DESCARGA ATMOSFERICA

1

DESCARGAS TMOSFÉRICAS

La Descarga Atmosférica

El rayo

20/07/2012

Descargas Atmosférica

Puntos de interés espe-cial:

Sabias que un rayo llega a calentar el aire unos 30.000°C

Tenias idea que una descarga atmosférica es equivalente a la explosión de un Kg de dinamita

Se estima que en nuestro planeta existen simultá-neamente unas 2000 tormentas y que cerca de 100 rayos descargan sobre la tierra cada segundo

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: 2

iniciados en las nubes, y 2 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 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.

Se estima que en nuestro planeta existen

simultáneamente unas 2000 tormentas y que cerca de

100 rayos descargan sobre la Tierra cada segundo.

En total ello representa unas 4000 tormentas diarias

y unos 9 millones de descargas atmosféricas cada

día. Las descargas atmosféricas son impredecibles. En

tan sólo millonésimas de segundo los rayos pueden

descargar intensidades de 200 kA (ocasionalmente

500 kA), con una energía total que podría elevar el

trasatlántico Queen Elizabeth II unos 50 cm sobre el

agua. La energía media disipada por unidad de longi-

tud del canal de descarga formado por un simple

rayo es de 105 J/m, equivalente a unos 100 kg. de

dinamita. Llega a alcanzar longitudes de unos 3 km.,

una potencia de 20 billones de vatios y una tempe-

ratura de 30.000 ºC. Las tensiones que se po-

nen en juego en las descargas atmosféricas,

según las estimaciones más verosímiles, son del

orden de 5 a 10 kV/cm.

De todo ello se deduce que la energía de la

descarga es relativamente pequeña por el corto

período de tiempo que entra en juego. Sin

embargo, la potencia es grande dado que los

valores de tensión e intensidad son muy eleva-

dos y el del tiempo, muy pequeño. La cantidad

de electricidad que interviene en este fenómeno

está comprendida entre 10 y 20 culombios.

2

DESGARGAS ATMOSFERICAS (EL RAYO)

De acuerdo con la hipótesis de la inducción electrostática, las cargas son impulsadas con pro-cesos que aún son inciertos. La separación de las cargas parece requerir de una fuerte corriente aérea ascendente que lleve las gotas de agua hacia arri-ba, superenfriandolas entre los -10 y los -20 grados centígrados. Estas colisionan con los cristales de hielo formando una combina-ción de agua-hielo denomina-da granizo. Las colisiones produ-cen que una carga ligeramente

positiva sea transferida a los cristales de hielo, y una carga ligeramente negativa hacia el granizo. Las corrientes condu-cen los cristales de hielo me-nos pesados hacia arriba, cau-sando que en la parte poste-rior de la nube se acumulen cargas positivas. La gravedad causa que el granizo más pe-sado con carga negativa caiga hacia el centro y a las partes más bajas de las nubes. La separación de cargas y la acumulación continúa hasta que el potencial eléctrico se

¿Cómo y por qué se producen los rayos?

Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate. Los cientí-ficos han estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosfé-ricas (viento, humedad y presión) hasta los efectos del viento solar y a la acumulación de partículas solares cargadas. Se cree que el hielo es el elemento clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube. Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcánicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga está-tica.

Hipótesis de la inducción electroestática

Electroscopio bañado en oro, mos-trando la inducción, antes de que

el terminal esté conectado a la toma de tierra

3

DESGARGAS ATMOSFERICAS (EL RAYO) Hi

pótesis

del

meca

nism

o de

pola

rizac

ión

Ruta Principal e Impacto de Retorno de un Rayo

En una nube de tormenta, una carga eléctrica igual pero opuesta a la carga de la base de la nube se induce en la tierra por debajo de la nube. El suelo con carga inducida sigue el mo-vimiento de la nube mantenién-dose por debajo; si el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte, una descarga electrostá-tica (denominada corriente posi-tiva) puede desarrollarse a partir de estas condiciones. Esto fue teorizado por Heinz Kasemir. A medida que el campo eléctrico aumenta, la corriente positiva puede convertirse en una ruta principal más grande y caliente que la actual y finalmente llegar a la ruta principal de paso que desciende desde la nube. Es

