TRABAJO PARARRAYOS-FUNDAMENTOS DE LA ING. ELECTRICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

2015

HUANCAYO – PERÚ 2015

En homenaje póstumo a nuestros padres y a todas las personas que hicieron posible la elaboración del presente trabajo.

“Una búsqueda comienza siempre con la suerte del principiante y termina con la prueba del conquistador”.

FUNDAMENTOS DE LA INGENIERÍA ELÉCTRICA

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TABLA DE CONTENIDOS

INTRODUCCIÓN

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CAPÍTULO 1: LOS RAYOS

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1.1 DEEFINICIÓN

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1.2 FORMACIÓN DEL RAYO

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1.3 GUÍAS ESCALONADAS Y DESCARGAS DE RETORNO

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1.4 ¿EN DÓNDE NO CAEN LOS RAYOS?

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1.5 TIPOS DE RAYOS MÁS CONOCIDOS

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1.6 IMPACTOS DEL RAYO

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1.7 LUGARES O ACTIVIDADES DE RIESGO Y CÓMO MANTENERSE SEGURO

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1.8 COSAS QUE QUIZÁS NO SABÍAS SOBRE LOS RAYOS

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CAPÍTULO 2: LOS PARARRAYOS

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2.1 DEFINICIÓN

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2.2 HISTORIA

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2.3 EFECTO PUNTA

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2.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

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2.5 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA DE PARARRAYOS

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2.6 DONDE SE REQUIERE UTILIZAR UN SISTEMA DE PARARRAYOS

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2.7 TIPOS DE PARARRAYOS

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2.8 CRITERIOS PARA LA UBICACIÓN DE PARARRAYOS

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2.9 NORMATIVIDAD DE LOS SISTEMAS DE PARARRAYOS

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2.10 MANTENIMIENTO DE LOS SITEMAS DE PARARRAYOS

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CAPÍTULO 3: TESIS SOBRE PARARRAYOS

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TESIS 1

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TESIS 2

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TESIS 3

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TESIS 4

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TESIS 5

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TESIS 6

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TESIS 7

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TESIS 13

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TESIS 14

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TESIS 15

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CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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REFERENCIAS

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ANEXO 1

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ANEXO 2

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ANEXO 3

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INTRODUCCIÓN

Existen fenómenos naturales que pueden matar personas, causar incendios y dañar aparatos electrónicos. De entre muchos fenómenos, las descargas atmosféricas siempre fueron un trastorno para la población. Villanos en varias tragedias, los rayos pueden traer muchos dolores de cabeza si no observamos algunas medidas de seguridad. Apagones, incendios, muertes, perjuicios. Basta una gota de lluvia y las malas noticias aparecen. Los grandes centros urbanos son las principales áreas afectadas, ya que estudios indican que la polución atmosférica y las islas de calor contribuyen a la ocurrencia de rayos. Una descripción simple puede clasificar un rayo como un corto circuito entre una nube y la tierra, un fenómeno de la naturaleza imprevisible y aleatorio que ocurre cuando la energía acumulada en una nube alcanza un valor crítico y rompe la rigidez dieléctrica del aire. Felizmente, estos eventos son estudiados desde hace mucho tiempo y las medidas de prevención están en un estado bien avanzado. La instalación de un pararrayos, técnicamente llamado Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA), es el medio más adecuado de proteger una edificación y las personas que estén en su interior En este trabajo tenemos el agrado de brindarles información acerca de los rayos, tipos y maneras de protección. Resaltamos el sistema pararrayos ya que es la herramienta principal y muy útil para protegernos de las descargas atmosféricas; damos a conocer su historia, definición, funcionamiento, partes, tipos, su normatividad e instalaciones. Esperamos que sea de utilidad para el lector.


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CAPÍTULO 1 LOS RAYOS

1.1 DEFINICIÓN Rayo proviene del latín “radĭus” que quiere decir varilla puntiaguda. Esta palabra puede tener varias acepciones o posee varios usos; uno de ellos yace en el ámbito de la meteorología que describe un rayo como aquella poderosa descarga natural de electricidad estática que golpea la atmosfera producida entre dos nubes o entre una nube y la tierra, durante una tormenta eléctrica. Esta descarga eléctrica del rayo viene acompañada por una emisión de luz que es el relámpago, debido al paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y también por el paso del trueno que se desarrolla pon una onda de choque. La electricidad que viaja a través de la atmosfera calienta y propaga vertiginosamente el aire, ocasionando el ruido característico del rayo, es decir el trueno.

Por otro lado un rayo también pueden ser las líneas de luz que se originan a partir de un cuerpo luminoso, fundamentalmente las del sol. Una de las principales acepciones que expresa la RAE para el rayo es, cada línea, mayormente rectas que salen desde el punto donde se originan una energía en particular y señalan la


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dirección en que se expanden. Además rayo funciona como adjetivo para describir a una persona o cosa que actúa con rapidez y eficacia. En promedio, un rayo mide 1500 metros y el más extenso fue registrado en Texas y alcanzó los 190 km de longitud. Un rayo puede alcanzar la velocidad de 200 000 km/h. La diferencia de potencial es mil millones de voltios con respecto al suelo. Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos. Generalmente, los rayos son producidos por partículas positivas en la tierra y negativas en nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas; este movimiento de cargas a través de la atmósfera constituyen los rayos. Esto produce un efecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partículas instantáneamente regresan causando la visión de que los rayos bajan. Un rayo puede generar una potencia instantánea de 1 gigawatt (mil millones de vatios), pudiendo ser comparable a la de una explosión nuclear.

La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.

1.2 FORMACIÓN DEL RAYO Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate. Los científicos han estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosféricas (viento, humedad y presión) hasta los efectos del viento solar y a la acumulación de partículas solares cargadas.


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Se cree que el hielo es el componente 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 estática. Hipótesis de la inducción electrostática De acuerdo con la hipótesis de la inducción electrostática, las cargas son impulsadas con procesos que aún son inciertos. La separación de las cargas parece requerir de una fuerte corriente aérea ascendente que lleve las gotas de agua hacia arriba, superenfriándolas entre los 10 y los 20 °C bajo cero. Estas colisionan con los cristales de hielo formando una combinación de agua-hielo denominada granizo. Las colisiones producen que una carga ligeramente positiva sea transferida a los cristales de hielo, y una carga ligeramente negativa hacia el granizo. Las corrientes conducen los cristales de hielo menos pesados hacia arriba, causando que en la parte posterior de la nube se acumulen cargas positivas. La gravedad causa que el granizo más pesado 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 vuelva suficiente para iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.

1.3 GUÍAS ESCALONADAS Y DESCARGAS DE RETORNO El aire es normalmente un aislante, es decir, no es un buen conductor de la electricidad. Impide que las partículas ionizadas se desplacen. (Un ión o una partícula ionizada es un átomo que ha perdido o ganado electrones y, por lo tanto, se carga eléctricamente). Se necesita una gran cantidad de presión eléctrica (voltaje) para superar esta resistencia y convertir al aire en un conductor de la electricidad.


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Cuando se alcanza este extraordinario nivel de voltaje, los iones con carga negativa crean un camino invisible hacia un área con carga positiva del campo eléctrico, por ejemplo, desde la base de una nube hacia la tierra. Se desplazan a alrededor de 725.000 km/h (450.000 mph), pero la carrera no es continua. En cambio, las partículas cargadas se mueven en ráfagas de alrededor de 50 a 130 m (de 150 a 400 pies). Este camino interrumpido se denomina guía escalonada o líder en escalones. El líder o guía escalonada (Step Leader) es el trazador que guiara la descarga del rayo a la zona donde se genere. En cada ráfaga nueva, la guía escalonada puede dirigirse en una dirección diferente, cualquiera sea la que ofrezca el camino más rápido, creando un patrón en zigzag, bifurcado o en ramificado. Cuando una guía escalonada desciende a una altitud de alrededor de 50 a 70 m (alrededor de 150 a 200 pies), los iones positivos de la tierra fluyen hacia arriba por el camino con carga negativa de la guía escalonada. Este brillante flujo de partículas ascendente se denomina descarga de retorno o trazador ascendente. Tiene un diámetro de 2,5 a 5 cm (de 1 a 2 pulgadas) aproximadamente y se desplaza a una velocidad similar a la de la luz. La fusión de las guías escalonadas y las descargas de retorno, una estabilización de las partículas cargadas, es lo que provoca los rayos. Un relámpago promedio tiene de tres a cinco impactos en sucesión muy rápida, que parecen un parpadeo para quien los observa. Cada relámpago y cada parpadeo son seguidos instantáneamente por un estruendo. Los rayos generalmente impactan luego de un intercambio de cuatro guías escalonadas (step leaders o también llamado trazador descendente) desde el cielo y cuatro descargas de retorno (return strokes) desde la tierra. Un relámpago puede tener hasta 26 descargas de retorno (el número récord registrado) pero el promedio es de tres a cinco.

Una guía escalonada proviene de la nube de tormenta y se dirige hacia la tierra en una serie de ramificaciones o escalones.

A medida que el rayo se acerca a la tierra, sus cargas negativas atraen poderosamente las cargas positivas de la tierra.


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Cuando las cargas negativas y las positivas se reúnen y se conectan, forman un canal para que las cargas negativas desciendan.

El resultado es el impacto de un rayo, con cargas positivas ascendiendo por el canal hacia la nube.

Esquematización del mecanismo de formación del rayo

1.4 ¿EN DÓNDE NO CAEN LOS RAYOS? ¿Vives en un área propensa a los rayos? Las probabilidades de que así sea son muchas, pero algunas áreas son más propensas que otras, tal como se muestra en el mapa de actividad de los rayos. Las tormentas eléctricas suceden en la mayor parte de la superficie terrestre, en especial en masas continentales y zonas costeras, pero la zona tropical es el lugar más activo. Este cálido y ancho cinturón alrededor del área media de la Tierra alberga a la región que recibe la mayor cantidad de rayos en el mundo: África central. Esta gran área ecuatorial, que abarca casi doce


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países, está marcada con las manchas negras y rojas en el medio del mapa que se ve más abajo. Allí, en el cielo, sobre los exuberantes bosques, el aire cálido es golpeado por las brisas frescas y húmedas del océano Atlántico y por el aire fresco que desciende de las cimas de las montañas. El choque de las masas de aire produce tormentas eléctricas frecuentes durante todo el año. La segunda región más activa para los rayos es en las montañas más altas de la Tierra, el Himalaya (el punto rojo oscuro en el norte de la India). Si bien el aire de las montañas altas es seco, el océano Índico hacia el sur aporta los ingredientes esenciales para las tormentas eléctricas: humedad y corrientes de aire caliente que desequilibran el aire frío de la montaña. Otras regiones propensas a los rayos son Indonesia tropical y el sudeste de Asia; Colombia y el noreste de Argentina en América del Sur y la región subtropical de la Florida en los Estados Unidos. En el hemisferio norte, los rayos son más comunes en el verano. En el hemisferio sur, la primavera y el otoño son las épocas en que se registran picos de tormentas eléctricas en la mayoría de las regiones.

Éste es un mapa de la actividad de los rayos en todo el mundo. Cada color representa una cantidad promedio de relámpagos por kilómetro cuadrado por año, y varían del negro y rojo (cantidades mayores) hasta azul y púrpura. No hay datos de las zonas grises. Debido a esta aparición frecuente y mundial de las tormentas eléctricas, sería más interesante preguntarnos: ¿En dónde no caen los rayos? La respuesta es en los polos norte y sur, incluso


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la Antártida, y en algunas partes del océano abierto (áreas blancas en el mapa). Estas regiones no tienen la combinación de humedad y aire inestable en ascenso necesaria para que se desate una tormenta eléctrica. Las temperaturas polares son frías o frescas todo el año y las temperaturas del aire en el océano son más estables que sus contrapartes continentales. 1.5 TIPOS DE RAYOS MÁS CONOCIDOS Los meteorólogos clasifican a los rayos según su trayectoria en: 1.5.1 Rayo nube a cielo o duendes Son descargas que se producen hacia la atmósfera, más arriba de las nubes. Este tipo de rayos dio lugar a la expresión en inglés " a bolt from the blue" (que significa "un acontecimiento inesperado"). 1.5.2 Rayo de nube a tierra Es el más conocido y del 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 descarga entre una nube cumulonimbus y la tierra. Comienza con un trazo inicial que se mueve desde la nube hacia abajo.

