Trabajo Pararayos

8/16/2019 Trabajo Pararayos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

DE AREQUIPAFACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y

SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍAELÉCTRICA

CURSO:

TECNICAS DE ALTA TENSIONELECTRICA

TEMA: PARARRAYOS

DOCENTE:ING: HOLGER MEZA

PRESENTADO POR:

PINEDA SANCHEZ ALEXANDER JUNIOR

CUI:

2010!"#

1 ING. HOLGER MEZA DELGADO


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DEDICATORIA

Al ING. Holger Meza por darme la mejor educación y

enseñarme que todas las cosas hay que valorarlas

tra!ajarlas y luchar para lograr los o!jetivos de la vida.

Adem"s de #ormarnos como verdaderos ingenieros que

investigan y no ingenieros de cuaderno mucho menos de pizarra



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Í$%&'(

1)*+ I$,-.%/''&$P 3

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PARARRAYOS

1)*+ I$,-.%/''&$

En 1747 B. Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad. Adelantó una posible teoría de la botella de Leyden, deendió la !ipótesis de "ue las tormentas sonun enómeno el#ctrico y propuso un m#todo eecti$o para demostrarlo.

%u teoría se publicó en Londres y se ensayó en &n'laterra y Francia antes incluso de"ue #l mismo e(ecutara su amoso experimento con una cometa en 17)*. &n$entó el

pararrayos y presentó la llamada teoría del luido +nico para explicar los dos tipos deelectricidad atmos#rica, la positi$a y ne'ati$a. esde entonces el -ararrayos ae$olucionado con dierentes tecnolo'ías, unos, manteniendo el principio deioniación por eecto punta a partir de un campo el#ctrico natural.

/odos los pararrayos "ue acaban en una o $arias puntas tienen como principio laexcitación y captación del rayo. En mayor o menor 'rado 'eneran eectosse'undarios de contaminación electroest0tica y electroma'n#tica "ue aectan con la

posible destrucción a las instalaciones el#ctricas y e"uipos, por ese moti$o losabricantes de pararrayos recomiendan protecciones suplementarias en lasinstalaciones internas para minimiar los eectos de la subida de tensión temporalsobre tensión2 en los e"uipos el#ctricos, de telecomunicaciones, audio$isual ycual"uier otro "ue conten'an electrónica sensibles, durante la descar'a del rayo en el

pararrayos.

urante la e$olución industrial, no existían tecnolo'ías electrónicas tan sensiblescomo las actuales, si miramos a nuestro alrededor, pocos son los e"uipos el#ctricos o



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electromec0nicos "ue no lle$an incorporado un sistema electrónico de control paraacilitarnos los procesos "ue utiliamos en nuestra $ida cotidiana, todos ellosincorporan componentes electrónicos cada $e mas reducidos y sensibles a las$ariaciones de tensión y recuencia.

Es e$idente "ue les aecta la contaminación el#ctrico ambiental y dependen de lacontinuidad y calidad en el suministro el#ctrico o en la comunicación de lainormación, por ese moti$o se tiene "ue e$itar en lo posible las uentes "ue 'eneran

perturbaciones electroma'n#ticas, como por e(emplo los impactos de rayoscercanos o las instalaciones de pararrayos Franklin tipo punta o -3 pararrayoscon ispositi$o de 3ebado 2 "ue excitan y atraen la descar'a del rayo dentro de losn+cleos industriales o urbanos. tros utilian el campo el#ctrico atmos#rico durante

la tormenta para transerir la car'a del sistema pacíicamente sin producir descar'a 3/%, 3!ar'e /ranser %ystem 2.

iariamente en el mundo se producen unas 44.555 tormentas y se 'eneran m0s de6.555.555 de rayos se'+n el sistema de detección mundial de meteorolo'ía.3asi todas las descar'as naturales se inician en el interior de las nubes y pro'resan enorma de 0rbol de dierentes ramas, unas se compensan con car'as ne'ati$as y lasotras con car'as positi$as en su trayectoria transportan corrientes el#ctricas "ue

pueden lle'ar como t#rmino medio a 85.555 Amperios a $alores m0ximos superiores

a los 855.555 Amperios durante millon#simas de se'undo con potenciales "ue se !anlle'ado a estimar en $alores "ue sobrepasaban los 1) millones de $oltiosdesprendiendo una ener'ía t#rmica superior a los 6.555 'rados, como reerenciaatípica en Espa9a el 7 de a'osto de 1::* en un solo día cayeron 8*.555 rayos se'+nel %er$icio de teledetección de rayos del &nstituto ;acional de meteorolo'ía

Los rayos !an causado en Espa9a, desde 1:41 !asta 1:7:, alrededor de *.555muertos 1,< muertos por a9o y millón de !abitantes2. El &nstituto ;acional de=eteorolo'ía dispone desde 1::* de una moderna red "ue permite detectar los rayos"ue caen en todo el territorio nacional. >>>.inm.es2 .

;o !ay duda del 'ran peli'ro asociado al enómeno rayo (unto con sus eectosdestructi$os por el impacto directo o indirecto por ese moti$o estamossensibiliando a la población a re$isar las necesidades de protección del impactodirecto del rayo y la eecti$idad de los sistemas actuales de pararrayos.

En este artículo nos reeriremos a los rayos, "ue son las descar'as el#ctricas'eneradas entre la nube y la tierra.