también posible que muchas corrientes se desarrollen a tra-vés de diferentes objetos simul-táneamente, con sólo uno ha-ciendo contacto con el principal y formando la trayectoria de la descarga principal. Se han to-mado fotografías de este proce-so aún cuando ambas corrien-tes no estaban aún conectadas. La descarga inicial bipolar, o ruta de aire ionizado, empieza con una combinación de agua con carga negativa y una región de hielo en la nube de tormenta. Los canales de descarga ioniza-dos son conocidos como rutas principales de paso, la mayoría de éstas superan los 45 metros de longitud. Las rutas principa-les cargadas positiva y negativa-

mente avanzan en direcciones opuestas. Las cargadas negativa-mente avanzan hacia abajo en una serie de saltos rápidos (pasos). A medida que continúa el descenso, las rutas principales de paso pueden ramificarse en varios caminos.14 La progresión de las rutas principales de paso toma un tiempo relativa-mente largo en llegar al suelo (cientos de milisegundos). Esta fase inicial necesita de una relativamente p eq ueñ a c o r r i e n te e l éc t r i -ca (decenas o cientos de amperios, siendo ésta casi invisible, cuando se compara con el canal de rayos pos-terior. Cuando una ruta principal de pa-so alcanza el suelo, la presencia de cargas opuestas en el suelo mejora la potencia del campo eléctrico. El campo eléctrico es más fuerte en objetos en contacto con el suelo cuyas partes más altas están cerca-nos a la base de la nube de tormen-ta, como árboles o edificios altos.

El mecanismo por el cual la separación de cargas suce-de sigue siendo objeto de investigación. Otra hipóte-sis es el mecanismo de po-larización, que tiene dos componentes: La caída de las gotas de

hielo y agua se vuelven eléctricamente polarizadas en el momento en que caen a través del campo eléctri-co natural de la Tierra; Las partículas de hielo que chocan se cargan por in-ducción electroestática. Hay varias hipótesis adi-cionales que explican el origen de la separación de cargas.

Ilustración de una corriente ne-gativa (azul) encontrándose con su contraparte positiva (rojo) y

formando el impacto de retorno.

4


Algunos rayos pre-sentan características par-ticulares; los científicos y el público en general han dado nombres a estos diferentes tipos de rayos. El rayo que se observa más comúnmente es el rayo streak. Esto no es

Tipos de rayos más conocidos

más que el trazo de re-torno, la parte visible del trazo del rayo. La mayoría de los trazos se producen dentro de una nube, por lo que no vemos la mayoría de los trazos individuales de retorno durante una tormenta.

Rayo Nube a Tierra Es el más conocido y el segundo tipo más común. De todos los tipos de rayos, este representa la mayor amenaza para la vida y la propiedad, puesto que impacta contra la tierra. El rayo nube a tierra es una des-carga entre una nube cumulonimbus y la tierra. Comienza con un trazo inicial que se mueve desde la nube hacia abajo.

Rayo perla El Rayo perla es un tipo de rayo de nube a tierra que pa-rece romper en una cadena de secciones cortas, brillan-tes, que duran más que una descarga habitual. Es relati-vamente raro. Se han pro-puesto varias teorías para explicarlo; una es que el ob-servador ve porciones del final de canal de relámpago, y que estas partes parecen

especialmente brillantes. Otra es que, en el rayo cor-dón, el ancho del canal varía; como el canal de relámpago se enfría y se desvanece, las secciones más amplias se enfrian más lentamente y permanecen aún visibles,

5


Rayo Staccato

Rayo Staccato es un rayo de nube a tierra, con un trazo de corta dura-ción que aparece como un único flash muy brillante y a menudo tiene ra-mificaciones considerables.

Rayo Bifurcado

Rayo bifurcado es un nombre, no uso formal, para rayos de nu-

be a tierra que exhiben la ramificación de su ruta.

Rayo tierra a nube

El rayo tierra a nube es una

descarga entre la tierra y una nube cumulonimbus, que es iniciado por un trazo inicial ascendente, es mucho más raro que el rayo nube a tierra. Este tipo de rayo se forma cuando iones cargados negati-

vamente, se elevan desde el suelo y se encuentran con iones cargados positivamen-te en una nube cumulonim-bus. Entonces el rayo vuelve a tierra como trazo.

Rayo nube a nube

Este tipo de rayos pueden producirse entre las zonas de nube que no estén en contacto con el suelo.