1.5.2.1 Rayo perla El Rayo perla es un tipo de rayo de nube a tierra que parece romper en una cadena de secciones cortas, brillantes, que duran más que una descarga habitual. Es relativamente raro. Se han propuesto varias teorías para explicarlo; una es que el observador ve porciones del final de canal de relámpago, y que estas partes parecen especialmente


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brillantes. Otra es que, en el rayo cordón, el ancho del canal varía; como el canal de relámpago se enfría y se desvanece, las secciones más amplias se enfrían más lentamente y permanecen aún visibles, pareciendo una cadena de perlas y raramente se elevan en el cielo esparciendo una luz a lo largo del rayo. 1.5.2.2 Rayo Staccato Rayo Staccato es un rayo de nube a tierra, con un trazo de corta duración que aparece como un único flash muy brillante y a menudo tiene ramificaciones considerables. 1.5.2.3 Rayo bifurcado Rayo bifurcado es un nombre, de uso no formal, para rayos de nube a tierra que exhiben la ramificación de su ruta. 1.5.3 Rayo de tierra a nube Se encuentra entre los rayos más raros ya que trata de un rayo ascendente entre la Tierra y una nube cumulonimbos. Este tipo de rayo se forma cuando iones cargados negativamente, se elevan desde el suelo y se encuentran con iones cargados positivamente en una nube cumulonimbos. Entonces el rayo vuelve a tierra como trazo.

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


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1.5.4.1 Rayo inter-nube Cuando ocurre entre dos nubes separadas. 1.5.4.2 Rayo intra-nube Cuando se produce entre zonas de diferente potencial eléctrico, dentro de una sola nube. El rayo intra-nube es el tipo que ocurre con más frecuencia.

1.6 IMPACTOS DEL RAYO Los impactos de rayos no son las consecuencias más mortales de una tormenta eléctrica; las inundaciones repentinas a causa de fuertes lluvias matan a más personas.


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1.6.1 Impactos térmicos: Están relacionados con la intensidad de la corriente de descarga. (Efecto Joule). El calor desprendido puede fundir los materiales metálicos que forman la estructura de un edificio y evaporar el agua rápidamente de un árbol haciéndola hervir produciendo el efecto de un estallido. Los árboles, atraen naturalmente los rayos. Cuando un rayo impacta un árbol, el daño depende del recorrido que haga. El rayo es atraído al canal que ofrezca menos resistencia, que para un árbol significa el área con más humedad, por lo general justo por debajo de la corteza. Si el rayo desciende por este camino, la descarga de retorno despega la corteza del tronco en una línea que genera una cicatriz larga en el árbol. En general, el árbol sobrevive a este tipo de rayo. Los rayos que descienden por el centro del árbol hacen que la humedad en su interior se convierta instantáneamente en gas, lo que causa la destrucción del árbol ya que éste explota.

1.6.2 Impactos eléctricos: o Sobretensiones por conducción: Cuando el rayo cae en el tendido eléctrico, la descarga se propaga como una onda a lo largo del conductor. Se trata de una corriente de muy alta tensión que es inyectada a la línea eléctrica y que casi siempre provoca el disparo de los fusibles y otros sistemas de protección de la red. Puede llegar al usuario y derivarse a tierra a través de sus equipos, produciéndoles averías o su total destrucción. o Sobretensión inducida: La radiación emitida por el impacto del rayo sobre un objeto (poste, árbol, pararrayos, etc.) próximo a líneas eléctricas o telefónicas, induce


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corrientes transitorias en éstas, transmitiéndose al interior de nuestras instalaciones provocando averías o destrucción de los equipos conectados.

1.6.3 Impactos fisiológicos: Como es sabido, el rayo tiende a caer en lugares altos que lo conduzcan hasta la tierra, lugar a donde debe ir a parar. Por norma general un objeto cubre el doble de distancia a la redonda que su altura; es decir, si un cuerpo mide 10 m, todos los rayos que caigan en un radio de 20 m caerán generalmente sobre él. En caso de sufrir la caída de un rayo, la probabilidad de muerte no es tan grande como puede parecer, ya que el 94% de los afectados sobreviven. No obstante, hay que tener presente que, si bien el impacto no resulta mortal, las secuelas pueden ser permanentes. Algunas de las consecuencias son las siguientes: o o o o o

Pérdida de la consciencia, amnesia temporal o pérdida total de la memoria. Funcionamiento irregular de órganos temporal o permanente. Quemaduras en la piel. Rotura del tímpano. Muerte de miembros u órganos.


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o Pérdida de la capacidad de sentir el frío, consecuencia que, aunque simple, resulta muy incómoda: es muy frecuente en personas con este problema contraer catarros, gripes, pulmonías e hipotermias, que pueden llevarlos a la muerte. La muerte se puede dar por: Paro cardiaco, paro respiratorio, lesiones cerebrales.

1.7 LUGARES O ACTIVIDADES DE RIESGO Y CÓMO MANTENERSE SEGURO Si puedes oír truenos, estás dentro del alcance de los rayos. Aún si no escuchas truenos, o si no ves lluvia, es posible que estés dentro del alcance. Los rayos son atraídos hacia los objetos circundantes más altos para lograr el camino más corto hacia la tierra, ya sea un árbol, un edificio o una persona. Por eso es importante que te protejas. Los edificios pueden ser las estructuras más altas alrededor, especialmente en áreas abiertas y, por lo tanto, pueden atraer los rayos durante las tormentas. Muchos edificios tienen pararrayos para protegerse contra los rayos. Un rayo en el frente de un aguacero puede viajar directamente hacia atrás por más de 100 km (alrededor de 60 millas). Según el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (National Severe Storms Laboratory), el rayo que rompió el record en los Estados Unidos se extendió 190 km (118 millas) a través de la región central de Texas. Cuando los rayos ocurren muy cerca, el cabello de tu nuca puede erizarse y puedes tener una sensación de cosquilleo en la piel. Ésa es la respuesta de tu cuerpo al desequilibrio de cargas eléctricas en el aire. Si eso sucede, ¡ten cuidado! Los expertos aconsejan que te ubiques lo más bajo que puedas sin acostarte. Debido a que los rayos viajan a través de la tierra, debes agacharte y sólo tus pies deben tocar el suelo. Esta medida de seguridad no será útil si el rayo impacta sobre ti o un objeto cercano, pero reduce las posibilidades de convertirte en un pararrayos. El consejo de seguridad más importante si estás atrapado en una tormenta eléctrica es tratar de ser el objetivo menos probable del rayo. Los seis lugares más peligrosos o las actividades más peligrosas durante una tormenta eléctrica son, en orden de riesgo, las siguientes: a) Estar de pie en un lugar abierto. Sin árboles, torres o edificios alrededor, una persona se convierte en el objetivo más alto (y el camino más corto hacia el suelo) para atraer a los rayos. Si estás al aire libre cuando se desata una tormenta eléctrica, debes dirigirte al interior de un edificio o de un auto. El marco de metal de los autos actúa como un


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pararrayos y conduce la chispa eléctrica hacia el suelo de manera segura. Mantente alejado de los árboles: éstos atraen a los rayos debido a su altura. b) Pasear en bote, pescar y nadar. El agua es un excelente conductor de la electricidad, lo que significa que los impactos se desplazan más rápido y lejos. Debes salir y mantenerte alejado del agua y secarte. c) Trabajar en equipos pesados viales o de agricultura. Estos vehículos están hechos de metal, que es un buen conductor de electricidad. El metal ofrece a los rayos un camino fácil hacia la tierra. Por lo tanto, evita los metales, lo que incluye las tuberías viejas en las casas. (Las tuberías nuevas tienden a ser de plástico y no de cobre o hierro fundido). d) Jugar al golf (y otros deportes de campo abierto). Ésta es una combinación de un lugar abierto, palos de metal y jugadores que pueden no conocer el peligro. Si estás jugando en un campo abierto, debes tomarte las tormentas eléctricas con seriedad. Sea cual sea el deporte al aire libre que estés jugando, detén el juego y encuentra un refugio ante el primer relámpago. Lo mismo ocurre con los espectadores, algunos de los cuales han muerto porque estaban sentados en bancos de metal o apoyados sobre cercas de metal. e) Hablar por teléfono. Los rayos pueden viajar a través de las líneas telefónicas en su búsqueda por llegar al suelo. Por lo tanto, cuelga el teléfono durante una tormenta eléctrica. Sin embargo, los teléfonos celulares son seguros. f) Reparar o utilizar artefactos eléctricos. Los protectores de sobretensión de las computadoras no pueden detener los rayos. Durante una tormenta eléctrica, debes apagar o, aún mejor, desenchufar todos los artefactos eléctricos.


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Todas las medidas explicadas anteriormente son especialmente importantes cuando el servicio meteorológico local emite un alerta o un aviso de tormenta eléctrica severa. De todas formas es necesario reiterarles la regla de oro más importante para mantenerse seguro: REGLA DE ORO: Ponte a cubierto en una jaula de Faraday. Si estás en el campo, este uno de los sitios más seguros en los que puedes estar: un remolque o coche. Debido a que es una Jaula de Faraday, es decir, un recipiente de metal. Si un rayo cae en el coche, las cargas van a moverse por el metal y van a llegar al suelo sin dañarte. Naturalmente, trata de no estar tocando la llave ni otros objetos metálicos por si las moscas. Por cierto, la cuestión es que, para ser una Jaula de Faraday, el metal debe formar una envoltura a tú alrededor, si no no te protege: por ejemplo, un poste de metal no es un buen lugar. Tienes que estar rodeado por metal pero sin tocarlo. Lo mismo que en el coche sucede, por ejemplo, en una casa normal: los cables, las cañerías metálicas, etc., la convierten en una jaula de Faraday bastante eficaz.

A pesar de los peligros que representan los rayos, no hay mal que por bien no venga.

1.8 COSAS QUE QUIZAS NO SABÍAS SOBRE LOS RAYOS Los rayos son un fenómeno natural que nos ha acompañado, fascinado y aterrado desde que estamos en el planeta. Aún no los podemos explicar del todo, pero sabemos -o creemos que sabemos- un poco sobre ellos.


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a) Los rayos son electricidad con una potencia de hasta 30 millones de voltios y una temperatura de hasta 30.000ºC, cinco veces más caliente que la superficie del Sol. b) Un sólo rayo contiene suficiente energía para hacer 4 mil tostadas.

c) Viajan a una velocidad de hasta 115.000.000 kilómetros por hora y caen en la Tierra más de 17 millones de veces al día, o unas 200 veces por segundo. d) Los seres humanos son alcanzados por rayos diez veces más a menudo de lo que debería ser según las leyes del azar. Y es seis veces más probable que a los hombres les caiga un rayo que a las mujeres.


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e) Los rayos no siempre caen: a veces salen del suelo y van hacia el cielo. Esos rayos son conocidos como ascendentes y aunque fueron documentados científicamente desde hace mucho, los avances en fotografía han permitido que en los últimos años se estén pudiendo estudiar mejor, aunque siguen guardando secretos.

90% de los rayos que alcanzan el edificio Empire State en Nueva York, por ejemplo, son ascendentes. f) Realmente, no entendemos del todo el fenómeno de los rayos. En la República Democrática de Congo en 1998, cayó un rayo en una cancha de fútbol durante un partido y mató a todos los integrantes del equipo visitante. Todos los jugadores del equipo local sobrevivieron. g) Hasta finales del siglo XVII, en Europa se creía que el repique de las campanas dispersaba los rayos. Por ello muchas campanas de iglesia llevaban la inscripción fulgura frango o "rompo rayos".


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Cuando venía una tormenta, los campanólogos se dirigían hacia el campanario más cercano, que solía estar en el lugar más alto del pueblo. Hoy en día, se considera que era el peor sitio donde se podría estar. Y lo era: sólo en Francia, entre 1753 y 1786 (cuando la costumbre fue prohibida) 103 campanólogos murieron pues les cayó un rayo. h) Cuando Martín Lutero estaba estudiando derecho en la Universidad de Erfurt, en Alemania, le cayó un rayo. Convencido de que era una señal de Dios, juró volverse en monje. Dos semanas más tarde lo hizo y pasó a la historia por inspirar el luteranismo. i) Mucha gente no sabe que aun estando a 16 kilómetros del centro de una tormenta y con cielos despejados encima de ella, aún puede caerle un rayo. j)

Los rayos no sólo aparecen en las tormentas. Han sido vistos en erupciones volcánicas, en intensos incendios forestales, en detonaciones nucleares y en tormentas de nieve.

k) Roy Cleveland Sullivan fue alcanzado hasta por 7 rayos entre 1942 y 1977 logrando así entrar en Guinness World Records como el “Pararrayos Humano”.


