LA FORMACIÓN DEL RAYO:

En condiciones atmosféricas propicias se crea dentro de la nube, una separación de cargas, colocándose las negativas en la base de la nube, mientras las positivas lo hacen en  la parte superior. El potencial dentro de la  nube es generalmente del orden de varios millones de voltios.
Este efecto, produce un cambio similar y del mismo tamaño aproximadamente, pero de polaridad opuesta, en la superficie de la tierra..
LOS EFECTOS DEL RAYO :

Cada año caen aproximadamente una media  de dos millones de rayos, tan solo en  la Península Ibérica, provocan la muerte de una decena de personas, centenares de animales... las averías y desperfectos provocados por rayo a la industria, se pueden cuantificar en miles de millones. Naturalmente, la orografía de cada país, determina el número y la intensidad de las tormentas que se producen, riesgo que varia dentro de cada zona.
El conocimiento de las zona de riesgo es una información importante para determinar de forma eficiente, el tipo de protección contra el rayo mas adecuado.

El campo eléctrico entre la base de la nube y la superficie de la tierra situada debajo, es tan alta que se crean pequeñas descargas desde la nube conocidas como  Líders de Pas


Cuando estos Líders se aproximan a la superficie de la tierra se genera un flujo ascendiente de carga positiva
Cuando el líder de carga y  el flujo se encuentran, se cierra el circuito produciendo el rayo con una corriente de descarga entre 10Ka i 200 Ka


IMPACTOS DIRECTOS Y CAUSAS INDIRECTAS :
Los efectos del rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo o por causas indirectas.
Impacto directo: es el producido por el rayo directamente sobre las estructuras, personas, animales... estos impactos pueden tener  efectos catastróficos y producir cuantiosas perdidas económicas.
Causas indirectas: son las sobretensiones producidas por la caída de un rayo cerca o sobre las redes eléctricas, de telefonía , informática...que causan la destrucción de las instalaciones y los equipos. Son los efectos inducidos del rayo.
TIPOS DE PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO :
PUNTA FRANKLIN

Su misión es provocar la excitación atmosférica sobre de cualquier otro punto de la estructura a proteger, creando una ionización por efecto de sus puntas, haciendo que la descarga incida en la su zona de cobertura, y derive la corriente del rayo a tierra.
La cobertura de este  cabezal de pararrayos esta limitada a una pirámide de protección de radio en la base, una vez y media su altura

TENDIDO 

Es la protección formada por uno o varios conductores aerios situados sobre la estructura a proteger. Los conductores irán conectados a la toma de tierra por medio de un  bajante a cada uno de sus extremos.
El área protegida nos vendrá dada por el área formada por el conjunto de conductores aereos

GAVIA DE FARADAY

El sistema consiste en la recepción del rayo a través de un  conjunto de puntas captadoras unidas entre sí por un cable conductor formando una malla grande. Esta malla irá conectada a tierra mediante una red de cables conductores.

PARARRAYOS CON DISPOSITIVO DE CEBADO (PDC)


Los PDC emiten descargas eléctricas  de polaridad inversa al rayo, produciendo la atracción del rayo, y elevando el punto de impacto por encima de la estructura que estamos protegiendo. De esta forma se consigue un radio de cobertura más grande en la base respecto a un pararrayos convencional.
Una punta PDC, no es comparable a una punta Franklin, si no a un conjunto de ellas. Esto repercute en un beneficio económico en el momento de hacer una instalación.
En el momento que un rayo se aproxima a tierra, se crea una descarga sobre cualquier estructura elevada. En el caso de un  sistema de protección pasivo, como puede ser una punta Franklin, solo capta las descargas que pueda recibir la punta por la propia ionización. El cabezal PDC crea un camino fácil de descarga asegurando una eficacia más grande por la captura del rayo.

Gracias al su dispositivo de cebado, emite una señal de alta tensión de amplitud y frecuencia determinada y controlada. Asegura su eficacia mediante la rápida formación del trazador ascendente que se propaga de forma continua hasta el trazador descendente del rayo, elevando así el punto de impacto de la descarga muy por encima de la estructura protegida. Al elevar el punto do impacto, automáticamente ampliamos el radio de protección respecto un pararrayos convencional.

LAS SOBRETENSIONES :

La descarga de los rayos sobre cualquier cable conductor, de datos o de transporte de energía, provocan corrientes transitorias, caracterizadas por la su corta duración, su rápido crecimiento, y valores de cresta muy elevados (hasta a varíes decenas de Kv.).
La descarga de un  rayo se propaga en un radio de varios quilómetros, y su dispersión a tierra, eleva el su potencial, induciendo fuertes sobretensiones en cables enterrados y aumentando las tensiones de la tomas de tierra.
En una instalación eléctrica, todos los conductores que vienen del exterior, son susceptibles de facilitar el camino a las sobretensiones transitorias, provocando daños en todos los aparatos o sistemas conectados.
Las sobretensiones producidas por fenómenos atmosféricos llegan a las instalaciones de tres formas diferentes:

El rayo puede caer directamente en las líneas aéreas, propagando la sobretensión a lo largo de varios quilómetros. La sobretensión acaba llegando al usuario y derivándose a tierra a través de sus equipos, provocando averías o la total destrucción.

La radiación emitida por el impacto del rayo con un objeto ( farola, árbol, pararrayos...) próximo a líneas eléctricas , de telefonía , de datos... induce corrientes transitorias, conduciéndolas  mediante la red al interior de nuestras instalaciones, provocando averías o destrucción de los equipos conectados.

Cuando el rayo cae directo a tierra o a través de una estructura conectada a tierra, la corriente de la descarga del rayo, puede elevar el potencial de tierra a varios miles de voltios como consecuencia de la corriente que circula por el terreno.