Cuando ocurre entre dos nubes separadas; es llamado rayo inter-nube y cuando se produce entre zonas de dife-rente potencial eléctrico, dentro de una sola nube, se denomina rayo intra-nube. El rayo Intra-nube es el tipo que ocurre con más frecuencia. Existe un fenómeno en la naturaleza muy poco conocido, al cual se le ha dado el nombre de centella, bolas de luz o bolas de fuego. Éstas son esferas luminosas tan brillantes como las lámparas fluorescentes. El tamaño de las esferas varía de algunos centímetros a varios metros de diámetro. Pueden tomar cualquier colo-ración, aunque el violeta y el verde son muy raros. El fenómeno toma cuerpo en condiciones especiales y su ma-terialización es instantánea. Algunas veces parece que el destello es continuo y, otras, intermitente.

6


PROTECCIÓN CONTRA LA SOBRETENSIÓN: IMPRESCINDIBLE PARA CUALQUIER EQUIPO ELECTRÓNICO

Las instalaciones electróni-cas, el proceso de datos, los ordenadores, los sistemas de CAD/CAM, los aparatos de medición, control y regula-ción, etc. constituyen una

parte cada vez más importan-te y necesaria de nuestra vi-da hasta el punto de que pa-recería indispensable no po-der contar con ellos en la ma-yoría de los procesos de pro-ducción, de los centros infor-máticos, en la construcción o la administración e incluso en el ámbito de la vida priva-da. En el corazón de tales insta-laciones se encuentran cir-cuitos electrónicos altamente integrados que concentran en unos milímetros cuadra-dos miles de unidades fun-

cionales distintas. Se escon-de allí toda la potencia del proceso pero también la vul-nerabilidad del mismo, pues un fallo en los equipos signifi-cará una perdida importante. Entre los potenciales factores de interferencia más peligro-sos para cualquier instala-ción que se precie, se en-cuentra el fenómeno de las sobretensiones. Las pertur-baciones atmosféricas o los procesos de conmutación en las redes de alimentación pueden provocar gravísimos daños a la instalación y fa-llos. Para evitar tales proble-mas, conviene tomar medi-das preventivas en cuanto a seguridad, capaces de ga-rantizar la capacidad de fun-cionamiento de todas las partes de la instalación exis-tentes en los edificios aun en el caso de que se vean afectados por los más eleva-dos fenómenos de sobreten-siones.

7


1.- Impacto directo Si el rayo alcanza directamente el edificio, todos los ele-mentos conductores se encuentran en cuestión de micro-segundos sometidos a un potencial muy elevado. Una co-rriente igualatoria altamente destructiva fluye desde las partes conectadas a tierra de los equipos hasta el sistema de alimentación de la red de datos o de bajo voltaje. Al mismo tiempo, pueden inducirse altos voltajes en los bu-cles de conductores incluso no conectados a la conexión equipotencial. 2.- Impacto lejano Incluso si el propio edificio no ha sido alcanzado, existe el efecto del rayo que, con sus ondas transitorias y sus am-plitudes de alto voltaje, se propagan a lo largo de la línea de alimentación casi con la velocidad de la luz, poniendo en peligro cualquier sistema electrónico. Puede ocurrir que incluso antes de que se oiga el trueno ya pueden es-tar dañados los sistemas de procesos de datos, los orde-nadores, sistemas de medición, control y regulación, los televisores, cadenas HIFI, etc.

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES

3.- Rayos entre nubes Si se ha alegrado de ver que el rayo no alcanzaba la tierra sino que rebotaba de nube a nube se ha alegrado demasiado pronto porque los rayos de nube a nube descargan sobre la tierra cargas de reflexión y generan a la velocidad de la luz unas ondas transitorias sobre las redes eléctricas y las líneas de datos, siendo el re-sultado el mismo del apartado anterior. 4.- Operaciones de conmutación Cuando una instalación se avería sin que la haya alcan-zado ningún rayo, puede haber sido por otra causa. Operaciones de encendido y apagado de la compañía eléctrica suministradora, conmutación de cargas induc-tivas o capacitivas, así como contactos a tierra acciden-tales o cortocircuitos en la red de alimentación eléctri-ca pueden generar picos de corriente.