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CAPÍTULO 2 LOS PARARRAYOS

2.1 DEFINICIÓN Sistema de Protección de Descargas Atmosféricas o simplemente pararrayos es un instrumento o dispositivo cuyo objetivo es atraer y canalizar al rayo junto con su enorme carga eléctrica hacia la tierra o agua a través de conductores y que se coloca sobre edificios, líneas de transmisión, buques para preservarlos de los efectos del rayo. Fue inventado en 1752 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor. La mayoría de los pararrayos están fundados en el efecto de las puntas, o tendencia de las cargas a escapar por las regiones de máxima curvatura; en este efecto se basó el pararrayos de Benjamín Franklin. El campo eléctrico en el extremo del pararrayos es lo suficientemente intenso para ionizar el aire y estas cargas, opuestas a las de la nube. Están compuestos por una barra de hierro coronada por una punta colocada en la parte más alta del edificio al que protegen. La barra está unida, mediante un cable conductor, a tierra (la toma de tierra es la prolongación del conductor que se ramifica en el suelo, o placas conductoras también enterradas, o bien un tubo sumergido en el agua de un pozo). En principio, el radio de la zona de protección de un pararrayos es igual a su altura desde el suelo, y evita los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos, como edificios, árboles o personas. Es de vital importancia que el pararrayos esté en un lugar bien alto, por encima de cualquier otra estructura que pueda haber en la zona. Los rayos se rigen por los mismos principios de la electricidad. Estos nos dicen que la electricidad siempre buscará moverse por la zona que más fácil le resulte. Y en el caso de los rayos lo más seguro es que caiga en el punto más alto, que es también el punto más cercano al que se originó el rayo, arriba en la nube.


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2.2 HISTORIA En 1752 Franklin publicó en Londres, en su famoso almanaque (Poor Richard’s Almanack), un artículo donde propuso la idea de utilizar varillas de acero en punta, sobre los tejados, para protegerse de la caída de los rayos. Su teoría se ensayó en Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752. Ese año Benjamín Franklin hizo volar una cometa durante una tormenta. Con ello quería demostrar la naturaleza eléctrica de los rayos y lo consiguió. A lo largo de más de una década había estado trabajando en experimentos relacionados con la electricidad, un tema por aquel entonces desconocido y que se atribuía (erróneamente) a poderes divinos. Ese día amaneció tormentoso en Filadelfia, por lo que el científico pensó que era el día ideal para llevar a cabo su experimento y así poder demostrar que sus conjeturas, que aseguraban que los rayos iban repletos de carga eléctrica, eran las correctas. Para tal fin, Franklin construyó una cometa, cuya estructura estaba realizada con varillas metálicas, y sujeta por un largo hilo de seda. En el otro extremo ató una llave de metal. Echó a volar la cometa y pudo comprobar cómo en poco rato ésta atraía un rayo que impactaba contra la estructura metálica y cuya descarga eléctrica bajaba hasta la llave.

Lo más afortunado de este experimento, según el propio Franklin, fue que él sobrevivió a la prueba ya que otros que lo intentaron posteriormente resultaron muertos. Franklin completó en seguida esta investigación teórica con una aplicación práctica. Ideó el "pararrayos", que fue simplemente una barra de hierro situada sobre el punto más alto de una edificación y conectada


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con alambre a tierra. Su puntiagudo extremo canalizaba las cargas eléctricas de las nubes, según demostró experimentalmente Franklin, y cuando golpeaba el rayo, la carga se deslizaba hasta el suelo sin causar daño. Los estragos ocasionados por el rayo disminuyeron drásticamente cuando esas barras se alzaron sobre los edificios de Europa y América. El experimento de Franklin tuvo dos efectos electrizantes. En primer lugar, el mundo se interesó súbitamente por la electricidad. Por otra parte, las colonias americanas empezaron a contar en el aspecto cultural. Por primera vez, un americano evidenció la suficiente capacidad científica como para impresionar a los cultos europeos del enciclopedismo. Veinticinco años después, cuando, en busca de ayuda, Franklin representó a los incipientes Estados Unidos en Versalles, se ganó el respeto de todos no sólo como enviado de una nueva República, sino también como el sabio que había domado el rayo, haciéndole descender humildemente a la tierra. A partir de entonces nacieron los pararrayos que, contrariamente a lo que indica su nombre, se diseñaron para excitar y atraer la descarga y luego conducirla a tierra, lugar donde no ocasiona daños. La confianza de protección era tan grande en la sociedad que, inconscientemente, no contemplaban sus riesgos, e incluso llegaron a diseñarse estéticos paraguas con pararrayos incorporado.

En 1753, el ruso Georg Wilhelm Richmann siguió las investigaciones de Franklin para verificar el efecto de protección, pero en su investigación un impacto de rayo lo fulminó cuando éste fue excitado y atraído por el pararrayos, y recibió una descarga eléctrica mortal cuando manipulaba parte de la instalación del pararrayos.


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En 1919 Nikola Tesla definió correctamente el principio de funcionamiento del pararrayos, y rebatió las teorías y la técnica de Benjamín Franklin y su patente. Desde entonces, la industria del pararrayos ha evolucionado y se fabrican modelos de distinto diseño, como pararrayos de punta simple, pararrayos con multipuntas o pararrayos con punta electrónica, pero todos con el mismo principio físico de funcionamiento: ionizar el aire a partir de un campo eléctrico natural generado en el suelo por la tormenta, con el principio de excitar y captar los rayos que pudieran caer en la zona que se desea proteger.

2.3 EFECTO PUNTA Las cargas alrededor de un conductor no se distribuyen uniformemente, sino que se acumulan más en las partes afiladas. De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta sometido a un intenso campo electrostático (como el generado por una nube de tormenta), la acumulación de cargas en la punta es también muy elevada. Esta propiedad fue aprovechada por Benjamín Franklin para diseñar su pararrayos a mediados del siglo XVIII.

2.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 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.


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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 positivamente al igual que la tierra bajo la nube. Debido a la forma y características del pararrayos (efecto punta), la densidad de carga en la punta del pararrayos 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: a) 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. b) por otra, conducen al rayo a tierra ofreciéndole un camino de menor resistencia. Este camino lo forman el pararrayos, el conductor de descarga y las tomas de tierra. Un fenómeno que debemos tener en cuenta es el de "disipación natural", que es producida por los árboles, 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.


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2.5 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA DE PARARRAYOS Un sistema de protección está integrado por las siguientes partes: o Los dispositivos terminales para la intercepción de las descargas y los conductores de interconexión entre ellos. o Los conductores de bajada que conectan los dispositivos terminales con la puesta a tierra. o Puesta a tierra que son conexiones primordiales para los sistemas de protección contra el rayo.


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2.5.1 LOS DISPOSITIVOS TERMINALES Los dispositivos terminales para la intercepción de las descargas (Strike termination devices), son los componentes del sistema destinados a interceptar las descargas a los efectos de permitir su conducción a tierra a través de conductores apropiados. Los dispositivos terminales incluyen: terminales aéreos, mástiles metálicos, cables aéreos tendidos entre mástiles de soporte, partes metálicas estructurales del edificio, y dispositivos terminales especiales. De las partes que constituyen un sistema de protección contra descargas eléctricas de origen atmosférico, el que más controversias provoca es el dispositivo terminal para la intercepción de descargas, principalmente debido a que muchos fabricantes ofrecen diseños especiales a los cuales les atribuyen propiedades que acrecientan la protección que puede brindar un simple pararrayos Franklin.


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Veremos a continuación los distintos tipos de terminales para interceptar las descargas eléctricas de origen atmosférico. Terminales aéreos Un terminal aéreo es una punta metálica fabricada con un caño o una varilla maciza. La Norma NFPA 780 especifica la utilización de terminales aéreos distribuidos en los techos de los edificios, en cantidad y ubicación que la norma indica. En general un terminal aéreo es una punta, normalmente de baja altura, que sobresale no menos de 25 cm (10 pulgadas) por encima del área u objeto a proteger. Estos terminales aéreos pueden ser pasivos o activos dependiendo de si carecen o no de algún sistema capaz de crear el canal conductor o camino trazador previo, que atraiga el rayo. Mástiles Un mástil metálico terminado en punta, es un dispositivo terminal cuya altura se determina a los efectos de crear una zona de seguridad de extensión suficiente para lograr una protección adecuada de la estructura. Tanto los terminales aéreos como los mástiles terminados en punta son dispositivos similares al pararrayos propuesto por Franklin Cables aéreos tendidos entre mástiles Un cable aéreo tendido entre mástiles, es un dispositivo terminal que en lugar de un punto, ofrece una línea para la intercepción de las descargas atmosféricas, y crea una zona de protección más extensa que la de una punta simple. Este dispositivo es extensamente usado por las empresas que suministran energía eléctrica, en sus estaciones y subestaciones de transformación exteriores y líneas de trasmisión. También son utilizados para proteger estructuras que contienen inflamables o explosivos. Partes metálicas estructurales del edificio Las partes metálicas estructurales de un edificio pueden actuar perfectamente como dispositivos de intercepción de las descargas eléctricas de origen atmosférico siempre que cumplan algunas condiciones que son especificados por las normas, entre las cuales las más importantes son la continuidad eléctrica y espesores suficientes. Dispositivos terminales especiales


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Dentro de esta denominación están comprendidos una gran cantidad de dispositivos, a los cuales sus respectivos fabricantes atribuyen propiedades especiales. Las controversias son numerosas y en general la agresividad de los departamentos de ventas hacen caso omiso de la fundamentación científica de sus productos, cuyas propiedades son mucho más una expresión de deseos que una realidad confirmada.

2.5.2 CONDUCTORES DE BAJADA Los conductores de bajada tienen por finalidad conducir a tierra las descargas eléctricas atmosféricas captadas por los dispositivos terminales. Son de elementos metálicos (principalmente cobre) que permiten el paso de la corriente eléctrica. El comportamiento de dichos conductores tiene características muy diferentes al de los conductores comúnmente empleados en las instalaciones interiores de distribución de energía eléctrica. La diferencia se


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debe a que en la distribución de energía eléctrica se opera a frecuencia industrial, vale decir en forma estacionaria a 50 o 60 Hz según los países, mientras que en el caso de las descargas atmosféricas los fenómenos eléctricos ocurren con elevadísimas corrientes transitorias, que se desarrollan en tiempos muy breves. La corriente que produce una descarga eléctrica atmosférica tiene un rápido crecimiento alcanzando su pico en unos 2 microsegundos, decreciendo después a una velocidad más lenta. La polaridad de la descarga se mantiene durante todo el pulso pues no hay una inversión en el sentido de la corriente. La mayoría de la energía es debida a una importante componente continua, pero también existen importantes componentes de radiofrecuencia. Dichas componentes producen importantes efectos de autoinducción e inducción mutua y de efecto pelicular. En tales condiciones los conductores se comportan de manera muy diferente. En efecto, a frecuencia industrial un conductor de corta extensión de una instalación interior, se comporta como una simple resistencia óhmica, mientras que en el caso de una descarga atmosférica, debido a las características eléctricas de esta, tienen mucha importancia los fenómenos de autoinducción, inducción mutua y el efecto pelicular, que afectan al comportamiento del conductor de bajada de la descarga. El circuito equivalente de un conductor de bajada en su configuración más sencilla, puede considerarse como la serie de una resistencia y una inductancia. Por ello es tan importante que las bajadas sean lo más directas posibles, con el mínimo de curvas pues estas contribuyen a aumentar la longitud, y si son inevitables su radio de curvatura debe ser el mayor posible, y en ningún caso menor que 20 cm. Cuando tenemos dos conductores de bajada próximos, durante una descarga, sus diferentes impedancias pueden crear lateralmente diferencias de potencial que provocan las denominadas descargas laterales con el consiguiente peligro de incendio. Por ello deben interconectarse en tramos cuya longitud no sea excesiva Siempre deben existir por lo menos dos caminos de descarga a tierra, y si la estructura tiene grandes dimensiones serán necesarias más. Cuando se produce una descarga, la corriente drena hacia tierra


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distribuyéndose entre los conductores de bajada, y en esas condiciones se producen fenómenos de inducción mutua entre las bajadas. Dicha inducción mutua aumenta la impedancia que las bajadas presentan a la corriente de descarga por lo cual, los conductores de bajada deben estar lo más alejados posible entre sí. 2.5.3 PUESTA A TIERRA Cada conductor de bajada debe terminar en un terminal de tierra o electrodo de tierra, dedicado al sistema de protección contra descargas atmosféricas. La puesta a tierra comprende todo un conjunto de elementos metálicos; de sección adecuada, unidos a un electrodo o grupo de ellos, con objeto de eliminar diferencias de potenciales peligrosas. Debido al carácter de impulso de la corriente del rayo y para asegurar el camino más fácil posible a tierra es importante ocuparse de la forma y dimensiones de la toma de tierra, así como el valor de su resistencia. A fin de facilitar la dispersión de la corriente del rayo en tierra en un espacio de tiempo muy corto, se deberá asegurar una mínima superficie de contacto del electrodo de tierra en el terreno. Finalidad de las Puestas a Tierra:  Dar seguridad a las personas.  Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general al facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.  Establecer la permanencia de un potencial de referencia al estabilizar la tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación.  Mejorar la calidad del servicio eléctrico, disipar la corriente asociada a descargas atmosféricas y limitarlas sobre tensiones generadas.


