser a prueba de explosión. En áreas peligrosas por gases o polvos, los DPS se colocan fuera de la zona peligrosa cuando se pueda, y los que queden dentro deben estar aprobados para la zona. La selección de DPS se trata en sobretensiones transitorias en la planta.
Inspección y mantenimiento
El Anexo D.6 pide un plan de inspección y mantenimiento desde el final de la instalación, personal con conocimiento de los requisitos de áreas peligrosas, y inspección periódica o supervisión continua por personal calificado. Pide también:
- Prueba eléctrica del SPCR cada 12 meses (con tolerancia de 2 meses), con instrumentos conformes a IEC 61557-4.
- Que la resistencia en corriente continua de cualquier objeto unido al SPCR no supere 0,2 Ω.
- Medir la resistencia de tierra, con el método de tres puntos si es posible.
- Inspeccionar los DPS en intervalos no mayores de 12 meses o cuando se hagan las pruebas eléctricas, y tras cualquier impacto sospechado.
- Documentar de inmediato cualquier daño atribuible a un rayo y conservar los historiales para analizar tendencias.
La Tabla E.2 del Anexo E.7 fija, para estas estructuras, inspección visual cada seis meses y prueba eléctrica cada año. En un edificio común de nivel I o II, esa norma permite espaciar la inspección visual hasta un año.
Qué no hacer
- No use una abrazadera en una tubería de zona peligrosa sin una prueba que descarte la ignición.
- No instale explosores o piezas aislantes dentro de la zona peligrosa.
- No dé por protegido un tanque delgado por ser metálico: la protección depende del espesor y del calentamiento de la cara interior.
- No cree una unión con otras estructuras sin acuerdo con el operador del sistema.
Guías de la misma serie
El sistema de captores, bajantes y tierra base es el de SPCR, clases I a IV. Las inspecciones y pruebas se explican junto con las de los demás sistemas en inspección y mantenimiento del SPCR, y los tanques y tuberías de una planta completa, en protección contra rayos industrial.
Cuándo llamarnos
La protección contra el rayo de un área peligrosa se decide con la clasificación de áreas, la puesta a tierra y la protección contra sobretensiones del mismo proyecto. Si va a revisar o ampliar una planta con tanques, tuberías o áreas clasificadas, nuestro equipo de diseño de ingeniería y estudios puede acompañarle en la parte eléctrica: puesta a tierra, unión equipotencial, protección y control. Escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62305-3:2010, Protection against lightning, Part 3: Physical damage to structures and life hazard: cláusula 1 (nota 1), Tabla 3, Anexo D (estructuras con riesgo de explosión) y Anexo E.7 (Tabla E.2).
- IEC 62305-2:2010, Part 2: Risk management: cláusula 5.4, nota 2.
- IEC 60079-10-1 e IEC 60079-10-2: clasificación de áreas con gases y con polvos combustibles, citadas por el Anexo D.
- IEC 61557-4: equipos de medida de resistencia de conexiones a tierra y de unión equipotencial.
Preguntas frecuentes
¿Qué clase de protección contra el rayo se usa en estructuras con riesgo de explosión?
IEC 62305-2 indica que, cuando la autoridad competente exige protección contra el rayo en una estructura con riesgo de explosión, se adopte al menos un SPCR de clase II. Se admite la clase I en todos los casos, y la autoridad puede aceptar la clase III cuando la actividad de rayos es poco frecuente o el contenido no es sensible.
¿Un tanque metálico necesita captores propios?
No siempre. IEC 62305-3 considera que un contenedor metálico continuo de espesor no menor de 5 mm de acero o 7 mm de aluminio, sin explosores, se protege a sí mismo, siempre que el calentamiento de su cara interior en el punto de impacto no sea peligroso. Los tanques enterrados tampoco requieren captores, pero sus instrumentos y equipos eléctricos deben ser aptos para el área.
¿Con qué frecuencia se inspecciona la protección contra el rayo en una planta con área peligrosa?
El Anexo E.7 de IEC 62305-3 pide inspección visual cada seis meses y prueba eléctrica una vez al año. El Anexo D agrega un plan de inspección y mantenimiento, personal calificado y la inspección de los DPS en intervalos no mayores de doce meses, además de después de cualquier impacto sospechado.