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La pre$ención. Es una responsabilidad de todos, la necesidad de una proteccióneica del rayo es e$idente en muc!as acti$idades !umanas. ?uien se tiene "ue

prote'er somos nosotros, no tenemos "ue excitar ni atraer la descar'a brutal del rayo./enemos "ue transerir la car'a el#ctrica atmos#rica pacíicamente, antes de "ue elrayo se orme y e$itar, así, su caída o impacto directo.

;uestra obli'ación, como empresa, es inormarle de al'unos temas rele$antes delenómeno rayo y sistemas de protección -ararrayos2. Es con$eniente analiar la

problem0tica actual y las necesidades reales de protección del rayo "ue necesitamoscada uno de nosotros se'+n la tipolo'ía de cada instalación. /ambi#n, "ueremos dar aconocer los dierentes principios de uncionamiento de al'unos pararrayos.

2)*+ OJETIVO

El ob(eti$o 'eneral de este tema es de conocer lo "ue son los pararrayos y cual es laimportancia del uso de el pararrayos, tipos etc.



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)*+ DEFINICION DE PARARRAYOS

Es un dispositi$o ormado por una o m0s barras met0licas terminadas en punta y unidasentre sí y con la tierra, o con el a'ua, mediante conductores met0licos, y "ue se colocasobre los ediicios o los bu"ues para preser$arlos de los eectos del rayo.

El rayo se debe a un dese"uilibrio el#ctrico entre nubes, o entre la tierra y las nubes. %ila base de la nube est0 car'ada ne'ati$amente, atrae car'as positi$as de la tierra "ue est0deba(o. La dierencia de potencial aumenta !asta "ue tiene lu'ar una repentina descar'a,el rayo, "ue neutralia de nue$o las car'as en la nube y la tierra.

La mayoría de los pararrayos est0n undados en el eecto de las puntas, o tendencia delas car'as a escapar por las re'iones de m0xima cur$atura en este eecto se basó el

pararrayos de Ben(amín Franklin. El campo el#ctrico en el extremo del pararrayos es losuicientemente intenso para ioniar el aire y estas car'as, opuestas a las de la nube

3)*+ PARTES PRINCIPALES DEL PARARRAYOLa Barra: Es cilíndrica de 8 a ) metros de altura, con una punta o puntas de !ierro'al$aniado o de cobre.

El Conductor Aéreo: est0 ormado de cable de cobre de m0s de 6 mm de di0metro ocable de !ierro de m0s de 11 =m. de di0metro, aun"ue tambi#n se puede emplear tubos de los mismos materiales. @na condición importante es "ue no est# aislado delediicio "ue prote'e.

El Conductor Subterráneo: consiste en placas de cobre o de !ierro 'al$aniado deun metro cuadrado de supericie por lo menos, !undidas en el a'ua de un poo ome(or en la tierra !+meda y enlaada al conductor a#reo. %i el terreno es seco, esme(or usar como conductor subterr0neo un cable muy lar'o enterrado alrededor de lacasa. %e debe tomar en cuenta "ue el radio de la base circular 2 es i'ual a la alturaA2 del pararrayos.


http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761575592http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761576620http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761576775http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761556914http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761559581http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761576620http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761576775http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761556914http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761559581http://encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761575592


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#)*+ =QUE SE NECESITA PARA HACER UN

PARARRAYO?

%e deben instalar en obras "ue, por su altura o por sus especiales características, seansusceptibles de ser da9adas por descar'as el#ctricas atmos#ricas.

Altura de la punta del pararrayo:

La punta de la barra de un pararrayo est0 ubicada por lo menos a 1,55 m por sobre las partes m0s ele$adas de un ediicio, torres, tan"ues, c!imeneas y m0stiles aislados.



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En las cumbreras de los te(ados, parapetos y bordes de tec!os !oriontales o terraas,las barras de los pararrayos se colocar0n a distancia "ue no excedan de *5,55 m entresí, siempre "ue la irección no i(e otra medida.

")*+ EFECTO PUNTA

Las car'as alrededor de un conductor no se distribuyen uniormemente, sino "ue seacumulan m0s en las partes ailadas.

e esta manera, si se tiene un ob(eto en orma de punta sometido a un intenso campoelectrost0tico como el 'enerado por una nube de tormenta2, la acumulación decar'as en la punta es tambi#n muy ele$ada.

Esta propiedad ue apro$ec!ada por Ben(amín Franklin para dise9ar su pararrayos amediados del si'lo D&&&.

!)*+ PRINCIPIOS DEL PARARRAYO

El pararrayos no es m0s "ue un dispositi$o "ue, colocado en lo alto de un ediicio,diri'en al rayo a tra$#s de un cable !asta la tierra para "ue no cause desperectos.



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a !emos comentado "ue normalmente las nubes de tormenta tienen su base car'adane'ati$amente, mientras "ue la re'ión de tierra "ue se encuentra deba(o de ellas, por eecto de inducción electroest0tica, presenta car'a positi$a.

Las car'as ne'ati$as de la nube se repelen entre sí y son atraídas por las car'as positi$as de la tierra.

-uesto "ue el pararrayos est0 conectado a tierra, sus electrones son repelidos por losde la nube con lo "ue "ueda car'ado positi$amente al i'ual "ue la tierra ba(o la nube.