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 Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de los límites de seguridad, de modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos. Las tomas de tierras cumplirán los criterios siguientes:  Se realizará una toma de tierra por cada conductor de bajada.  La resistencia será inferior y lo más próxima posible a 8 Ω. Se debe medir este valor sobre la tierra aislada de todo otro elemento de naturaleza conductora.  El valor de impedancia de onda o inductancia será lo más baja posible, para minimizar la fuerza contraelectromotriz que se añade al potencial óhmico en el momento de la descarga del rayo. Es conveniente por ello evitar las tomas de tierra constituidas por un único elemento de gran longitud, horizontal o vertical. Las tomas de tierra se realizarán y dispondrán conforme a las indicaciones anteriores, siguiendo la norma UNE 21.186, «Protección de estructuras, edificaciones y zonas abiertas mediante Pararrayos con dispositivo de cebado».

2.6 DONDE SE REQUIERE UTILIZAR UN SISTEMA DE PARARRAYOS  Edificios o zonas abiertas con concurrencia de público.  Edificaciones de gran altura y en general, construcciones elevadas (pilares, depósitos de agua, faros, antenas, torres…).  Construcciones y depósitos en los que se manipulen y/o contengan materiales peligrosos (explosivos, inflamables, tóxicos…).  Edificio que contengan equipos o documentos especiales vulnerables o valiosos (Instalaciones de Telecomunicaciones, ordenadores, archivos, muses, monumentos históricos, patrimonios culturales…) y en general estructuras utilizadas para fines comerciales, industriales, agrícolas, administrativos o residenciales.

2.7 TIPOS DE PARARRAYOS 2.7.1 PASIVOS Concentran la ionización y excitación constante del rayo en la punta, estos descargan en el terreno donde están instalados únicamente por efecto de puntas por lo que materialmente "esperan" el rayo para disiparlo a tierra, por lo que tienen mayor probabilidad de impacto por rayo.


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2.7.1.1 Pararrayos tipo Franklin Es el típico pararrayos formado por una varilla metálica acabada en una o varias puntas. Se basa en la teoría del “efecto punta”, es decir, que las cargas se acumulan en las partes puntiagudas de un conductor y los campos eléctricos son más intensos allí. Por lo tanto, las descargas eléctricas se dirigen a la punta del pararrayos, el punto más alto. La zona protegida por un pararrayos clásico de Franklin tiene forma cónica.

En este tipo de pararrayos, el efecto de compensación de potencial es muy reducido, por lo que en zonas con alto riesgo suelen usarse otro tipo de pararrayos. Campo de protección Está determinado por un cono, teniendo como vértice el punto más alto del pararrayos y cuya generatriz forma un ángulo de 60° con relación al vértice. Correctamente instalado, un sistema de pararrayos puede ofrecer un ángulo de protección de aproximadamente de 45 a 60 grados. Estadísticamente se ha comprobado que su campo de protección se debe calcular aproximadamente con un radio igual a su altura. (A=R)


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2.7.1.2 Pararrayos tipo Jaula Faraday El sistema consiste en la recepción del rayo a través de un conjunto de puntas captadoras unidas entre sí por cable conductor, formando una malla, y derivarla a tierra mediante una red de conductores. La zona protegida es el volumen cubierto por la malla. Este sistema presenta problemas de ejecución y de estética en algunos edificios, siendo muy escasa su utilización.

2.7.2 ACTIVOS Generan la ionización y excitación por impulsos de alta tensión superiores a 10 KV en la punta, este fenómeno se representa a partir de un valor del campo eléctrico- atmosférico natural. El objetivo de este proceso es intentar excitar y captar la descarga del rayo, conducir todo su potencial de alta tensión a tierra por un conductor activo instalado, con el resultado de la sobre tensión e inducción generada. El resultado es una corriente de defecto alta tensión que circula por un conductor desnudo, superando la energía de descarga del rayo. Tratan de facilitar el camino del rayo positivo, dirigiéndolo o provocando un camino de baja resistencia, actúa con el gradiente electrostático de la atmósfera, descargando el lugar donde se encuentran instalados, evitando que ocurra el rayo en ese sitio, convirtiéndose en preventivos, además el encuentro entre el rayo positivo y negativo se realiza más alto, alejando con ello el punto de mayor temperatura de la descarga atmosférica. Este fenómeno puede crear en momentos críticos durante la descarga, corrientes de contacto con intensidades de defecto superiores a las permitidas consideradas como muy graves que pueden afectar a la seguridad de las personas.


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2.7.2.1 Pararrayos 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 la generación del canal del rayo hasta tierra, obteniendo un área protegida de forma esférico-cilíndrica. Los radio isótopos más comunes que se emplean en los captores de estos pararrayos radioactivos son el Radio 226, el Americio 241, etc. Este sistema fue ampliamente utilizado hasta su prohibición, debido al peligro de las emisiones radiactivas que se podrían producir en caso de rotura de la envoltura del material radiactivo y la dispersión del mismo al exterior con el consiguiente riesgo de contaminación.

Campo de protección Su campo de protección es mucho mayor que el de un pararrayos tipo Franklin y existe una buena diferencia de costos entre el pararrayo Franklin y uno radioactivo, pues este último ofrece mayores ventajas.


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2.7.2.2 Pararrayos Piezoeléctrico Se basa en la capacidad de los materiales 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 que este sistema sea efectivo es necesario que exista viento que haga oscilar el vástago que sirve de soporte al pararrayos. Por este motivo pueden existir períodos de inactividad de la acción protectora, razón por la cual no son frecuentes ni eficaces su instalación. Actualmente ha quedado fuera de servicio. 2.7.2.3 Pararrayos con Corona Solar Es otro tipo de pararrayos que evita la acumulación de cargas eléctricas en el lugar donde está instalado, esto lo logra porque al igual que el radiactivo, tiene también un anillo equipotencial o acelerador atmosférico alrededor de su núcleo, pero este no contiene material radiactivo, solo suma el efecto del anillo equipotencial al efecto de puntas que tiene todo pararrayos. Para la alimentación del condensador dispone de un panel solar y un acumulador de energía con una autonomía de 20 días en ausencia total del sol. 2.7.2.4 Pararrayos con Dispositivo de Cebado Un pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrónico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando así el área de cobertura y facilitando la protección de grandes áreas, simplificando y reduciendo costos de instalación. Los pararrayos tipo PDC son el sistema de protección exterior más eficaz, ya que puede garantizar un radio de protección variable en función de su avance de cebado, medido en microsegundos. Normalmente los fabricantes, en función del avance de cebado de cada uno de sus modelos, indican en forma de tabla el radio de cobertura, siempre según la norma UNE 21186. Están formados por electrodos de acero o de materiales similares acabados en una punta. Incorporan un sistema electrónico que genera un avance teórico del trazador; otros incorporan un sistema piezoeléctrico que genera un efecto similar. Los dos sistemas se caracterizan por anticiparse en el tiempo en la captura del rayo, una vez que se produce


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la carga del dispositivo electrónico de excitación (cebador). Las medidas de los cabezales varían en función del modelo de cada fabricante. No incorporan ninguna fuente radioactiva. Cabe destacar que en España se llaman “PDC”, en Francia “PDA” y en USA “ESE”, pero son los mismos técnicamente. Principio de funcionamiento: Sigue siendo el mismo que los pararrayos tipo Franklin, la diferencia tecnológica de estos equipos está en el sistema electrónico, que aprovecha la influencia eléctrica del aumento de potencial entre la nube y la tierra para autoalimentar el cebador. Son componentes electrónicos que están alojados normalmente en el interior de un envase metálico y colocado en la parte más cercana de la punta del pararrayos y sirve para excitar la avalancha de electrones (ionización). La excitación del rayo se efectúa ionizando el aire por impulsos repetitivos. Según aumente gradualmente la diferencia de potencial entre el pararrayos y la nube, aparece la ionización natural o efecto corona. Son mini descargas que salen de la punta con más intensidad para ionizar el aire más lejos; este fenómeno es el principio de excitación para trazar un camino conductor intermitente que facilitará la descarga del fenómeno rayo. El dispositivo electrónico de cebado del PDC está conectado en serie entre el cabezal aéreo y la punta. Sólo funciona con rayos negativos. El dispositivo de cebado está formado por pequeños componentes electrónicos sensibles a los campos electromagnéticos, compuesto de: diodos, bobinas, resistencias y condensadores aislados entre sí por una resina. Algunos fabricantes de PDC aconsejan en sus catálogos la revisión del dispositivo electrónico de cebado cada vez que recibe un impacto o descarga del rayo en el pararrayos para garantizar la eficacia del PDC. El objetivo de estos pararrayos es excitar la descarga y capturar el impacto del rayo negativo a tierra (NO LOS POSITIVOS), para conducir su potencial de alta tensión a la toma de tierra eléctrica.

2.8 CRITERIOS PARA LA UBICACIÓN DE PARARRAYOS Básicamente existen dos métodos para realizar los diseños y definir la ubicación y cantidad de los pararrayos, se trata del método del cono de protección y de la esfera rodante. 2.8.1 Método del cono Este método consiste en definir un cono alrededor del pararrayo, asumiendo que las estructuras y superficies que estén dentro de ese cono quedaran protegidas.


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La NFPA 780, indica dos tipos de ángulos, para estructuras menores a 7,6 m debe ser de 63 grados (relación 1 a 2), en estructuras de hasta 15 m se puede usar una apertura de 45° (relación 1 a 1). En la figura de abajo podemos ver una zona de protección con ángulo de 45°.

Consideraciones de diseño: o Este método es una aproximación teórica y el rayo no necesariamente puede comportarse como lo predice. o Este concepto de protección NO implica seguridad para las personas ya que los voltajes de toque y paso pueden afectar a las mismas. o El ángulo de protección está en función de la altura de la estructura.

La vista en 3D nos muestra la formación del cono


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2.8.2 Método de la esfera rodante Deriva del llamado modelo electrogeométrico (EGM), el cual predice que considerando una esfera imaginaria de un determinado radio, el rayo tendrá una mayor probabilidad de tocar las superficies u objetos que se encuentren dentro de la esfera o “toquen” su superficie. Quedando protegida el área o volumen fuera de la misma. Las primeras referencias de este método vienen del trabajo de Ralph H. Lee in 1977.

Consideraciones de diseño: o Este método es una aproximación teórica y el rayo no necesariamente puede comportarse como lo predice. o Este concepto de protección NO implica seguridad para las personas ya que los voltajes de toque y paso pueden afectar a las mismas. o El radio de la esfera varía según códigos o normas usadas.