8


Se puede establecer una clasifi-cación de tres niveles de protec-ción, contra los efectos de los rayos tanto directos como indi-rectos: el nivel primario está constituido por los sistemas de pararrayos, terminales aéreos, estructuras metálicas, blindajes y tomas de tierra; el nivel secun-dario sería el necesario a nivel de la alimentación del equipo o sistema, y se dividirá, a su vez

en dos subniveles: general y me-dio en el que se utilizarán des-cargadores de clases B y C; el terciario sería a nivel de circuito impreso y componentes electró-nicos y recibe la denominación de protección fina. Los elemen-tos protectores empleados en esta caso son los de tipo D, que describiremos más adelante. Un esquema de la situación ex-puesta se puede ver en el es-

quema siguiente en el que se describen los distintos tipos de zonas de protección y los descar-gadores utilizados en cada caso.

NIVELES DE PROTECCIÓN

LPZ 0A: Zona donde los objetos están sujetos a impactos directos, por lo que pueden tener que soportar todo el impulso de corriente de rayo. No existe atenuación del campo electromagnético. LPZ 0B: Zona donde los objetos no están sujetos a impactos directos, peor en la que no existe atenuación del campo electromagnético. LPZ 1: Zona donde los objetos no están sujetos a impactos directos y el valor de la corriente en los elemen-tos conductores es menor comparada con la zona 0B. En esta zona el campo electromagnético está también atenuado y la atenuación depende del tamaño del apantallamiento.

9


La función de las protecciones primarias es la de evitar los daños producidos en la infraestructura de los edificios e instalacio-nes debidos al impacto directo de una descarga atmosférica. Estos daños suelen venir en forma de incendios y electrocuciones, debido a la enorme cantidad de energía contenida en el rayo en el momen-to del impacto. Estos daños son aún mas importantes en aquellas zonas en las que se almacenen o manipulan materiales inflama-bles o radiactivos. A la hora de diseñar nuestro sistema de protección contra efectos primarios debemos tener en cuenta que deben cubrirse las siguien-tes necesidades: Protección de edificaciones y estructuras. Protección de torres de comunicación. Protección de líneas aéreas. Otros tipos de protección. Habrá que tener siempre presente que los mecanismos de protec-ción primaria que se adopten tal solo protegen al edificio e instala-ciones exteriores, pero no a los equipos que haya dentro de la edifi-cación. Dentro de los mecanismos de protección primaria se encuentran los pararrayos, puestas a tierra, jaulas de Faraday y cables de guar-da.

PROTECCIÓN PRIMARIA

Efecto punta: Las cargas alrededor de un conductor no se distribuyen unifor-memente, sino que se acumulan más en las partes afiladas. De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta someti-do a un intenso campo electrostático (como el generado por una nube de tormenta), la acumulación de cargas en la punta es tam-bién muy elevada. Esta propiedad fue aprovechada por Benjamín Franklin para diseñar su pararrayos a mediados del siglo XVIII.

PARARRAYOS

10


El pararrayos no es más que un dispositivo que, colocado en lo alto de un edificio, dirigen al rayo a través de un cable hasta la tierra para que no cause desperfectos. Ya hemos comentado que normalmente las nubes de tormenta tienen su base cargada negativamente, mientras que la región de tierra que se encuentra debajo de ellas, por efecto de inducción electroestática, presenta carga positiva. Las cargas negativas de la nube se repelen entre sí y son atraídas por las cargas positivas de la tierra. Puesto que el pararrayos está conectado a tierra, sus electrones son repelidos por los de la nube con lo que queda cargado positi-vamente al igual que la tierra bajo la nube.

Principio del pararrayos:

Distribución de cargas en el entorno de una nube de tormenta

11


Debido a la forma y características del pararrayos (efecto punta), la densidad de carga en la punta del pa-rarrayos es tal que ioniza el aire que lo rodea, de modo que las partículas de aire cargadas positivamente son repelidas por el pararrayos y atraídas por la nube, realizando así un doble objetivo: por un parte, se produce una compensación del potencial eléctrico al ser atraídos esos iones del aire por parte de la nube, neutralizando en parte la carga. De esta forma se reduce el potencial nube-tierra hasta valores inferiores a los 10000 V que marcan el límite entre el comportamiento dieléctrico y el conductor del aire, y por tanto previenen la formación del rayo. por otra, conducen al rayo a tierra ofreciéndole un camino de menor resistencia. Este camino lo formarán el pararrayos, el conductos de descarga y las tomas de tierra. Un fenómeno que debemos tener en cuenta es el de "disipación natural", que es producida por los arbo-les, vallas, rocas y demás objetos de forma puntiaguda, ya sean natural o artificiales, sometidos al campo eléctrico de la nube de tormenta, que irán produciendo esa compensación de potencial de forma natural, produciendo la neutralización de la carga de la nube, o al menor, reduciéndola significativamente, con lo que se disminuye el riesgo al llegar la nube sobre zonas habitadas o peligrosas.