$ig. %istri!ución de cargas en el entorno de una nu!e de tormenta.

ebido a la orma y características del pararrayos eecto punta2, la densidad decar'a en la punta del pararrayos es tal "ue ionia el aire "ue lo rodea, de modo "uelas partículas de aire car'adas positi$amente son repelidas por el pararrayos yatraídas por la nube, realiando así un doble ob(eti$o

a. por un parte, se produce una compensación del potencial eléctrico al ser atraídos

esos iones del aire por parte de la nube, neutraliando en parte la car'a.

e esta orma se reduce el potencial nubeGtierra !asta $alores ineriores a los 15555 "ue marcan el límite entre el comportamiento diel#ctrico y el conductor del aire, y

por tanto previenen la formación del rayo.

b. por otra, conducen al rayo a tierra oreci#ndole un camino de menor resistencia.Este camino lo ormar0n el pararrayos, el conductos de descar'a y las tomas detierra.

@n enómeno "ue debemos tener en cuenta es el de Hdisipación naturalH, "ue es producida por los arboles, $allas, rocas y dem0s ob(etos de orma puntia'uda, yasean natural o artiiciales, sometidos al campo el#ctrico de la nube de tormenta, "ue



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ir0n produciendo esa compensación de potencial de orma natural, produciendo laneutraliación de la car'a de la nube, o al menor, reduci#ndola si'niicati$amente,con lo "ue se disminuye el ries'o al lle'ar la nube sobre onas !abitadas o

peli'rosas.

FUC!"A#!E$"

-ara explicar cómo uncionan los pararrayos primero tenemos "ue saber "u# es unrayo. Los rayos son descar'as electrost0ticas "ue impactan en la supericie terrestrecon una potencia "ue $aria entre *55 mil y un millón de $oltios. %e ori'inan

+nicamente en las nubes en las "ue se !an ormado cristales de !ielo. El mo$imientode estos cristales acumula una uerte car'a de electricidad est0tica.

Las dierencias de car'as el#ctricas entre la tierra y la atmósera !acen "ue se produca la descar'a. Al caer, el rayo $a buscando los lu'ares por donde m0sacilmente puede conducirse, y estos en 'eneral son cual"uier elemento con orma$ertical como 0rboles o ediicios.

El pararrayos ue in$entado por Ben(amin Franklin en 17)8, y su unción es la deatraer los rayos para e$itar "ue cai'an en otros lu'ares peli'rosos. Esta construido

por una antena met0lica "ue termina en orma de punta, donde se encuentra una bola

de cobre o de platino. La barra $ertical de la antena est0 unida a tierra por un cableconductor "ue lle$a la descar'a !acia el suelo.

Es de $ital importancia "ue el pararrayos est# en un lu'ar bien alto, por encima decual"uier otra estructura "ue pueda !aber en la ona. Los rayos se ri'en por losmismos principios de la electricidad. Estos nos dicen "ue la electricidad siempre

buscar0 mo$erse por la ona "ue m0s 0cil le resulte. en el caso de los rayos lo m0sse'uro es "ue cai'a en el punto m0s alto, "ue es tambi#n el punto m0s cercano al "uese ori'ino el rayo, arriba en la nube.

tra característica de suma importancia en un pararrayo es el cable "ue lle$a la

corriente al suelo, el cable neutralia el poder destructi$o de los rayos 'racias a "ue permite una polariación de las car'as el#ctricas, "ue lle$a la descar'a al suelo.


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)*+TIPOS DE PARARRAYOS

%ea cual sea la orma ó tecnolo'ía utiliada, todos los rayos tienen la mismainalidad orecer al rayo un camino !acia tierra de menor resistencia "ue siatra$esara la estructura del ediicio.

Existen dos tipos undamentales de pararrayos

%ararrayos de puntas:

Formada por una $arilla de 8 a ) m de lar'o, de acero 'al$aniado de )5 mm dedi0metro con la punta recubierta de >olramio para soportar el calor producido en elimpacto con el rayo2. %i adem0s se desea pre$enir la ormación del rayo, puedenlle$ar distintas dispositi$os de ioniación del aire.

e tipo Flanklin se basan en el He#ecto punta&. Es el típico pararrayos ormado por una $arilla met0lica acabada en una o $arias puntas.

La ona prote'ida por un pararrayos cl0sico de Flanklin tiene orma cónica.



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$ig. 'ona protegida por un pararrayos cl"sico.

En este tipo de pararrayos, el eecto de compensación de potencial es muy reducido, por lo "ue en onas con alto ries'o suelen usarse otro tipo de pararrayos.

e tipo radiacti$o consiste en una barra met0lica en cuyo extremo se tiene una ca(a"ue contiene una pe"ue9a cantidad de isótopo radiacti$o, cuya inalidad es la deioniar el aire a su alrededor mediante la liberación de partículas ala.

Este aire ioniado a$orece 'eneración del canal del rayo !asta tierra, obteniendo un

0rea prote'ida de orma esericoGcilíndrica.

El eal ecreto 14*6C6< del =inisterio de &ndustria y Ener'ía pro!íbe expresamenteel uso de este tipo de pararrayos.

$ig. 'ona protegida por un pararrayos radiactivo

/ipo iónGcorona solar este tipo de pararrayos incorpora un dispositi$o el#ctrico de'eneración de iones de orma permanente, constituyendo la me(or alternati$a a los

pararrayos atómicos. La ener'ía necesaria para su uncionamiento suele proceder deotoc#lulas.