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2.9 NORMATIVIDAD DE LOS SISTEMAS DE PARARRAYOS El objetivo de las normas actuales de protección del sistema de pararrayos es salvaguardar la vida de las personas e instalaciones. Se remarca que en mayor o menor grado, debe aclararse que no existe una protección absoluta contra el rayo, sino únicamente una protección adecuada. o IEC 62305: Norma internacional o NFC-17102 - UNE 21186: Norma internacional 2.9.1 NORMA INTERNACIONAL: IEC 62305  IEC 62305-1 Protección contra el rayo - Parte 1: Principios generales No existen dispositivos o métodos capaces de modificar los fenómenos atmosféricos naturales hasta el punto de impedir las descargas de rayos. Los impactos de rayo sobre las estructuras o en sus proximidades (o sobre los servicios conectados a ellas) son peligrosos para las personas, las propias estructuras, su contenido, las instalaciones y los servicios. Esta es la razón por la que son esenciales las medidas de protección contra el rayo. La necesidad de protección, los beneficios económicos de la instalación de medidas de protección apropiadas y su elección deberían determinarse en términos de evaluación del riesgo. La evaluación de riesgos es el objeto de la norma IEC 62305-2.  IEC 62305-2 Protección contra el rayo - Parte 2: Evaluación del riesgo Las descargas atmosféricas a tierra pueden ser peligrosas para las estructuras y para los servicios. El peligro en las estructuras puede dar lugar a:   

daños en la estructura y su contenido; fallos en los sistemas eléctricos y electrónicos asociados; daños a los seres vivos situados en las estructuras o próximos a ellas.

Los efectos de los daños y de los fallos pueden extenderse a los alrededores de las estructuras o implicar al medioambiente. Los daños en los servicios pueden dar lugar a:  

daños en los propios servicios; fallos en los equipos eléctricos y electrónicos asociados.

Para reducir las pérdidas por los rayos pueden necesitarse medidas de protección.


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 IEC 62305-3 Protección contra el rayo - Parte 3: Daño físico a estructuras y riesgo humano Trata de la protección en el interior y en los alrededores de las estructuras contra los daños físicos y contra los riesgos para los seres vivos debidos a tensiones de contacto y de paso. Se considera que la principal y más efectiva medida de protección de las estructuras contra los daños físicos, es el Sistema de Protección contra Rayos (SPCR), formado, normalmente, por un sistema externo y otro interno. Las principales medidas de protección contra los daños a los seres vivos por tensiones de contacto y de paso están destinadas a: a) reducir la corriente que circula a través de los cuerpos, bien aislando las partes externas conductoras y/o aumentando la resistividad de la superficie del suelo; b) reducir la posibilidad de que se produzcan tensiones de contacto y de paso mediante el empleo de restricciones de acceso y/o de carteles de advertencia.  IEC 62305 4 Sistema de puesta a tierra - Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras El rayo como fuente de daño es un fenómeno de muy alta energía. Las descargas liberan muchos cientos de mega-julios de energía. Cuando se compara con los mili-julios de energía que pueden ser suficientes para producir daños en los equipos electrónicos sensibles y en los sistemas eléctricos y electrónicos que se encuentran en las estructuras, está claro que serán necesarias medidas adicionales de protección para proteger estos equipos. Como consecuencia del aumento de los costos de los fallos de los sistemas eléctricos y electrónicos, producidos por los efectos electromagnéticos de los rayos, ha surgido la necesidad de esta norma internacional. De especial importancia son los equipos electrónicos empleados en los procesos y almacenamientos de datos, así como en los procesos de control y de seguridad en las plantas de gran valor, tamaño y complejidad (para las que las paradas no son deseables por razones de costo y de seguridad). La Norma IEC 62305-3 trata de las medidas de protección para reducir el riesgo de los daños físicos y del peligro para la vida, pero no cubre la protección de los sistemas eléctricos y electrónicos. Esta Parte 4 de la Norma IEC 62305, por lo tanto, proporciona información sobre las medidas de protección para reducir el riesgo de fallos permanentes de los sistemas eléctricos y electrónicos en las estructuras. 2.9.2 NORMA INTERNACIONAL: UNE 21186


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La norma española UNE 21186 «Protección de estructuras y edificaciones y zonas abiertas mediante pararrayos con dispositivos de cebado». Esta norma trata la protección, mediante pararrayos con dispositivo de cebado, contra los impactos directos del rayo en estructuras corrientes (edificaciones de altura inferior a 60 m) y zonas abiertas (áreas de almacenamiento, áreas de ocio, etc.) Asimismo contempla la protección contra los efectos del paso de la corriente del rayo por el sistema de protección. Esta norma regula el diseño, realización, revisión y mantenimiento de instalaciones realizadas con pararrayos con dispositivos de cebado. El objeto de estas instalaciones es proteger con la mayor eficacia posible a las personas y bienes materiales. Además esta norma recomienda realizar verificaciones periódicas en aquellas instalaciones que tengan un pararrayos con dispositivo de cebado, cuya periodicidad viene dada por el nivel de protección de la instalación acorde a la siguiente tabla:

Nivel I Nivel II Nivel III

Periodicidad normal 2 años 3años 3años

Periodicidad especial 1 año 2 años 2 años

“…Las frecuencias de las inspecciones indicadas en la tabla deberían aplicarse cuando no hay requisitos específicos de las autoridades competentes. 2.9.3 NORMA INTERNACIONAL: NFC 17102 No es más que la misma norma UNE 21186, con la diferencia de que esta elaborado en Francia. Algunas normativas dejan abierta la posibilidad de aplicar otros sistemas de protección, donde la necesidad de soluciones para la protección del rayo sea particularmente más exigente. Cabe recordar, que las actuales normativas están reguladas por grupos de trabajo, donde participan activamente los fabricantes de pararrayos, para adaptar las propias normas a sus exigencias de producto y poder así controlar su propio mercado. Existe una gran necesidad de revisar las normativas a nivel mundial, en ellas no se tendría que favorecer a los fabricantes, sino que se tendría que dar prioridad a la protección de las personas e instalaciones.

2.10 MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE PARARRAYOS Está demostrado que con el tiempo, las descarga de rayos sobre un pararrayos tienden a cristalizar la tierra donde está enterrada la/s pica/s (jabalina/s). Esto trae a consecuencia la


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desintegración paulatina de las picas y la pérdida de conductividad de la tierra, superando la resistencia de 10 ohmios. La inspección visual de la bajante en todo su recorrido es fundamental para asegurarnos que está en condiciones, viendo que todos los soportes están fijados. Y por último un vistazo a la punta y el cabezal captador. Si se deja de lado el mantenimiento, el rayo cuenta con una alta probabilidad de caer en otro sitio como en líneas eléctricas, árboles, e instalaciones industriales con la seguridad de daños. Contando con pararrayos, sería negligente dar por seguro una protección total. No sabemos cómo va a caer un rayo, pero si contamos con un alto porcentaje de certeza que atrayéndolos con una buena instalación para su descarga a tierra, protegeremos nuestras instalaciones. El mantenimiento está enfocado en la limpieza del captor del pararrayos, el cambio de los componentes de fijación, el ajuste de conectores, la protección con grasa para contactos, la revisión del recorrido del cable de bajada hasta el pozo a tierra, la inspección periódica de pozo a tierra y la revisión y ajuste de los vientos de la torre del pararrayos.


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CAPÍTULO 3 TESIS SOBRE PARARRAYOS

TESIS 1: REDISEÑO DE LA PROTECCIÓN CONTRA SOBRECOTENSIONES ATMOSFERICAS EN SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE “LA MINERA EL BROCAL”. TESIS 2: “REDISEÑO DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS E INSTALACIONES DE PARARRAYOS EN LA UNIDAD MINERA AZULCOCHAMINING S.A.” TESIS 3: PROTECCIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE 69KV CONTRA DESCARGAS ELECTROATMOSFÉRICAS UTILIZANDO PARARRAYOS POLYMEROS DE LÍNEA Y EVALUACIÓN TÉCNCO-ECONÓMICA. TESIS 4: OPTIMIZACIÓN DEL USO DE PARARRAYOS Y CABLES DE GUARDA EN LÍNEAS AÉREAS DE DISTRIBUCIÓN DE 13,8 KV. TESIS 5: USO DE LOS PARARRAYOS CON CUERNO DE ARQUEO EN CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN EN EL DEPARTAMENTO DE ESCUINTLA PARA MEJORAR LA CONTINUIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO. TESIS 6: PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS, EDIFICACIONES Y ZONAS ABIERTAS MEDIANTE PARARRAYOS CON DISPOSITIVO CERRADO. TESIS 7: INTRODUCCIÓN Y APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN ELECTRO ATMOSFÉRICO TIPO PARARRAYO IONIZANTE FRANKLIN FRANCE, COMO EL INSTRUMENTO UTILIZADO PARA DOMINAR LAS PÉRDIDAS HUMANAS Y MONETARIAS OCASIONADAS POR EL RAYO EN LA INDUSTRIA.


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TESIS 8: DISEÑO DE LA PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS EN UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS INFLAMABLES. TESIS 9: PROTECCIONES CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS TEORÍA Y NORMATIVA. TESIS 10: ESTUDIO DE LOS SOBREVOLTAJES EN REDES DE DISTRIBUCIÓN. TESIS 11: CRITERIOS PARA SELECCIÓN, DISENO, MONTAJE Y COMPARACIÓN DE COSTOS EN PARARRAYOS PARA EDIFICACIONES APLICADOS EN GUATEMALA. TESIS 12: “INGENIERIA APLICADA PARA LA SELECCIÓN DE PARARRAYOS Y SISTEMAS DE TIERRA”. TESIS 13: PRUEBAS PREDICTIVAS A PARARRAYOS DE ÓXIDO METÁLICO PARA ALTA TENSIÓN TIPO SUBESTACIÓN. TESIS 14: “ESTUDIO DE LA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS. MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UNA DESCARGA ATMOSFÉRICA. APLICACIÓN A PARARRAYOS PASIVOS Y ACTIVOS”. TESIS 15: IMPLEMENTACIÓN DE UN PARARRAYO PARA PROTECCIÓN DEL SISTEMA DE ANTENAS DEL ITSA.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

TESINA

REDISEÑO DE LA PROTECCIÓN CONTRA SOBRECOTENSIONES ATMOSFERICAS EN SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE “LA MINERA EL BROCAL”

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTADO POR EL BACHILLER: WUISPELAYA MARMOLEJO, ROBINSON

HUANCAYO - PERÚ 2011


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CONCLUSIONES

1) En la protección contra sobretensiones atmosféricas es importante considerar la instalación de una protección contra descargas atmosféricas directas debido a que la subestación eléctrica Marcapunta se encuentra en una zona de alto nivel ceraúnico y además, no cuenta con ningún tipo de protección ante este tipo de fenómenos, dejando muy vulnerables presentes en la misma y por lo tanto arriesgándose a interrupciones debido a fallas en la operación de estos equipos.

2) Para lograr el funcionamiento continuo de la subestación eléctrica Marcapunta, dar mayor seguridad a personas y equipos dentro de la subestación, será necesario emplear dispositivos de protección contra sobretensiones atmosféricas tanto por descargas atmosféricas tanto por descargas directas como indirectas. De estos dispositivos, el pararrayo franklin, cumple con las normas, siendo funcional y eficiente en un alto grado atrayendo, drenando a tierra la corriente de la mayoría de las descargas atmosféricas (sobretensiones atmosféricas) que se presentan en la subestación.

3) Un correcto diseño, selección e instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones atmosféricas por impactos directos, aunado a los ya existentes apartarrayos y sistemas de tierras de la subestación, permitirá dispersar con rapidez y confiabilidad, cualquier corriente de descarga; además traerá consigo una operación continua y duradera de la subestación, pero sobretodo que el personal estará adecuadamente protegido.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

“REDISEÑO DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS E INSTALACIONES DE PARARRAYOS EN LA UNIDAD MINERA AZULCOCHAMINING S.A.”

