descargas atmosfericas
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Descargas Atmosféricas
Mas que una
publicación es una
enseñanza… Anthony Mejías
CI.20928470
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Atmosféricas
La descarga atmosférica conocida como rayo,
es la igualación violenta de cargas de un
campo eléctrico que se ha creado entre una
nube y la tierra o, entre nubes.
Los rayos que nos interesan por su efecto, son
los de nube a tierra, y en éstos se pueden
encontrar 4 tipos:
dos iniciados en las nubes
dos iniciados en tierra, ya que pueden ser
positivos o negativos.
Los más comunes siendo el 90 % de los rayos
detectados, son de una nube negativa hacia
tierra. Los rayos que inician en tierra son
relativamente raros y ocurren normalmente en
montañas o en estructuras altas.
Los rayos iniciados en las nubes negativas,
normalmente aparecen en nubes de tormenta
del tipo cumulonimbus convectivas que
usualmente miden de 3 a más de 50 km de
largo, y son consecuencia de un rompimiento
dieléctrico atmosférico.
Las descargas atmosféricas pueden causar
grandes diferencias de potencial en sistemas
eléctricos distribuidos fuera de edificios o de
estructuras protegidas. A consecuencia de ello,
pueden circular grandes corrientes en las
canalizaciones metálicas, y entre conductores
que conectan dos zonas aisladas. Pero, aún sin
la descarga, una nube cargada
electrostáticamente crea diferencias de
potencial en la tierra directamente debajo de
ella.
Instrumento cuyo objetivo es atraer
un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y
conducir la descarga hacia tierra, de tal modo
que no cause daños a las personas o
construcciones.
Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin.
El primer modelo se conoce como pararrayos
Franklin, nombre otorgado en homenaje a su
inventor.
Un sistema de protección contra descargas
llamado de pararrayos debe cumplir con lo siguiente:
Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito
llamado terminal aérea.
Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un
sistema de cables conductores que transfiere la energía
de la descarga mediante trayectorias de baja
impedancia.
Disipar la energía en un sistema de terminales
(electrodos) en tierra.
El consiste en terminales aéreas de cobre,
bronce o aluminio anodizado terminadas en
punta, llamadas puntas Franklin, colocadas
sobre las estructuras a proteger de los rayos.
Este sistema se aplica en iglesias, casas de
campo, graneros y otras estructuras
ordinarias.
Para la adquisición de cualquier pararrayos en
general no olvides visitar PROINE-X
Sistema Jaula de Faraday
Para estructuras grandes, se utiliza una
modificación al sistema Franklin de pararrayos,
al añadir a las terminales aéreas conductores
que crucen sobre la estructura a proteger como
una caja de Faraday limitada sobre y a los lados
de la construcción, y todo ese conjunto resultante
es conectado a cables múltiples de bajada, que a
su vez se conectan al sistema de tierras perimetral
del edificio.
Los edificios modernos
con estructura de acero
y con varillas embebidas
en concreto se acercan
al concepto de la jaula
de Faraday, y el riesgo
de que un rayo que penetre en un edificio protegido
de esta manera es extremadamente pequeño.
Aunque se debe notar que los rieles de los
elevadores no deben ser usados como el conductor
de bajada de los pararrayos, la NOM-001-SEDE-
1999 permite que se unan al sistema de pararrayos.
La protección contra rayos es tan compleja que
va más allá de la simple instalación de un
pararrayos o de un circuito de protección.
Para poder derivar sin problemas la gran energía
de un rayo es preciso responder a altas
exigencias en cuanto a las instalaciones
eléctricas de edificios, facilitando una
derivación segura del rayo al subsuelo. Por este
motivo se disponen en los edificios instalaciones
de protección.
Hasta hace relativamente poco tiempo, poco se
podía hacer para minimizar los riesgos que se
producían por la caída directa de un rayo.
Cuando ocurrían y donde ocurrirán descargas
eléctricas atmosféricas.
Tradicionalmente, la protección contra rayos ha
pretendido atraer y desviar la energía de una descarga
eléctrica atmosférica hacia la tierra física. Al mismo
tiempo que esto puede eliminar algunos de los graves
efectos de un impacto directo, resultan otras
desventajas y serios inconvenientes.
Ninguno de los sistemas tradicionales son 100%
efectivos, y todos ellos son afectados por los efectos
secundarios en relación a la proximidad con los
campos electrostáticos y campos electromagnéticos.
Todos ellos son peligrosos, especialmente, en áreas
donde se manejan productos inflamables o explosivos y
equipos electrónicos.
Se puede establecer una clasificación de tres
niveles de protección contra los efectos de los
rayos tanto efectos directos como
secundarios:
Protección primaria: El nivel primario está
constituido por los sistemas de pararrayos,
terminales aéreos, estructuras metálicas,
blindajes y tomas de tierra.
Protección secundaria: Este nivel de
protección es el necesario a nivel de la
alimentación del equipo o sistema.
Protección terciaria: Este es a nivel de líneas
de datos y transmisión, tarjetas de circuito
impreso y componentes electrónicos, también
se le denomina protección fina.
Efectos producidos por la caída de un Rayo
Los rayos son señales eléctricas de alta
frecuencia, gran potencial y alta corriente, por
ello, son causa de interferencias en sistemas
electrónicos. Por ello, para dirigir a tierra las
descargas atmosféricas se requiere de las técnicas
para señales en altas frecuencias.