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e tipo pieoel#ctrico se basa en la capacidad de los materiales pieoel#ctricos, de producir car'a el#ctrica a partir de los cambios en su estructura debido a presionesexternas tales como las producidas por el $iento durante un $enda$al2.

-ara me(orar el comportamiento de los pararrayos de punta, puede usarse la t#cnicadenominada Hmatri& de dispersiónH, "ue consiste en un con(unto de puntas simpleso ioniadoras cuya misión es la de orecer multitud de puntos de descar'a entre tierray nube, así modo la repartir esa descar'a de neutraliación en una re'ión mayor demodo "ue se reduce la aparición de puntos con distintos potenciales "ue a$orecanla aparición del rayo.

%ararrayos reticulares o de 'aula de Faraday:

3onsisten en recubrir la estructura del ediicio mediante una malla met0licaconectada a tierra.

$ig. 'ona protegida mediante pararrayos reticular.

Iay "ue !acer notar "ue los ediicios modernos con estructura met0lica, cumplen unaunción similar a las (aulas de Faraday, por lo "ue la probabilidad de "ue un rayoentre en uno de estos ediicios es extremadamente pe"ue9a.

10)*+ DONDE ES NECESARIO COLOCAR UN

PARARRAYOS

%e'+n las ;ormas /ecnoló'icas de la Ediicación es necesario la instalación de pararrayos en los si'uientes casos

• Ediicios de m0s de 48 metros.• Lu'ares en los "ue se manipulen sustancias tóxicas, radiacti$as, explosi$as o

inlamables.

• Lu'ares con un índice de ries'o superior a *7. Este índice se calcula dependiendo

de la ona 'eo'r0ica, materiales de construcción y condiciones del terreno.



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11)*+ NORMATIVAS DE LOS PARARRAYOS

Las normas actuales relacionadas con las instalaciones re'lamentarias de pararrayos, pretenden como ob(eti$o de la protección del rayo, sal$a'uardar la $ida de las personas y animales (unto a sus propiedades y remarcan "ue en mayor o menor 'rado, aceptan "ue no existe una protección absoluta contra el enómeno de lastormentas el#ctricas, sino sólo una protección adecuada. :. $er reerencia 2

Las normati$as de(an abierta la posibilidad de aplicar otros sistemas de protección,

donde la necesidad de soluciones para la protección del rayo sea particularmente m0sexi'ente.

12)*+ ENSAYO EN LAORATORIOS DEPARARRAYOS Y AAAIPARARRAYOSIONIZANTE Y DESIONIZANTE

Los ensayos experimentales en un laboratorio t#cnico de alta tensión, solo se tendrían"ue utiliar a ni$el t#cnico comparati$o como reerencia para "ue el abricante

pudiera comprobar la eecti$idad t#cnica del cabeal a#reo captaGrayos o pararrayos2"ue se lle$a a ensayo.

;o se podr0 representar (am0s en un laboratorio t#cnico, todos los par0metros$ariables de los enómenos naturales "ue est0n implicados estrec!amente en latranserencia, excitación y descar'a del rayo.



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F&J@A 11 Laboratorio de ensayos el#ctricos.

Los par0metros y procedimientos "ue se utilian actualmente en un laboratorio

t#cnico de alta tensión, son i(os dentro de un protocolo y características t#cnicas. Laconi'uración del ensayo no tienen "ue $er en absoluto con las tan dierentesconi'uraciones de las instalaciones de pararrayos. En el campo de aplicación de unainstalación de pararrayos, inter$ienen muc!os enómenos medioambientales ydierentes contextos 'eo'r0icos, ormas ar"uitectónicas, materiales "ue puedenintererir positi$a o ne'ati$amente en la transerencia, excitación y descar'a de laener'ía del rayo.

El ensayo experimental de un pararrayos en un laboratorio t#cnico de alta tensión nocontempla el resto de los componentes de una instalación de un pararrayos, es decir,el m0stil, los soportes, el conductor el#ctrico, la toma de tierra, etc.

Las pruebas de eicacia de un sistema de protección del rayo, tienen "ue ser eectuadas en el campo de aplicación y comprobar "ue cumplan con el ob(eti$o paralo cual todo el con(unto de la instalación de un pararrayos !a estado dise9ada,eectuando un se'uimiento en tiempo real del enómeno rayo y unas re$isiones

periódicas de mantenimiento.

esumimos al'unos de los principios de uncionamiento de al'unos AtraeGrayos y-ararGrayos

%i deseamos captar el rayo AtraeGrayo 2 pondremos atención en al'unos tipos de



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pararrayos tipo Franklin o -3 -ararrayos con dispositi$o de 3ebado 2 "ue basansu principio de uncionamiento en la ioniación pasi$a o acti$a del aire para excitar la car'a, y crear un camino abierto para capturar la descar'a del rayo y canaliar suener'ía potencial por un cable a la toma de tierra el#ctrica.

A. Los pararrayos ioni&antes(

-ararrayos "ue ionian el aire y capta la descar'a del rayo AtraeGrayos2%e destacan por ser electrodos acabados en una o $arias puntas.Est0n instalados en la parte m0s alta de la instalación y conectados a tierra. %edi$iden en

&oniantes pasi$os AG1, $er m0s adelante2%emiGActi$os AG*, $er m0s adelante2.