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO ELECTRICISTA

BACH. CHAMBI SEJJE, JAIME JAN

HUANCAYO – PERÚ 2011


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CONCLUSIONES

1) Se requiere de un sistema de protección contra descargas atmosféricas en las áreas mencionadas, debido a que el valor obtenido de Nd es mayor a Nc. 2) Se selecciona un radio de protección de aprox. 46 m, (grafico 7) bajo el diseño expuesto (método de la esfera radiante) para la protección de las diferentes áreas de la mina Azulcochaming S.A. según Capítulo 4 de la NFPA 780. 3) Se deberá evitar que durante la circulación de las corrientes de rayo a tierra se puedan producir diferencia de potencial entre distintos puntos de bajadas a tierra, que puedan ser peligrosas para el personal, equipo eléctrico y electrónico. 4) A partir de la ecuación (1) y con el valor de la corriente de rayo (IR) podemos determinar el radio de curvatura de protección de la esfera rodante (m) y la probabilidad de ocurrencia de dicho rayo (kA), por lo cual, se puede decir que a medida que se incrementa la corriente del rayo, es menor la probabilidad de ocurrencia de dichas descargas. Esto implica que para garantizar un sistema más eficiente, se trabaja con menores magnitudes de corriente, lo que implica menores radios de atracción. 5) De acuerdo a los valores de la tabla 8, las corrientes de rayo (IR) de 209 kA, 15 kA y 10 kA tienen probabilidades de ocurrencia de 76%, 87% y 95% respectivamente. 6) De acuerdo a la ubicación geográfica de la mina, a las alturas de las estructuras a las recomendaciones de la NFPA 780, consideramos que una corriente de rayo crítico de 15kA puede garantizar el 87% la captación de rayos que se presentan en dicha zona. 7) De acuerdo al cálculo desarrollado, se muestran las alturas de las estructuras correspondientes a las diferentes áreas materia del análisis. En la cantidad de pararrayos a instalar (tabla 13), se describen los resultados de las alturas de cada poste metálico sobre los cuales se instalaran los pararrayos. El detalle de su instalación se indica en el plano de protección atmosférica (SIC – AZM – 01 – 11-02-02-006 REV. 0), conforme a los estándares de instalación del proyecto AZULCOCHAMINIG S.A. 8) El Pararrayos a utilizar en las instalaciones de la mina Azulcocha cumple con las siguientes características:

o Tipo PDC ionizante no radioactivo


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o o o o

H=21 m Rp = 60 m Nivel de protección 1 Instalación en poste

9) En total se utilizaron 26 pararrayos PDC en el área de mina y 04 pararrayos PDC en lugares adyacentes y elevados respecto a la ubicación de la mina, a fin de evitar de que los rayos caigan en las minas. 10) Por seguridad se delimitara el área de instalación de los pararrayos y se colocara una señal que diga: PELIGRO ALTA TENSIÓN. 11) Los pozos a tierra a ejecutar son en total 30 y todos tienen un valor menos a 10 ohm, según las normas aplicables a Sistemas de Descarga Atmosférica. 12) El conductor que se utilizó para aterrar los pararrayos es de Cu 99.9% de sección 50𝑚𝑚2 . 13) Se instaló TVSS en los tableros de distribución del campamento y en los tableros generales de fuerza en planta a fin de realizar una correcta unión equipotencial.


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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROTECCIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE 69KV CONTRA DESCARGAS ELECTROATMOSFÉRICAS UTILIZANDO PARARRAYOS POLYMEROS DE LÍNEA Y EVALUACIÓN TÉCNCO-ECONÓMICA

TESIS PRESENTADA A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR GUTY RONALD TOBIAS CHAVARRIA

AL CONFERIRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 1995


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CONCLUSIONES

1) La evaluación técnica y económica realizada en el capítulo 5 muestra que la instalación de pararrayos en las tres fases cada 200 𝑚 es un método de protección que aventaja a la instalación de un cable de guarda 5⁄16 ′′, en líneas con vanos medios de 100 𝑚 en configuración tipo B o C, cuando la resistividad de suelo es mayor a 14,332 Ω ∙ 𝑐𝑚, y es necesario instalar 5 o más varillas por cada toma de tierra en caso de optar por protección con guarda, o bien, si no es posible tener una resistencia de puesta a tierra máxima de 15 Ω. Este esquema de protección con pararrayos proporciona un menor número de salidas de línea por rayos (al año) y un inferior costo anual de instalación (por 𝐾𝑚), comparado con la instalación de un cable de guarda. Al colocar pararrayos en las tres fases, no se requiere que la resistencia de puesta a tierra sea inferior a la máxima estándar (15 − 20 Ω). 2) La evaluación técnica y económica desarrollada en el capítulo 5 muestra que la instalación de pararrayos en las tres fases cada 200 𝑚 es un método que supera técnica y económicamente a la protección proporcionada por la instalación de dos cables de guarda 5⁄16 ′′ , en líneas en configuración tipo H con vano medio de 100 𝑚 , cuando la resistividad del suelo es mayor a 3,760 Ω ∙ 𝑐𝑚, y se necesitan instalar dos o más varillas por cada puesta a tierra en caso de protección con guarda, o cuando la resistencia de puesta a tierra sea mayor de 20 Ω. En este caso, el número estimado de salidas por rayos (al año) con pararrayos es menor con relación a la protección con dos cables de guarda, y el costo anual de instalación de pararrayos (por 𝐾𝑚), es inferior comparado con el costo anual de dos cables de guarda (por 𝐾𝑚). Al colocar pararrayos en las tres fases, no es necesario que la resistencia de puesta a tierra sea baja (menor de 15 𝑜 20 Ω). 3) La instalación de pararrayos en la fase superior en cada estructura de línea es un método de protección que aventaja a la instalación de un cable de guarda 5⁄16 ′′, en líneas tipo B o C con vano medio de 100 𝑚, cuando la resistividad del suelo es mayor a 7,077 Ω ∙ 𝑐𝑚 y es necesario instalar 3 o más varillas de 8′ × 5⁄8 ′′ por cada puesta a tierra. La evaluación técnico-económica del capítulo 5 muestra que el número estimado de salidas por rayos (al año) con pararrayos, es menor comparado con cable de guarda, y el costo anual de instalación de pararrayos (por 𝐾𝑚), es más bajo que el costo anual de instalación de cable de guarda (por 𝐾𝑚). La condición necesaria para el uso de este esquema de protección es que la resistencia de puesta a tierra no exceda el valor que produce el número máximo de salidas de línea tolerado, con base en los cálculos, o que la resistencia de tierra no sea mayor a la máxima estándar (15 − 20 Ω), con el propósito de limitar el número de salidas de línea. En adición, la fase superior debe blindar a las otras fases con un ángulo máximo de 30°.


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4) La instalación de pararrayos en la fase superior en cada estructura presenta ventajas con relación a la instalación de un cable de guarda 5⁄16 ′′, en líneas tipo B o C con vanos medios de 200 𝑚. El análisis técnico-económico muestra que al instalar pararrayos se espera un menor número de salidas (al año) en comparación con el cable de guarda, y que el costo anual de instalación de pararrayos (por 𝐾𝑚) es inferior al calculado con el cable de guarda. El requisito para emplear este esquema de protección es que la resistencia de puesta a tierra no supere el valor que produce el número máximo de salidas de línea permitido, con base en los cálculos, o bien que la resistencia de toma de tierra no sea mayor de 15 𝑜 20 Ω, a fin de limitar las salidas de líneas por rayos. Adicionalmente, la fase superior debe apantallar a las otras fases con un ángulo no mayor de 30°. 5) En la actualidad, existen líneas de transmisión de 69 𝐾𝑉 que aún no se encuentran protegidas contra la incidencia directa de rayos, por ejemplo, la línea que une la subestación El Guarda con la subestación Papi Strachan en la zona 11 de la capital, lo cual las hace vulnerables al impacto de rayos y a los efectos destructivos que sobre el aislamiento y funcionamiento de la línea tiene. En los casos en los cuales haya diversas dificultades para la instalación de cable de guarda, por ejemplo: mecánicamente las estructuras no resisten la inserción del cable por razones de longitud de vano, peso del cable y carga de viento, en zonas inaccesibles, cruces de barrancos o ríos, donde el tendido del cable de guarda puede hacerse impráctico o imposible. En tales circunstancias, el empleo de pararrayos de línea proporciona una solución que puede justificar su inversión. 6) La instalación de pararrayos polymeros de línea de ZnO en paralelo a los aisladores de línea, solucionan los problemas relacionados con el flameo de aisladores en líneas de 69 𝐾𝑉 en puntos críticos, tales como: lugares con elevada y variable resistencia de puesta a tierra (mayor de 15 𝑜 20 Ω), debido a la alta resistividad del suelo en zonas rocosas, areniscas o volcánicas. También eliminan el flameo de aisladores en estructuras ubicadas en sitios con alta probabilidad de incidencia de rayos y regiones con elevado nivel keráunico y/o corrosión. Los pararrayos al ser instalados en paralelo a los aisladores de línea, limitan el voltaje aplicado a través de ellos, a valores fijados por sus características de operación, los que pueden coordinarse con las características del aislamiento. 7) Debido al crecimiento de la demanda de energía eléctrica en áreas urbanas densamente pobladas, existe la necesidad de tender líneas de transmisión de 69 𝐾𝑉 para abastecer subestaciones en dichas localidades, para lo cual se deben resolver problemas relacionados con limitaciones de espacio, derechos de vía, servidumbres e impacto ambiental. La instalación de pararrayos polymeros de línea de ZnO hace posible realizar diseños compactos y económicos de línea, por necesitar de menor altura total de postes, como por ejemplo la línea en configuración tipo A mostrada en el capítulo 2, ya que no se requiere espacio adicional para la instalación de cables de guarda y bayonetas, respetando de cualquier manera las libranzas mínimas. La apariencia de la línea se mejora, así como su impacto ambiental, lo cual puede ayudar a atenuar la probable oposición de algunos sectores o vecinos al paso de la línea de transmisión por sus localidades.


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UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS COMISIÓN DE TRABAJOS DE GRADO

OPTIMIZACIÓN DEL USO DE PARARRAYOS Y CABLES DE GUARDA EN LÍNEAS AÉREAS DE DISTRIBUCIÓN DE 13,8 KV

REALIZADO POR: ROBERT JOSÉ BORGES DÍAZ

ASESORES: ING. MELQUIADES BERMÚDEZ ING. ELIGIO CASTILLO

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO ANTE LA UNIVERSIDAD DE ORIENTE COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE: INGENIERO ELECTRICISTA

BARCELONA, ABRIL DE 2010


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CONCLUSIONES

1) El objetivo principal de este trabajo de grado ha sido el estudio de las sobretensiones y la tasa de contorneamiento de líneas aéreas de distribución frente a las descargas atmosféricas, con el fin de conocer la forma más efectiva de proteger estas líneas utilizando pararrayos autovalvulares y cables de guarda. El estudio se realizó para las líneas de distribución de 13,8 kV que serán instaladas en el Campo Aguasay del Municipio Aguasay en el Estado Monagas; sin embargo, sirve como guía para el estudio de líneas cualesquiera de distribución. 2) El estudio de las sobretensiones por descargas atmosféricas directas en sistemas sin cable de guarda, demuestra que este tipo de descargas es el más perjudicial para los sistemas de distribución, ya que cualquier rayo que alcance a un conductor de fase terminará provocando contorneamientos en las líneas debido al bajo nivel de aislamiento presente. 3) En los sistemas apantallados las consecuencias de las descargas atmosféricas directas son menos críticas; sin embargo, los niveles de sobre voltaje son, en la mayoría de los casos, suficientes para provocar contorneamientos, siendo más grave la situación cuando la descarga se produce en el conductor de fase por fallas en el apantallamiento y cuando el rayo cae sobre el poste. 4) En el caso de las descargas atmosféricas indirectas, los cálculos por medio del método de Rusck demuestran que la sobretensión inducida en las líneas se reduce considerablemente por la presencia de un conductor de guarda, manteniéndose, en la mayoría de los casos, por debajo del voltaje máximo de contorneamiento de los aisladores poliméricos para niveles de tensión de 13,8 kV. 5) El cálculo de la sobretensión en las líneas por medio del método de Pérez, demuestra que la conductividad del terreno es un factor influyente en la magnitud del voltaje inducido en las líneas por descargas indirectas, siendo la sobretensión directamente proporcional al valor de la conductividad; lo que significa que en terrenos con una resistividad elevada la sobretensión es mayor que en aquellos que poseen poca resistividad. 6) El método de Pérez también demuestra que descargas con tiempos de frente menores producen niveles de sobretensión inducida más altos, por lo que el tiempo de frente del rayo se presenta como otro factor importante en los valores de sobre voltaje en la líneas. 7) En los cálculos de las tasas de contorneamientos, se observa que para los sistemas sin cable de guarda la tasa más elevada se presenta cuando las descargas se producen


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directamente sobre el conductor; mientras que las descargas indirectas producen tasas menos elevadas pero con valores considerables. 8) La tasa de contorneamiento disminuye de manera importante con la presencia del conductor de guarda. Para esta configuración de líneas, la tasa más elevada se presenta cuando la descarga cae directamente sobre el poste y se producen cebados inversos. La tasa debido a descargas directas disminuye casi hasta cero y las descargas indirectas producen tasas no muy elevadas. 9) El estudio de protección de las líneas con pararrayos autovalvulares a través de ATPDRAW, demuestra que en sistemas sin apantallar una distancia de separación de 2000 m es suficiente para proteger al sistema, mientras que en líneas con cable de guarda la distancia protectora más efectiva entre pararrayos alcanza los 4000 m. 10) El estudio de la variación de la resistencia de puesta a tierra de los postes, en sistemas apantallados, demuestra que el nivel de sobretensión en las líneas disminuye conforme baja la resistencia, debido a que el voltaje drena más rápidamente a tierra a través del poste. 11) El aumento del nivel de aislamiento en las líneas muestra, a través de los cálculos, una disminución significativa en la tasa de contorneamiento por descargas atmosféricas indirectas, ya que al aumentar el voltaje crítico de flameo se brinda al sistema capacidad para soportar el fenómeno transitorio.