Cuando cae un rayo en una instalación siempre buscará
el camino a tierra de más baja impedancia y por él
circulará hasta tierra. Si el conductor tiene algún equipo
eléctrico conectado a un equipo y es atravesado por esa
corriente, muy probablemente será destruido. Si bien la
caída directa del rayo es la más devastadora, también es
la más improbable.
Efectos secundarios producidos por la caída de un rayo
La carga electrostática
Los pulsos electromagnéticos
Los pulsos electrostáticos
Las corrientes de tierra
Los efectos directos de un rayo son la destrucción
física causada por el impacto de los que pueden
resultar incendios. Cuando un impacto directo golpea
una instalación donde hay materiales combustibles,
pueden estar expuestos al rayo, al canal del rayo o al
efecto de calentamiento del rayo, produciéndose
importantes incendios.
Estándares de Protección
En Europa En EE.UU
donde caen menos rayos que en los países
latinoamericanos se ha debatido mucho
sobre los métodos de protección, tanto así
que en misma Europa permanecen los dos
estándares de protección, el llamado
Franklin/Faraday, que es el tradicional, y
el de puntas de inicio (early streamers en
inglés)
el estándar aprobado por la asociación contra
el fuego (NFPA) es el Franklin/Faraday y, se
conoce como NFPA-780. El otro, no fue
aceptado como parte del estándar, ya que se
considera de efectividad igual que una punta
del tipo Franklin.
Protección de Estructuras y Edificios
Se clasifican en varios aspectos:
Se ha podido notar que las torres metálicas de
comunicaciones incrementan sustancialmente la
densidad de descargas en el lugar donde son
instaladas. La probabilidad se incrementa
aproximadamente con el cuadrado de la altura de
la torre
Protección de Torres de Comunicación
Variaciones considerables existen en la forma de
como proteger una torre. Una manera es colocar
una punta pararrayos en la cima de la torre y de
ahí un conductor de cobre por toda la longitud de
la torre
Protección de Aboles
Los árboles que crecen aislados o que tienen
una altura tal que sobrepasan cualquier
estructura, son un blanco de las descargas
atmosféricas. Por ello, para esos casos se
recomienda protegerlos como si fuesen una
estructura.
Protección de Líneas
Aéreas de Energía Eléctrica
La probabilidad de que un rayo caiga en una torre de
transmisión, ha sido ampliamente estudiada y, se han
obtenido las siguientes ecuaciones empíricas de los
resultados encontrados. Las líneas aéreas reciben
descargas por 100 km de línea, según la relación
empírica encontrada por Eriksson
La protección contra descargas atmosféricas de líneas
aéreas de energía eléctrica se logra colocando un hilo
puesto a tierra sobre ellas, llamado hilo de guarda y,
mediante apartarrayos. El ángulo de protección
obtenido al colocar un hilo de guarda es de 30 grados
siempre y cuando el hilo se conecte a una tierra de baja
resistencia 25Ω o menos. Hay que notar que esta
protección no protege a los equipos.
Protección de Subestaciones Eléctricas
Las subestaciones de potencia son protegidas por
puntas pararrayos colocadas sobre las
estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas
que rematan en la subestación. Los hilos de
guarda están conectados directamente a la malla
de tierra de la subestación.
En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla
(lattice), la mismas estructuras forman una jaula
de Faraday de protección.
Protección de Equipos
Eléctricos de Media y Alta Tensión
Ente estos equipos de
encuentra el apartarrayo
estos aparatos eléctricos
son los que dirigen a tierra
los sobrevoltajes, deben
colocarse uno por fase y
Las descargas estáticas producen en los
conductores una onda de sobrevoltaje viajera
en los dos sentidos, en su viaje a tierra.
lo más cerca posible del equipo a proteger,
como transformadores, interruptores,
reguladores de voltaje, etc. para ser mayor su
efectividad.
Cuando esta onda llega a una discontinuidad en el
circuito, que puede ser un ramal sin uso, la onda de
voltaje se refleja y en ciertos lugares puede llegar a ser de
hasta del doble de la amplitud original
Redes de Monitoreo Atmosférico
Para cualquier análisis de ingeniería se requiere del
número de descargas por unidad de tiempo y unidad
de área, o la densidad de descargas (GFD por las
siglas en inglés de Ground Flash Density) regional
expresada normalmente como un promedio
anual. Este parámetro se puede obtener localmente
utilizando contadores de descargas o cualquiera de las
versiones de los sistemas de localización de rayos
comerciales.
Los contadores de descargas están limitados a
unos kilómetros, mientras que los sistemas de
localización pueden obtener datos de áreas mucho
más grandes. Los sistemas utilizan un número
finito de antenas remotas para detectar los campos
eléctrico y magnético al tiempo de la descarga, y,
de estos datos se puede determinar el lugar de la
descarga sistema de Puesta a Tierra
El pararrayos por sí solo no sirve como protección
contra los rayos. Ha de ser conectado a tierra, un
correcto diseño del sistema de puesta a tierra es
fundamental para asegurar la correcta conducción de
la descarga eléctrica del rayo. Para ello, debemos
asegurarnos que el conjunto del sistema de puesta a
tierra tiene una resistencia menor de 10 W , así como
asegurarnos de que no existan bucles que produzcan
tensiones inducidas.
Esto es una publicación informativa para los clientes, profesionales y empresas del sector
Para cualquier sugerencia envié un e-mail a: info@proelectricshock
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