Kurante la descar'a del rayo se 'eneran corrientes de Alta /ensión por elconductor el#ctrico de tierra superiores, siendo peli'roso estas cerca del

pararrayos en ese momento.

F&J@A 1* AtraeGayos.

%i de lo contrario deseamos parar el rayo -ararGrayos 2 en un perímetro dese'uridad del cual "ueremos prote'er las instalaciones, nos decidiremos por lanue$a tecnolo'ías de pararrayos 3/% 3!ar'e /ranser %ystem 2, en espa9ol

%istema de /ranserencia de 3ar'a.



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Basan su principio en la desioniación, el ob(eti$o es e$itar la saturación de car'aelectroest0tica en la atmósera, concretamente compensar pacíicamente ladierencia de potencial de la ona durante el proceso de la ormación de latormenta.

3on este principio se e$ita el campo de alta tensión "ue 'enera la ormación deelu$ios y la excitación de la presencia del rayo. El resultado es una onael#ctricamente estable sin inluencias de caídas de rayos.

B. Los pararrayos desioni&antes pasivos .

-ararrayos "ue desionian el aire y para la ormación del rayo pararGrayos2

%e destacan por ser de orma es#rica.Est0n instalados en la parte m0s alta de la instalación y conectados a tierra.urante el proceso de la car'a electroest0tica del enómeno del rayo, latranserencia de su ener'ía a tierra, se transorma en una corriente de u'a atierra, su $alor el#ctrico se puede re'istrar con una pina amperimetrica de u'a atierra, el $alor m0ximo de lectura en plena tormenta no supera los *)5 =iliGAmperios y es proporcional a la car'ael#ctricoGAtmos#rica.

F&J@A 18, pararrayos 3/%.

;ota ./odos los sistemas de pararrayos para la protección del rayo, se instalanse'+n unas normati$as particulares y se resumen en 8 elementos b0sicosLa toma de tierra con una resistencia inerior a 15El m0stil y cable conductor "ue conecta la tierra con el cabeal a#reo.El pararrayos 3abeal a#reo2.

-ararrayos ioni&antes pasivos )%SF* %untas simple Fran+lin ) Atrae,rayossimple *:



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Analicemos al'unos principios b0sicos.

1. 3aracterísticas b0sicas. %on electrodos de acero o de materiales similaresacabados en una o $arias puntas, denominados -unta simple Franklin, no tienennin'+n dispositi$o electrónico ni uente radioacti$a. %u medida $aría en uncióndel modelo de cada abricante, al'unos abricantes colocan un sistema met0licocerca de la punta para 'enerar un eecto de condensador.

*. %u principio de uncionamiento. %e basa esencialmente en canaliar por la tomade tierra la dierencia de potencial entre la nube y el cabeal del pararrayos, lainstalación conduce primero !acia arriba, por el cable desnudo de tierra, latensión el#ctrica 'enerada por la tormenta, para compensar la dierencia de

potencial en el punto m0s alto de la instalación. urante el proceso de la tormentase 'eneran campos el#ctricos de alta tensión "ue se concentran en las puntas mas predominantes, a partir de una ma'nitud del campo el#ctrico alrededor de la punta o electrodo, aparece la ioniación natural o eecto corona, son minidescar'as disrupti$as "ue ionian el aire , este enómeno es el principio deexcitación para traar un camino conductor "ue acilitara la descar'a delenómeno rayo Lider 2.

En unción de la transerencia o intercambio de car'as, se puede apreciar en la-%F, c!ispas diminutas en orma de lu, ruido audible a rito, radiorecuencia,$ibraciones del conductor, oono y otros compuestos. Este enómeno arranca una

serie de a$alanc!a electrónica por el eecto campo, un electrón ionia un 0tomo produciendo un se'undo electrón, #ste a su $e (unto con el electrón ori'inal puede ioniar otros 0tomos produciendo así una a$alanc!a "ue aumentaexponencialmente. Las colisiones no resultantes en un nue$o electrón pro$ocanuna excitación "ue deri$a en el enómeno luminoso. A partir de ese momento, elaire cambia de características 'aseosas al límite de su ruptura diel#ctrica, el rayoes el resultado de la saturación de car'as entre nube y tierra, se encar'a detranserir en un instante, parte de la ener'ía acumulada el proceso puede repetirse$arias $eces.

8. El ob(eti$o de estos atraeGrayos es prote'er las instalaciones del impacto directo

del rayo, excitando su car'a y capturando su impacto para conducir su potencialde alta tensión a la toma de tierra el#ctrica. Las instalaciones de pararrayos est0nre'uladas por normati$as de ba(a tensión2.

%e !an dado casos "ue la punta del -%F, el eecto t#rmico a undido $arioscentímetros de acero de la punta Franklin.AG*. -ararrayos ioniantes %emiGacti$os -32 pararrayos con dispositi$o decebado atraerGrayos2

1. 3aracterísticas b0sicas. Est0n ormados por electrodos de acero o de materialessimilares acabados en una punta, incorporan un sistema electrónico "ue 'enera una$ance en el cebado del traador Lider 2 ;o incorporan nin'una uenteradioacti$a, tienen un dispositi$o electrónico sensible compuesta de diodos,



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bobinas, resistencias y condensadores, inundados en una resina aislante, todo ello blindado otros incorporan un sistema pieoel#ctrico. Los dos sistemas secaracterian por anticiparse en el tiempo en la captura del rayo una $e "ue se

produce la car'a del dispositi$o de excitación. Las medidas de los cabeales$arían en unción del modelo de cada abricante.