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USO DE LOS PARARRAYOS CON CUERNO DE ARQUEO EN CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN EN EL DEPARTAMENTO DE ESCUINTLA PARA MEJORAR LA CONTINUIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO

TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR MARIO DANIEL CONTRERAS LÓPEZ

ASESORADO POR ING. ÁNGEL EDUARDO POLANCO ANZUETO

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 2003


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CONCLUSIONES

1) Con el objeto de minimizar los daños a los aisladores en la red de distribución de las zonas con alto nivel ceráunico del departamento de Escuintla, se instalaron unidades con pararrayos con cuerno de arqueo en varios puntos pre determinados para poder establecer la eficiencia de estos equipo, tomando en cuenta que las áreas seleccionadas se encontraran en lugares con altos niveles de contaminación ambiental. Los resultados demostraron que este tipo de equipo presenta una alta resistencia contra los sobre voltajes ocasionados por descargas electro atmosféricas. 2) Se considera que los pararrayos con cuerno de arqueo son una medida eficaz contra los efectos de las descargas electro atmosféricas en las redes de distribución, disminuyendo el tiempo de interrupción y la frecuencia de interrupción en los puntos donde fueron instalados, tomando como referencia los datos referenciales del segundo semestre del año 2002. 3) Con la implementación de los pararrayos con cuerno de arqueo, se mejora la confiabilidad de la red de distribución al evitar daños en el aislamiento, lo cual puede ocasionar fallas en el suministro de energía. La fiabilidad del equipo instalado es buena, ya que el pararrayo no está conectado directamente a la línea, lo que evita fallas a tierra por posibles daños o mal funcionamiento del pararrayo. 4) La elección de los puntos donde se instalaron los pararrayos se basó principalmente con base de reportes proporcionados por la unidad de calidad de servicio y el centro de operación e información, ambos pertenecientes a EEGSA. Esto debido a que no se cuenta con equipo de medición de sobre voltajes ni equipos para ubicar descargas electro atmosféricas. Los datos adquiridos fueron los niveles ceráunicos, las interrupciones debidas por daños en el aislamiento y por quema de fusibles. 5) Normalmente en las redes de distribución, los pararrayos convencionales se instalan en intervalos que oscilan entre 3 o 4 tramos. Esto resulta un poco deficiente debido a que los sobre voltajes al impacto de un rayo se presentan entre los postes. De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede concluir que un rango eficiente de instalación de los pararrayos con cuerno de arqueo es efectivo aún en tramos de cada tres postes. 6) La instalación de hilo de guarda y la disminución de la resistividad del suelo, pueden disminuir en un 50% las interrupciones ocasionadas por descargas directas pero no en condiciones de voltajes inducidos por descargas cercanas a las estructuras en las que aún


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resultan un poco deficientes. En este caso, la implementación de los pararrayos con cuerno de arqueo, mejora aún más. 7) Se demostró que el proyecto de instalación tiene buenos resultados económicos. Ya que al disminuir o incluso eliminar las interrupciones, en los puntos donde existen mayores sanciones por interrupción a la empresa distribuidora, se puede justificar el proyecto, ya que al evaluarlo utilizando los métodos del VAN y TIR, se puede justificar que el proyecto es aceptado financieramente, ya que el VAN es mayor que cero y la Tasa Interna de Retorno es mayor que las vigentes actualmente en el Mercado Bancario Nacional, que oscila entre un 8% y un 10%.


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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS, EDIFICACIONES Y ZONAS ABIERTAS MEDIANTE PARARRAYOS CON DISPOSITIVO CERRADO

QUE PRESENTA EL ING. CESAR JAVIER CHAVEZ BRAVO

ASESOR M.C. ENRIQUE LÓPEZ GUERRERO

TESIS EN OPCIÓN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ELÉCTRICA CON ESPECIALIDAD EN POTENCIA

SAN NICOLAS DE LOS GARZA, N.L. MARZO DEL 2002


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CONCLUSIONES

1) La formación o llegada de una nube de tormenta provoca la creación de un campo eléctrico (ambiente) entre la nube y el suelo. Este campo eléctrico puede superar en el suelo los 5kV/m. 2) La guía de evaluación de riesgo de impacto está destinada a ayuda al responsable del estudio en el análisis de los diferentes criterios que permitirán evaluar el riesgo de daños debidos a la descarga, determina la mejor protección y el nivel de protección requerido. 3) Es necesario saber que, en todos los casos existe riesgo para las personas que se encuentren en el interior y alrededores de la estructura. Los equipos electrónicos sensibles pueden estar instalados dentro de cualquier tipo de estructura y pueden ser fácilmente dañados por las sobretensiones debidas a la descarga. 4) Los parámetros utilizados para describir el impulso del rayo (o los impulsos en el caso de impactos de descarga negativa múltiple) son numerosos. Se pueden citar en particular: amplitud de la corriente, tiempo de subida, tiempo de cola, carga y energía específica. La amplitud de corriente se utiliza para tratar los problemas de sobretensiones y los problemas de choques mecánicos generados por los impactos del rayo. El tiempo de subida solamente se considera al tratar el problema de las sobretensiones. El tiempo de cola está ligado a los efectos mecánicos y se emplea, por tanto, para determinar el tiempo de aplicación de la fuerza electromagnética. Este tiempo de cola es principalmente representativo de la energía de un rayo conjuntamente con la amplitud. La energía específica para el dimensionamiento de los componentes de la instalación del pararrayos (conectores, conductores...). La carga, para caracterizar los protectores contra sobretensiones ligados a los sistemas de protección (PDC - tomas de tierra) o la fusión de un metal en el punto de impacto del rayo. 5) Las personas que se encuentran en el exterior de una estructura se exponen a un mayor riesgo de ser alcanzadas por un rayo, tanto por impacto directo como por tensión de paso. Para las personas que se encuentran en el interior de un edificio los riesgos provienen de:


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a) el aumento brusco del potencial de elementos ligados a líneas que provienen del exterior, como las líneas eléctricas, el teléfono los cables de antenas de TV instaladas en el exterior. b) los objetos metálicos en el interior de una estructura que pueden también alcanzar potenciales elevados: tensión de contacto. 6) Los primeros auxilios a realizar son los mismos que para las descargas eléctricas o las quemaduras. La respiración artificial debe ser realizada inmediatamente por un socorrista. Tal acción, así como otros tratamientos de urgencia pueden salvar a la persona afectada.


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INTRODUCCIÓN Y APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN ELECTRO ATMOSFÉRICO TIPO PARARRAYO IONIZANTE FRANKLIN FRANCE, COMO EL INSTRUMENTO UTILIZADO PARA DOMINAR LAS PÉRDIDAS HUMANAS Y MONETARIAS OCASIONADAS POR EL RAYO EN LA INDUSTRIA

TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR LUIS ANTONIO JUÁREZ HANCER

ASESORADO POR ING. JOSÉ LUIS VALDEAVELLANO ARDÓN

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO INDUSTRIAL

GUATEMALA, AGOSTO 2006


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CONCLUSIONES

1) Las descargas electro-atmosféricas llamadas comúnmente RAYOS, son fenómenos naturales permanentes y universales, generando canales de energía eléctrica pulsante de cinco centímetros de ancho con una velocidad de 145,000 kilómetros por segundo, temperaturas de hasta 28,000 grados centígrados (cinco veces la temperatura de la superficie del sol) y potenciales de 125 millones de voltios; de toda esta energía que produce el rayo, el 75% se convierte en calor. 2) Cuando las condiciones normales de buen tiempo se alteran por distintos fenómenos atmosféricos, tales como la lluvia, granizo, nubes tormentosas, etc., se producen casi siempre inversiones del campo eléctrico de la región, aportándose gran cantidad de carga negativa a la tierra como consecuencia de los procesos siguientes, descargas continuas de electricidad positiva por las puntas de conductores conectados a tierra y descargas intermitentes de gran magnitud eléctrica positiva, como consecuencia de caídas de rayos. Los RAYOS que nosotros comúnmente observamos son los de nube-tierra, que son de arriba hacia abajo, pero lo que no sabemos es que existen rayos que suben, o sea de tierranube, que son los más destructivos para los equipos eléctricos, telefonía, cómputo y demás componentes que necesiten de corriente para su funcionamiento. 3) Los sistemas que existen para la protección contra el impacto directo de un rayo son las Puntas Franklin, la Jaula de Faraday y los pararrayos ionizantes tales como el Saint Elme marca Franklin France, cada uno con su sistema de operación y protección, el sistema de protección ionizante tiene mayor área de protección con el mismo costo que los sistemas convencionales, los sistemas de protección convencionales son más caros que los sistemas ionizantes, el sistema de protección que tiene mayor cobertura por unidad es el ionizante, siguiéndole el de Punta Franklin y por último, la Jaula de Faraday; el sistema que conlleva menor número de accesorios de instalación es el ionizante. 4) Para poder implementar este sistema de protección ionizante es necesario cumplir con los pasos correctos que son, saber la densidad de rayo en el sitio, la configuración del sitio, su distribución, la proximidad de un Pararrayos, el historial de problemas por rayos en años anteriores, la sensibilidad de los equipos y el costo y consecuencia de la indisponibilidad de los equipos; después de revisar estos pasos se toma la decisión de aplicar el sistema de protección ionizante contra rayos, y habiendo realizado la implementación de este sistema, se afirma que es el más adecuado para la industria. 5) La empresa donde se realizó el estudio sufrió un gasto monetario de Q. 55,000.00, a causa de un impacto dentro de sus instalaciones por no tener ningún tipo de protección contra impacto directo, y a raíz de ese problema aplicó el sistema de protección del pararrayos Saint Elme que en ese entonces le costó solamente alrededor de Q. 15,000.00 el aplicar


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este sistema, lo que le ha conllevado grandes mejoras actualmente, pues se ha evitado problemas de este tipo y en la actualidad se dedica a la instalación de este servicio. 6) Queda demostrado que los resultados, a la hora de aplicar este sistema de protección ionizante contra rayos, son inmediatos pues se protege en ese momento las instalaciones, se reducen gastos y es mejor la protección del personal. 7) Los beneficios que conlleva la aplicación de este sistema son bastante grandes, pues empiezan desde su bajo costo de instalación, el casi inexistente mantenimiento, la reducción de riesgos es inmediata tanto para el trabajador como para el medio ambiente y para la producción de bienes o servicios, los pararrayos ionizantes son adecuados para cubrir áreas grandes, edificios altos de forma irregular, brindan mayor área de protección, lo que demuestra que los beneficios que brinda este sistema de protección son bastante grandes.