PROTECCIÓN CONTRA LAS SOBRETENSIONES :

Cuando se produce una sobretensión en una línea, por ella circula una intensidad  del orden  de Ka.
Para evitar la sobretensión al equipo conectado a la línea, se ha de instalar un protector, que derivará hacia tierra, la intensidad  generada por la sobretensión sin que esta  le afecte.
Un protector actúa como un interruptor controlado por tensión. Si la tensión es más grande que la nominal de la línea a proteger, el protector pasa a baja impedancia y deriva a tierra. En estado normal el protector está en alta impedancia y es transparente a la instalación.

El protector ideal, debería de derivar toda la intensidad  máxima generada por la sobretensión, y en los sus extremos la tensión residual debería de ser más pequeña, que la soportada por el equipo a proteger. En la práctica no existe un protector que cumpla estos dos criterios.

Conseguir un alto poder de descarga y bajo valor de tensión residual en un mismo protector es irrealizable, por lo que la utilización de un  único protector no asegura la total protección de la instalación donde haya  aparatos eléctricos muy sensibles. Por este motivo deberemos de instalar dos o más niveles de protección, escalonados y coordinados.
Un primer nivel será un protector con un alto poder de descarga (65 Ka/40Ka). El segundo ( hasta un tercer nivel en algunos casos) serán protectores de tensión residual baja, por debajo de los soportados por los aparatos protegidos. Estos protectores es montaran lo más cerca posible de los aparatos a proteger.

Las líneas telefónicas , ya sean de transmisión de voz, como de datos, analógicas o digitales, están altamente expuestas a padecer sobretensiones de origen atmosférico, por tener  la mayor parte exterior de la red, de forma aérea. También las antenas de radiofrecuencia o redes informaticas están expuestas a sobretensiones inducidas por la caída de rayos.
A diferencia de las redes de energía, para  proteger las líneas de transmisión (teléfono, radiofrecuencia...), instalaremos un solo nivel de protección, ya que realizar varios escalonados nos provocaría la perdida de señal. Estas protecciones irán conectadas a la instalación en serie. En caso de avería de la protección por una sobretensión, la línea quedará sin continuidad.


TOMAS DE TIERRA

La unión eléctrica con la tierra de una parte de un circuito eléctrico o de un Pararrayos se efectúa mediante una toma de tierra.

Una toma de tierra está formada por un conjunto de electrodos u otros elementos enterrados, que tienen como misión forzar la derivación al terreno de las intensidades de cualquier naturaleza que se puedan originar en nuestra instalación, ya se trate de corrientes de defecto a frecuencia industrial (50Hz) o de descargas atmosféricas..


TIPOS  TOMAS DE TIERRA
Existen dos métodos para la construcción de tomas de tierra, siendo el más utilizado el de profundidad (jabalinas, electrodos activos, placas o similares, etc.). En el supuesto de que el terreno presente dificultades utilizaremos el método de extensión.

PROFUNDIDAD

JABALINA: Constituye el método más utilizado de puesta a tierra debido a su fácil instalación. Su introducción en el terreno es por hincado.

Estará formada por tres jabalinas, de 1,5 m de longitud mínima, enterradas verticalmente, formando un triángulo equilátero. Estas se unirán mediante cable desnudo o cinta de cobre enterrados en una zanja de 60 a 80 cm. de profundidad, y se conectarán a la red de tierras mediante puente de comprobación, dentro de una arqueta de registro.

La distancia de separación entre las diferentes picas será igual al doble de la longitud de las picas D=2xL (longitud de las picas).

PLACAS O SIMILARES: Es el menos utilizado por tener que realizar la excavación de un pozo. Solo se recurre a este sistema cuando con los sistemas anteriores no obtenemos los valores deseados, y en lugares de muy poca superficie para colocar piquetas.

Normalmente se construye un pozo, de 2m de fondo, instalando la placa verticalmente y rellenando con tierra vegetal y otros aditivos para disminuir la resistividad del terreno.

SUPERFICIE

PATA DE GANSO: Este método de construcción de TT se emplea en terrenos rocosos, o de difícil excavación.

Esta formado por 25 m de cinta o cable de cobre repartida en tres ramas enterradas en zanjas con un mínimo de 60 cm de profundidad, siendo la apertura entre ramas de 45º.

  EQUIPOTENCIALIDAD DE LAS TOMAS DE TIERRA

Cuando el edificio a proteger dispone de una toma de tierra en el fondo de la excavación para las masas de las instalaciones eléctricas, las tomas de las instalaciones de pararrayos se unirán entre ellas.


D: conductor de bajada de pararrayos.
B: circuito de tierra ubicado en el fondo de la excavación del edificio.
P: toma de tierra del pararrayos.
Esta conexión se realiza a nivel del suelo, al pie de la toma de tierra. Si la realización de esta conexión no es posible, la interconexión se realizará sobre la placa de tierra.En este caso la trayectoria del conductor de unión se debe realizar de forma que evite una eventual inducción sobre los cables y materiales ubicados en las inmediaciones.

En todos los casos, la interconexión se debe realizar por un dispositivo que permita su desconexión para controles posteriores de su resistividad.

TIPOS DE RAYOS:

Los rayos se pueden clasificar de acuerdo a su inicio y destino en:

Nube a cielo o "duendes", que son descargas hacia la atmósfera, más arriba de las nubes.
Nube a Tierra, los más típicos y espectaculares (y peligrosos, por supuesto)
Intranubes, es decir dentro de una misma nube. Aparecen como relámpagos con algunos truenos.
Internubes, de una nube a otra, con grandes truenos.


Los rayos
Creative Commons License
Licencia de Creative Commons.
Directorio de Webs de Técnicos electrónicos
eXTReMe Tracker