*. -rincipio de uncionamiento. %e basa esencialmente en canaliar por la toma detierra la dierencia de potencial entre la nube y el cabeal del pararrayos. Lainstalación conduce primero !acia arriba por el cable desnudo de tierra, la tensiónel#ctrica 'enerada por la tormenta, al punto m0s alto de la instalación paracompensar la dierencia de potencial. El sistema electrónico apro$ec!a lainluencia el#ctrica del aumento de potencial entre la nube y la tierra, para auto

alimentar el circuito electrónico y excitar la a$alanc!a de electrones, la excitacióndel rayo se eect+a ioniando el aire por impulsos repetiti$os, se'+n aumente'radualmente la dierencia de potencial aportada por la saturación de car'asel#ctricoGatmos#ricas aparece la ioniación natural o eecto corona, son minidescar'as periódicas "ue ionian el aire, este enómeno es el principio deexcitación para traar un camino conductor intermitente "ue acilitara la descar'adel enómeno rayo Lider 2.



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urante el proceso de la tormenta se 'eneran campos de alta tensión "ue seconcentran en las puntas mas predominantes, a partir de una ma'nitud del campoel#ctrico alrededor de la punta o electrodo, aparece la ioniación por impulsos,son pe"ue9os lu(os el#ctricos, se puede apreciar en orma de diminutas c!ispas delu, ruido audible a rito, radiorecuencia, $ibraciones del conductor, oono yotros compuestos. Este enómeno arranca una serie de a$alanc!a electrónica por

el eecto campo, un electrón ionia un 0tomo produciendo un se'undo electrón,#ste a su $e (unto con el electrón ori'inal puede ioniar otros 0tomos

produciendo así una a$alanc!a "ue aumenta exponencialmente. Las colisiones noresultantes en un nue$o electrón pro$ocan una excitación "ue deri$a en elenómeno luminoso. A partir de ese momento el aire cambia de características'aseosas al límite de su ruptura diel#ctrica, el rayo es el resultado de la saturaciónde car'as entre nube y tierra, se encar'a de transerir en un instante, parte de laener'ía acumulada en el condensador atmos#rico nubeGtierra 2 el proceso puederepetirse $arias $eces.

El dispositi$o electrónico del -3 est0 conectado en serie entre el soporte delcabeal y el cabeal a#reo



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8. El ob(eti$o de estos atraeGrayos es prote'er las instalaciones del impacto directodel rayo, excitando su car'a y capturando su impacto para conducir su potencialde alta tensión a la toma de tierra el#ctrica.

Estos e"uipos se caracterian por incorporar un sistema de cebado "ue anticipan ladescar'a de *) a >>.rs.utn.edu.aC-AAA%C$isitanteCba(ar

• >>>.rs.utn.edu.arCmateroC$isitanteCba(arMapunte.p!pid

• >>>.tesis.ipn.mxCdspaceCbitstreamC1*84)


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• !ttpCCtesatel.netirms.comCcurriCsitioG1C'alGrayos.!tm

• !ttpCCeducar.sc.usp.brCcienciasCisicaCisicaespan!olC'losespan.!tm

• !ttpCC>>>.construir.comCEdiicaCdocumentCseccin4d.!tmP4.6.7.5.

• !ttpCC>>>.aplicacionesGtecnolo'icasGsa.esCrayoCindex.!tml

ANEXO


http://tesatel.netfirms.com/curri/sitio-1/gal-rayos.htmhttp://www.aplicaciones-tecnologicas-sa.es/rayo/index.htmlhttp://tesatel.netfirms.com/curri/sitio-1/gal-rayos.htmhttp://www.aplicaciones-tecnologicas-sa.es/rayo/index.html


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EL RAYO: SUS EFECTOS REPERCUSIONES

ELÉCTRICAS Y ALGUNOS SISTEMAS DEPROTECCIÓN DIRECTAPARARRAYOS+

El rayo es la reacción el#ctrica causada por la saturación de car'as electroest0ticas "ue!an sido 'eneradas y acumuladas pro'resi$amente durante la acti$ación del enómenoel#ctrico de una tormenta. urante unas racciones de se'undos, la ener'íaelectroest0tica acumulada se con$ierte durante la descar'a en ener'ía electroma'n#ticael rel0mpa'o $isible y la intererencia de ruido2, ener'ía ac+stica trueno2 y, inalmente

calor. El enómeno rayo se representa aleatoriamente a partir de un potencial el#ctricoatmos#rico 15C4) k2, entre dos puntos de atracción de dierente polaridad e i'ual

potencial para compensar las car'as.

La densidad de car'a del rayo es proporcional a la saturación de car'a electroest0tica dela ona. A mayor densidad de car'a, mayor es el ries'o de 'enerar un líder y acontinuación una descar'a de rayo.