Sea cual sea la forma ó tecnología utilizada, todos los rayos tienen la misma finalidad: ofrecer al rayo un camino hacia tierra de menor resistencia que si atravesara la estructura del edificio. Existen dos tipos fundamentales de pararrayos: A) Pararrayos de puntas: Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo, de acero galvanizado de 50 mm de diámetro con la punta recubierta de wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el rayo). Si además se desea prevenir la formación del rayo, pueden llevar distintas dispositivos de ionización del aire. De tipo Flanklin: se basan en el "efecto punta". Es el típico pararrayos formado por una varilla metálica aca-bada en una o varias puntas.

Tipos de pararrayos:

12


En este tipo de pararrayos, el efecto de compensación de potencial es muy reducido, por lo que en zo-nas con alto riesgo suelen usarse otro tipo de pararrayos. De tipo radiactivo: consiste en una barra metálica en cuyo extremo se tiene una caja que contiene una pequeña cantidad de isótopo radiactivo, cuya finalidad es la de ionizar el aire a su alrededor mediante la liberación de partículas alfa. Este aire ionizado favorece generación del canal del rayo hasta tierra, obteniendo un área protegida de forma esferico-cilíndrica. El Real Decreto 1428/86 del Ministerio de Industria y Energía prohíbe expresamente el uso de este tipo de pararrayos.

Tipo ión-corona solar: este tipo de pararrayos incorpora un dispositivo eléctrico de generación de iones de forma perma-nente, constituyendo la mejor alternativa a los pararrayos ató-micos. La energía necesaria para su funcionamiento suele proceder de fotocélulas. De tipo piezoeléctrico: se basa en la capacidad de los mate-riales piezoeléctricos, de producir carga eléctrica a partir de los cambios en su estructura debido a presiones externas (tales como las producidas por el viento durante un vendaval). Para mejorar el comportamiento de los pararrayos de punta, puede usarse la técnica denominada "matriz de dispersión", que consiste en un conjunto de puntas simples o ionizadoras cuya misión es la de ofrecer multitud de puntos de descarga entre tierra y nube, así modo la repartir esa descarga de neu-tralización en una región mayor de modo que se reduce la aparición de puntos con distintos potenciales que favorezcan la aparición del rayo.

Para rayos de punta

13


B) Pararrayos reticulares o de jaula de Faraday: consisten en recubrir la estructura del edificio mediante una malla metálica conectada a tierra. El Pararrayos con Sistema de Faraday (JAULA), esta constituido por una red de conduc-tores, dispuestos por todo el exterior del edificio a prote-ger. Una Jaula conductora se realiza en el tejado y esta provis-ta de pequeñas Puntas Franklin. Se une al suelo a través de las bajantes que van a las to-mas de tierra individuales y posteriormente unidas al ani-llo de tierras. El numero de conductores de bajada y de puestas a tie-rra, confiere a este sistema una gran fiabilidad de protec-ción contra campos electromagnéticos. Esta instalación debe ser configurada según las normas IEC-ENV 61024.

Hay que hacer notar que los edificios modernos con estructura metálica, cumplen una función similar a las jaulas de Faraday, por lo que la probabilidad de que un rayo entre en uno de estos edificios es extremadamente pequeña. Donde es necesario colocar un pararrayos: Según las Normas Tecnológicas de la Edificación es necesario la instalación de pararrayos en los siguientes casos: -Edificios de más de 43 metros. -Lugares en los que se manipulen sustancias tóxicas, radiactivas, explosivas o inflamables. -Lugares con un índice de riesgo superior a 27. Este índice se calcula dependiendo de la zona geográfica, materiales de construcción y condiciones del terreno.