El líder o 'uía escalonada %tep Leader2 es el traador "ue 'uiara la descar'a del rayo ala ona donde se 'enere. El rayo tiende a se'uir un camino preparado, es laconcentración de transerencia de electrones 15.555 3ulombios por se'undos2 en un

punto concreto para compensar las car'as electroest0ticas de si'nos opuestos. urantesu 'eneración y en unción de la transerencia de car'a, el enómeno se puede



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representar Eecto 3orona 2 en orma de c!ispas el#ctricas 'eneralmente de color $erdeGaul y con uerte olor a oono ioniación del aire2. ;o es constante ni estable y

puede $ia(ar y mo$erse en unción de los puntos calientes de ioniación ue'o de %antElmo2. 3uando se $isualia este enómeno, el campo el#ctricoGAtmos#rico de altatensión es tan 'rande "ue los pelos de la piel se ponen de punta !acia arriba y ladescar'a de rayo se puede representar.

La intensidad de la descar'a del rayo es $ariable y depender0 del momento crítico de laruptura de la resistencia del aire entre los dos puntos de transerencia. /ambi#n estar0inluenciada por la resistencia de los materiales expuestos en serie, como por e(emplotierra, roca, madera, !ierro, instalaciones de pararrayos, las puestas a tierra, etc.El aire no es un aislante perecto su resistencia diel#ctrica antes de la ruptura es de

8k Cmm y $aria proporcionalmente con la altura.La ruptura del diel#ctrica del aire tambi#n $ariar0 se'+n el 'rado de contaminaciónatmos#rica, temperatura, !umedad, presión y radiación electroma'n#tica natural o no.

El rayo puede transportar una car'a de electrones en menos de un se'undo e"ui$alente a155 millones de bombillas ordinarias, la media "ue se $alora por rayo es de *5JN de

potencia.

F&J@A 8. =odelos 3onceptuales ayos =3=*2

El sentido de la descar'a del rayo es, 'eneralmente, un 65O de nube a tierra rayosne'ati$os2, el 15 O son descar'as ascendentes de tierra a nube rayos positi$os2. Lasdescar'as de los rayos positi$os suelen ser de m0s intensidad "ue los ne'ati$os *, er reerencias2.La trayectoria del rayo puede ser caótica, siempre predominar0n los ambientes


http://www.met.ed.ac.uk/calmet/conferences/calmet01/cd/vazquez/tor/circuito/intro1.htmhttp://www.met.ed.ac.uk/calmet/conferences/calmet01/cd/vazquez/tor/circuito/intro1.htmhttp://www.met.ed.ac.uk/calmet/conferences/calmet01/cd/vazquez/tor/circuito/intro1.htm


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el#ctricos car'ados, aun"ue los estudios del campo el#ctrico atmos#rico en tierradeterminan "ue la distribución de car'as en tierra no es est0tica, sino "ue es din0mica alormarse y 'enerar aleatóriamente c!ispas en dierentes puntos 'eo'r0icos al mismotiempo, la intensidad y situación del campo cambia radicalmente. ;o se puede'arantiar la ona de impacto del rayo una $e ormado sin una protección adecuada.

El ni$el de ries'o de rayos se llama ni$el ker0unico, se $alora por el n+mero de días dela acti$idad de rayos por a9o y km*, estos ni$eles solo son de reerencia pues suelenser muy $ariables, al'unos se mantienen durante m0s tiempo por las características delcontexto ambiental y tel+rico, la media tiene "ue ser $alorada como mínimo cada )a9os, en 'rie'o HQeraunosH si'niica rayo. %e puede eectuar un se'uimiento de losimpactos de rayos en dierentes mapas $irtuales. Existen $arios portales donde podemos$er la acti$idad de rayos casi en tiempo real a ni$el nacional y europeo, por e(emplo en

F&J@A ) =apa Qer0unico -rincipado de Andorra



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Las líneas &socer0unicas son indicadores de medición de un 0rea concreta "uedetermina dierentes onas de ries'o.

Las temporadas de tormentas son cada $e m0s 'randes y acti$as , el 'r0ico representala e$olución de los días de tormenta e impactos de rayos en un periodo de < a9os en laona 'eo'r0ica de las -ardines 1.)58 metros sobre el ni$el de mar 2 en el -rincipadode Andorra. 8, er reerencias2.

F&J@A < &mpactos de rayos en una ona de * km* del -rincipado de Andorra

Las tormentas 'eneran peli'rosas car'as el#ctricas por kilómetro cuadrado dentro delos n+cleos de nubes tormentosas, sobre todo en alta monta9a con climas

predominantemente secos RS 8* O I 2. La dierencia de potencial entre la base de lanube y tierra aumenta pro'resi$amente ioniando el aire en el 'ran espacio tiempo, los$alores de reerencia son del orden de cien millones de $oltios y el $alor del campoelectroest0tico en tierra es de 15 k por cada metro de ele$ación sobre la supericie dela tierra. La compensación de la car'a electroest0tica se transiere de dos maneras. @naes pacíicamente por el lu(o de electrones en una 'ran 0rea 'eo'r0ica Qm*2 y en unlar'o periodo de tiempo minutos2 sin $isualiar la descar'a del rayo a tierra. La otra esdebido a la 'ran concentración de transerencia de electrones en un corto espaciotiempo, metros* C se'undos.

En las onas de alto ni$el ker0unico la transerencia de esta ener'ía se representa enorma de rayo con impactos a tierra para compensar al campo el#ctrico de alta tensión"ue se !a 'enerado.

Sus efectos( El cuerpo !umano es una m0"uina bioel#ctrica, polariada el#ctricamente y toda laacti$idad electroma'n#tica del entorno nos aecta. 3ada impacto de rayo 'enera unaradiación o pulso electroma'n#tico peli'roso para las personas.