14


El pararrayos por sí solo no sirve como pro-tección contra los rayos. Ha de ser conectado a tierra. Un correcto diseño del sistema de puesta a tierra es fundamental para asegurar la co-rrecta conducción de la descarga eléctrica del rayo. Para ello, debemos asegurarnos que el conjunto del sistema de puesta a tie-rra tiene una resistencia menor de 10 W , así como asegurarnos de que no existan bucles que produzcan tensiones inducidas. El sistema de puesta a tierra consta, princi-palmente, de: Tomas de tierra. Anillos de enlace. Punto de puesta a tierra. Líneas principales de tierra.

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Tomas de tierra Las tomas de tierra están formadas por los siguientes elementos: Electrodos: Los electrodos son elementos metálicos que permanecen en contacto directo con el terreno. Los electrodos estarán construidos con materiales inalterables a la humedad y a la acción química del terreno. Por ello, se suelen usan materiales tales como el cobre, el acero galvanizado y el hierro zincado. Según su estructura, los electrodos pueden ser: Placas: serán placas de cobre o hierro zincado, de al menos 4 mm de grosor, y una superficie útil nunca infe-rior a 0.5 m2. Se colocarán enterradas en posición vertical, de modo que su arista superior quede, como míni-mo, a 50 cm bajo la superficie del terreno. En caso de ser necesarias varias placas, están se colocarán sepa-radas una distancia de 3 m. Picas: pueden estar formadas por tubos de acero zincado de 60 mm de diámetro mínimo, o de cobre de 14 mm de diámetro, y con unas longitudes nunca inferiores a los 2 m. En el caso de ser necesarias varias picas, la distancia entre ellas será, al menos, igual a la longitud. Conductores enterrados: se usarán cables de cobre desnudo de al menos 35 mm2 de sección, o cables de acero galvanizado de un mínimo de 2.5 mm de diámetro. Estos electrodos deberán enterrarse horizontalmen-te a una profundidad no inferior a los 50 cm.

15


Mallas metálicas: formadas por electrodos simples del mismo tipo unidos entre sí y situados bajo tie-rra. En todos los casos, la sección del electrodo debe ser tal que ofrezca menor resistencia que la el con-ductor de las líneas principales de tierra. Puesto que la resistencia del electrodo depende de su for-ma, de sus dimensiones y de la resistividad del terreno, podemos usar como una primera aproxima-ción los valores de las siguientes tabla.

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Como la tierra no tiene la misma resistividad en todos los pun-tos, pueden existir distintos potenciales entre dos placas de me-tal enterradas. Por eso en un sistema de protección formado por múltiples placas, conectadas entre sí mediante una malla, se pueden originar campos electromagnéticos generados por la corriente de descargas a través del pararrayos y los electrodos de la toma de tierra. Además, con la caída de un rayo en las in-mediaciones de un edificio, y fluir la corriente de descarga por la tierra, esta diferencia de potencial entre las tomas de tierra ha-rá que por la malla circule una corriente, que puede crear cam-pos eléctricos y magnéticos que afectarán negativamente a los aparatos electrónicos que se encuentren en el edificio. Para in-tentar reducir estos efectos, será necesario hacer uso de protec-ciones secundarias.

Anillos de enlace con tierra El anillo de enlace con tierra está formado por un conjunto de conductores que unen entre sí los electrodos, así como con los puntos de puesta a tierra. Suelen ser de cobre de al menos 35 mm2 de sección.

Punto de puesta a tierra Un punto de puesta a tierra es un punto, generalmente situado dentro de una cámara, que sirve de unión entre el anillo de en-lace y las líneas principales de tierra.

Líneas principales de tierra Son los conductores que unen al pararrayos con los puntos de puesta a tierra. Por seguridad, deberá haber al menos dos tra-yectorias (conductores) a tierra por cada pararrayos para asegu-rarnos una buena conexión. Así mismo, se deben conectar a los puntos de toma de tierra todas las tuberías metálicas de agua y gas, así como canalones y cubiertas metálicas que pudieran ser alcanzadas por un rayo. Para reducir los efectos inducidos, estos conductores estarán separados un mínimo de 30 m, y cualquier parte metálica del edificio no conductora de corriente estará a un mínimo de 1-8

16


PROTECCIÓN DE TORRES DE COMUNICACIÓN

Existen varias formas de proteger una torre de comunicación. 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. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto, se corroe el ace-ro, además otro inconveniente es la inductancia del cable tan largo que crea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a tierra. Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte superior y conectores adecua-dos para su conexión al acero estructural. Sin embargo esto puede crear interferencia en antenas de radio y se puede evitar la recep-ción en determinadas zonas. Cuando sea factible, se debe mantener una separación de por lo menos 180 cm entre los conductores de los sistemas de comunica-ción y los conductores de pararrayos. Incrementando la distancia entre la torre y el edificio del transmisor y usando blindajes tipo Fa-raday se puede reducir el impacto de la descarga en el equipo y se evitarán interferencias en los equipos.