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Los campos electroma'n#ticos artiiciales perturban el ma'netismo natural terrestre y elcuerpo !umano sure cambios de sus ritmos bioló'icos normales pudiendo sucumbir adierentes enermedades.

Estos enómenos est0n en estudio, pues pueden aectar la membrana celular a partir deuna 'ran exposición en corto tiempo en unción de la radiación absorbida nuestrosistema ner$ioso y cardio$ascular pueden estar aectados.

Ioy en día est0 comprobado "ue las corrientes el#ctricas de ba(a recuencia condensidades superiores a 15 mACm* aectan al ser !umano, no solo al sistema ner$iososino tambi#n pueden producir extrasístoles.

/oda radiación superior a 5.4NCk' no podr0 ser adsorbida correctamente por el cuerpo.El aumento repentino de 1 'rado en el cuerpo puede producir eectos bioló'icosad$ersos, #ste enómeno puede ser representado por radiaciones de 'i'a!erios omicroondas. 4. $er reerencias2.

La inormación si'uiente es un extracto del de la /esis doctoral en =edicina del octor 3auman Laurent, H Los accidentes por ulminación H, en ranc#s H Les accidents de laul'urationH. ). $er reerencias 2.

Los impactos de rayo directos son destructores y mortales

F&J@A 7 =uerte por impacto directo.3uando el rayo impacta en un punto, 'enera $arios eectos debido a la desproporcionaday de$astadora ener'ía transerida. Los enómenos repercutidos ser0n de dierente'ra$edad en unción de la intensidad de la descar'a.

Fenómenos repercutidos1. Tpticos.*. Ac+sticos.8. Electro"uímicos.4. /#rmicos.). Electrodin0micos.


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Los impactos de rayos indirectos son muy peli'rosos, 'eneranuertes tensiones de paso.La distancia y potencial de la descar'a 'enerar0 dierentes eectos"ue aectar0 directamente al cuerpo !umano.

F&J@A 6 tensión de paso por impacto indirecto.

esumimos los dierentes eectos ísicos "ue pueden ocasionar a las personas, si nosencontramos dentro de un radio de acción inerior a 1*5 metros del impactoG

Efectos f-sicos: 1. ?uemaduras en la piel.*. otura del tímpano.

8. Lesiones en la retina.4. 3aída al suelo por onda expansi$a.). 3aída al suelo por a'arrotamiento muscular debido a una tensión de paso li'era.


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urante la descar'a del rayo se 'eneran inducciones y acoplamientos en líneas detransporte el#ctrico y de comunicaciones, todos los e"uipos electrónicos sensibles "ue seencuentre dentro de un radio de acción de 1*5 metros pueden estar aectados por unasobre tensión inducida. En unción de la intensidad de descar'a del rayo las tomas de tierrano lle'an a adsorber la totalidad de la ener'ía potencial descar'ada en menos de 1 se'undo,'enerando retornos el#ctricos por la toma de tierra al interior de la instalación el#ctrica.Este enómeno puede 'enerar tensiones de paso peli'rosas si las instalaciones no est0n

preparadas al eecto.

F&J@A : tensiones de paso por impacto indirecto.

%e tiene "ue tener en consideración "ue todos los materiales o puntos de contacto a tierra

tiene dierente $alores de comportamiento el#ctrico, su propia resistencia el#ctrica puede$ariar considerablemente en unción de las condiciones medioambientales y sucomposición mineral $alores RS a ) , a $alores RU 8555 2. Los $alores mínimosre'istrados en el momento de una descar'a es de decenas de kA a $alores m0ximosre'istrados de 855 kA en un solo impacto.

El impacto de rayos 'enera sobre los cables a#reos una onda de corriente, de amplituduerte, "ue se propa'a sobre la red creando una sobre tensión de alta ener'ía.-or e(emplo, si aplicamos la Ley de !m, y tomando un $alor medio del impacto de unrayo a tierra de 85 kA 85.555 Amperios2 y un $alor de la resistencia de la toma de tierrade 15 o!mios2, entonces se tiene unos resultados de ener'ía "ue circular0 por el cablede tierra a la toma de tierra ísica de 855.555 oltios Alta /ensión 2 y :.555.555 kN Alta Ener'ía de radiación.Las consecuencias estrucción de material, en$e(ecimiento prematuro de los componenteselectrónicos sensibles, disunción de los e"uipos conectados a la res con peli'ro deincendio.-onemos a continuación al'unos $alores de reerencia del enómeno rayo

1. /ensión entre nube y un ob(eto a tierra......................1. a 1.555. k.*. &ntensidades de descar'a ..............................................) a 855 QA8. diCdt..................................................7.)kACs a )55kACs

4. Frecuencia..............................................................1 Q I a 1 = I.). /iempo................................15 =icrose'undos a 155. =ilise'undos.


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7. -ropa'ación ..............................................845 metros por se'undo.6. 3ampo electroest0tico por metro de ele$ación sobre la supericiede la tierra...............................................................................15 k.

Los rayos causan muc!as muerte en el mundo, solo en Brasil mueren cien personas por a9o. es uno de los país m0s aectados por la muerte directa de personas causada por losrayos, se'+n in$esti'adores brasile9os e"ui$ale al 15 por ciento del total mundial. 6, $erreerencias 2

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