PROTECCIÓN DE LÍNEAS DE COMUNICACIÓN SUBTERRÁNEAS

Los cables de telecomunicaciones enterrados no están totalmente inmunes a los efectos de la actividad de las descargas atmosféri-cas. El efecto de protección de tierra depende en gran parte de la conductividad del suelo. Así la corriente de descarga penetra sola-mente en el interior de los cables y produce el potencial perturba-dor real entre los conductores y la pantalla mediante una caída de tensión a través de su resistencia serie, siendo su curva corrien-te/tiempo una réplica de la corriente por el canal de descarga. Es-tas descargas de tensión se manifiestan según un impulso típico con una tiempo de ascenso muy reducido (1 a 100 m s) y un poste-rior tiempo de bajada muy elevado (1 a 1000m s). El impulso de tensión se propaga a lo largo de la línea, resultando más o menos atenuado y deformado por reflexiones debidas a la desadaptación

a lo largo de la línea. Las tensiones de ruptura de los aislamientos de plástico de los cables son del orden de 10 kV, de modo que las descargas con valores de cresta más altos pueden alcanzar los equipos electrónicos a los que está conectado el cable, si no se han tomado las mediadas adecuadas de protección. La descarga a través del aislamiento del cable no da lugar a un fallo de la línea. A menudo, de todo esto resulta una pequeña perforación del ais-lante que apenas tiene efecto sobre las características de la línea. El mejor método de pro-tección es usar cable con doble apantallamiento, con la pantalla externa de malla conectada en los dos extremos a masa, y solo la pantalla interior de uno de los extremos.

17


PROTECCIÓN SECUNDARIA

La protección secundaria de los equipos o sistemas se encarga de la protección a nivel de la alimen-tación, por tanto se encarga de limitar las tensiones y corrientes. Su misión consiste en reducir los efectos eléctricos y magnéticos que la corriente de descarga de los rayos pueda producir de forma indirecta en los equipos electrónicos y sistemas de comunicaciones. No son tan obvios como los efec-tos directos, pero pueden producir efectos muy perjudiciales si no se han tenido en cuenta las debi-das protecciones. La técnica de absorción de sobretensiones se ocupa de las posibilidades de reducir éstas a valores que no sean peligrosos para el equipo electrónico o instalación eléctrica. Los limitadores de sobreten-sión se instalan donde se espera que pueda llegar un impulso perturbador de sobretensión. De este modo, a la salida del limitador se tiene una tensión máxima que no interfiere el circuito situado a con-tinuación. Así, los limitadores dispuestos en circuitos protectores a nivel secundario y terciario limitan las sobretensiones y pueden utilizarse como dianas para ser perforados en casos extremos. Esencialmente los descargadores se dividen en dos grupos: Descargadores de corriente de rayo: capaces de conducir sin destruirse corrientes parciales de rayo. Se emplean en los puntos de intersección entre las zonas de protección 0 y 1. Descargadores de sobretensión: para descargar las perturbaciones causadas por el rayo y condiciona-das por los cables (a instalar en los puntos de intersección entre las zonas de protección 0 y 1 así co-mo entre 1 y superiores).

PROTECCIÓN DE LÍNEAS DE COMUNICACIÓN SUBTERRÁNEAS

Los cables de telecomunicaciones enterrados no están totalmente inmunes a los efec-tos alcanzar los equipos electrónicos a los que está conectado el cable, si no se han tomado las mediadas adecuadas de protección. La descarga a través del aislamiento del cable no da lugar a un fallo de la línea. A menudo, de todo esto resulta una pequeña perforación del aislante que apenas tiene efecto sobre las características de la línea. El mejor método de protección es usar cable con doble apantallamiento, con la pantalla externa de malla conectada en los dos extremos a masa, y solo la pantalla interior de uno de los extremos.

18


Documents

DESCARGA ATMOSFERICA