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

DISEÑO DE LA PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS EN UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS INFLAMABLES

TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTA: MARTÍNEZ CONTRERAS DAVID PABLO

ASESORES: M. EN C. OSCAR LUIS PUENTE NAVARRETE M. EN C. EDGAR LORENZO BELMONTE GONZÁLEZ

MÉXICO 09 DE JUNIO DEL 2011


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CONCLUSIONES

Se puede concluir que este sistema puede ser implementado para la protección de los tanques de almacenamiento de productos inflamables, sin importar de qué tipo de tanque se trate, como se puede verificar no hay una norma que describa el diseño del sistema de tierras para los pararrayos, ya que la NORMA UNE 21.186 solo hace pequeñas referencias acerca de ello, es por eso que en este trabajo se propuso el diseño empleando la NORMA IEEE 80-2000. Teóricamente es viable implementar este sistema, pero aun es necesario realizar pruebas de laboratorio y campo, para verificar la efectividad de este sistema; no obstante se dejan bases cimentadas para que el estudio continúe, puesto como se planteó en la justificación, el daño a los tanques por descargas atmosféricas no solo es un problema que se presenta en nuestro país sino a nivel mundial y una de las propuestas que se tienen, es la de implementar el sistema desarrollado a lo largo de este trabajo. Por tal motivo, se puede concluir que cada tanque debe de tener su propio sistema de protección, en base a sus grandes dimensiones, características de forma y construcción; no es viable tratar de implementar una protección para un patio de tanques, por que como se expuso con anterioridad las dimensiones son considerables, y además los radios de protección de los pararrayos en la actualidad no son capases de cubrir toda esta área. El único inconveniente encontrado a lo largo de este estudio es que este sistema es viable, siempre y cuando se realice antes de la construcción de los tanques, ya que si se realiza con tanques en funcionamiento, resultaría un gran inconveniente, por que como se sabe, para realizar el S.P.T, se deben hacer perforaciones en el suelo para contener a la malla, y si en dado caso no son tomadas la medidas de seguridad pertinentes, en el peor de los casos se tendría una perforación de un tanque causando una catástrofe, además aun contando con las medidas necesarias y el equipo adecuado para laborar cerca del tanque, los servicios que este proporciona tendrían que ser suspendidos en lapsos de tiempos no muy largos, para evitar pérdidas económicas. El programa que fue desarrollado con el objeto de cumplir uno de los puntos de esta tesis, puede ser de gran ayuda para la industria petrolera, ya que pude agilizar el cálculo del nivel de protección y las características del sistema de tierras, dando un nuevo campo de aplicación para la Ingeniería Eléctrica, además de que puede ser ejecutado en computadoras de escritorio y portátiles, esta última da la opción de que el programa pueda ser ejecutado en campo.


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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROTECCIONES CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS TEORÍA Y NORMATIVA

POR: CÉSAR BOLAÑOS QUIRÓS

SOMETIDO A LA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD DE COSTA RICA, COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR POR EL GRADO DE: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO DICIEMBRE DE 2008


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1) El modelo de la estructura tripolar de las nubes de tormenta ha desplazado a los modelos de convección y de precipitación, como el más aceptado, al explicar cómo se distribuyen las cargas en las nubes, para provocar descargas positivas o negativas. 2) El proceso de descarga del rayo puede repetirse varias veces, produciendo descargas múltiples (al menos el 50% de los rayos son múltiples), con intervalos entre descargas entre los 0.0005 a 0.5 segundos. 3) La densidad de descargas puede determinarse con el nivel ceráunico de una determinada zona; el nivel ceráunico lo indican los mapas isoceráunicos de una región dada. 4) Para proteger estructuras y edificios, existen dos tipos de pararrayos, los ionizantes y los desionizantes pasivos. 5) El diseño de la protección de estructuras y edificios se puede realizar utilizando la norma NFPA 780, la cual usa los sistemas de protección Franklin/Faraday. 6) Según la norma NFPA 780, para diseñar la colocación de los captadores de rayos se puede utilizar el método de la esfera rodante, además señala los requisitos de los sistemas bajantes y del de sistemas de puesta a tierra. 7) Los supresores de sobrevoltajes transitorios se instalan para proteger equipo eléctrico y electrónico sensible, los estándares IEEE Std 1100 y el IEEE C62.41, se pueden utilizar para determinar la clasificación, la categoría de ubicación necesaria y las recomendaciones para la instalación. 8) Existen cuatro formas de proteger una línea eléctrica, mediante cables de guarda, con aisladores, con contra antenas e instalando pararrayos. 9) Actualmente los pararrayos que más se utilizan en las líneas de transmisión y de distribución son los pararrayos de autoválvula y los pararrayos con resistencias a base de óxido de zinc. 10) Los pararrayos en las líneas de transmisión se colocan al final de línea, en nodos con dos líneas de distinta impedancia.


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11) Los pararrayos en las líneas de distribución se colocan en paralelo con el equipo que se desea proteger; si es un transformador, se puede colocar al lado de la carga del fusible primario, o se puede colocar al lado de la fuente del fusible.


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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ESTUDIO DE LOS SOBREVOLTAJES EN REDES DE DISTRIBUCIÓN

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

POR: PETER SANDINO CAÑIZARES CÁRDENAS

QUITO, FEBRERO DEL 2000


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CONCLUSIONES

A continuación se dan una serie de conclusiones como resultado del estudio realizado en el presente trabajo de tesis:

1) De los resultados del ejemplo, se puede concluir que el sobrevoltaje de la falla fase - tierra, presenta el valor más alto, en lo referente al efecto de ferroresonancia, para el caso de dos conductores abiertos, presentó el valor mayor. 2) En lo referente a los resultados de los sobrevoltajes máximos por descargas atmosféricas, maniobras y frecuencia industrial, se concluye que el mayor valor se presenta para el caso de las descargas atmosféricas para una onda de impulso de 1.2 × 50 𝜇𝑠𝑒𝑔; por lo tanto es para éste valor que se debe dimensionar la protección adecuada, para el ejemplo el valor fue de 120.1 𝐾𝑉 mientras que en las normas el valor del aislamiento es de 125 𝐾𝑉. 3) De las estadísticas de fallas que se tienen de las causas de interrupciones y fallas de los pararrayos, para el caso del primario F de la S/E de San Rafael analizado, la principal causa del problema fue debido a descargas atmosféricas, el cual puede disminuirse mejorando el nivel de tierras del aterrizamiento del pararrayos (Coordinación del aislamiento C.F.E. 0000-06, Año 1980). 4) Desde el punto de vista de sistemas de distribución de energía, es importante el concepto básico de la descarga atmosférica y los efectos que puede causar. La protección de estos circuitos contra descargas atmosféricas no se debe basar en los niveles ceráunicos de la región que se encuentre, sino de la densidad de rayos a tierra. La determinación del porcentaje real de rayos que afectan a las líneas, permite evaluar la efectividad de cada tipo de protección usado y el efecto real que las descargas atmosféricas producen en las líneas. 5) En vista que en la mayoría de las redes primarias de la ciudad no se tienen estadísticas de caída de rayos por parte de la Empresa Eléctrica Quito, es por ésta razón que no se utiliza hilo de guarda, en donde los sobrevoltajes por descargas atmosféricas serían menores que en el caso de una línea sin hilo de guarda, ya que se encuentra aterrizada a través del poste y de esta forma se envían ondas de voltaje y corriente hacia tierra. 6) Para el caso del primario analizado, del estudio realizado se desprende que mayor protección a las líneas de distribución se brinda cuando se instalan pararrayos de Óxido de Zinc o los llamados MOV Varistores de Oxido metálico, que cuando se instalan pararrayos


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de Carburo de Silicio, es por ésta causa que en la Empresa Eléctrica Quito, se están reemplazando los pararrayos de Sic por los de ZnO. 7) Se concluye del estudio teórico que la principal ventaja de los pararrayos de Óxido de Zinc sobre los pararrayos de Carburo de Silicio es la no linealidad extrema del voltaje del pararrayos de Oxido metálico versus su característica de corriente y la eliminación de los requerimientos para una serie de entrehierros asociados con voltajes debido a la extinción de arcos. Sin un entrehierro, el elemento valvular del óxido metálico debería soportar los continuos voltajes del sistema, necesitando la consideración de estabilidad térmica. Lo cual influye en la reducción de los sobrevoltajes presentados en los conductores de fase. 8) Del estudio se concluye que el máximo voltaje de operación continua y sobrevoltaje temporales son los parámetros importantes para seleccionar un pararrayos de óxido metálico para una aplicación particular. Por ejemplo, una situación especial se presenta en los sobrevoltajes temporales debido al fenómeno de ferroresonancia que se pueden presentar en la red, la energía total de disipación del pararrayos por evento debería ser una consideración. 9) La utilización de dos pararrayos clase distribución, uno en el punto de transición y otro en el punto normalmente abierto es la mejor alternativa de protección, ya que reducen la onda reflejada de su valor original conservando así el margen de protección (Norma IEC Standard Publícation 71-2-1976 Insulation Coordination part 2). 10) Un pararrayos tipo distribución retirado de servicio, muestra que llegó al final de su vida útil, si tiene una resistencia de aislamiento menor o igual a 10 MΩ (Norma NOM-J-2021977). 11) Para los pararrayos que han estado operando por más de 20 años (Norma NOM-J-3211978 Pararrayos valvulares para sistemas de corriente alterna), ya no están en condiciones aceptables para continuar operando adecuadamente. 12) Los cables de las configuraciones de los primarios, no contribuye a bajar el voltaje incidente al transformador, ya que si bien es cierto, que la primera onda por el cable es mucho menor que el voltaje incidente al mismo, el voltaje terminal tiende a dos veces el voltaje incidente, éste voltaje sería el mayor voltaje incidente a los transformadores. 13) Para el caso del ejemplo analizado, se concluye que el único pararrayos instalado en la línea, no protege en forma adecuada a la línea, por lo que es necesario colocar otro de iguales características como se indica en el ejemplo claramente.


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CRITERIOS PARA SELECCIÓN, DISENO, MONTAJE Y COMPARACIÓN DE COSTOS EN PARARRAYOS PARA EDIFICACIONES APLICADOS EN GUATEMALA

TESIS PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERIA POR JOSÉ ESTUARDO MOLINA CASTAÑEDA

ASESORADO POR INGENIERO EDGAR ROLANDO PRETI JORQUIN

AL CONFERIRLE EL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

GUATEMALA, ENERO DE 2004


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CONCLUSIONES

1) Los pararrayos generalmente no son utilizados en las edificaciones de Guatemala. 2) Cuando se utilizan pararrayos en las edificaciones, con frecuencia no son bien instalados, en parte por desconocimiento del tema y también porque realizan modificaciones en las áreas protegidas y no evalúan si las protecciones de estos, se mantienen vigentes después de los cambios. 3) Los pararrayos Franklin son muy caros para utilizarse en edificaciones, ya que estos necesitan gran cantidad de puntas y estructuras para colocarlos; están reservados solo para áreas muy pequeñas. 4) Los pararrayos de jaula mallada tienen la desventaja de que protegen solo lo que encierra. 5) Los pararrayos de puntas ionizantes son más fáciles de instalar; se pueden calcular para proteger áreas adyacentes y hasta varias edificaciones con una sola punta y son más estéticos, porque tienen menos elementos que compitan con la arquitectura de la edificación. 6) El costo siempre es un factor determinante y entre los de puntas ionizantes, según el modelo, el sistema de protección más accesible es el de los pararrayos Pulsar de Helita. 7) La evaluación del riesgo del rayo es importantísima para decidir el nivel de protección por emplear, y esto casi nunca se ha utilizado en Guatemala.


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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA ZONA POZA RICA– TUXPAN

“INGENIERIA APLICADA PARA LA SELECCIÓN DE PARARRAYOS Y SISTEMAS DE TIERRA”

TESINA PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA

PRESENTA: MARCOS ISAURO RAMÍREZ ROCHA

DIRECTOR DE TRABAJO RECEPCIONAL: ING. CARLOS ALARCON ROSAS

POZA RICA DE HGO., VER.


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CONCLUSIONES

Dentro de este proyecto de estudio relacionado con la Ingeniería Aplicada para La Sección de Pararrayos y Sistemas de tierra, se pudo analizar la importancia de conocer los criterios de selección y construcción que intervienen para un eficaz sistema de protección contra descargas atmosféricas, este trabajo de investigación se realizó con el firme propósito que el estudiante universitario se interese e involucre en el diseño y construcción de un sistema de protección contra descargas atmosféricas y que permita cuantificar analíticamente sus resultados y validarlos.


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PRUEBAS PREDICTIVAS A PARARRAYOS DE ÓXIDO METÁLICO PARA ALTA TENSIÓN TIPO SUBESTACIÓN

TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR GERMAN ANTONIO JUÁREZ VIDAURRE

ASESORADO POR ING. JOSÉ GUILLERMO BEDOYA BARRIOS

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

GUATEMALA, AGOSTO DE 2005


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CONCLUSIONES

1) Los pararrayos de óxido metálico para alta tensión tipo subestación presentan características de generación de armónicos de corriente de tercer orden que describen las condiciones de fatiga del varistor interno del pararrayos, permitiendo, de esa forma, conocer la aproximación al fin de la vida útil del pararrayos antes que este falle. 2) Los equipos comerciales de medición utilizados en la realización de las pruebas predictivas a pararrayos de óxido metálico para alta tensión tipo subestación integran en una sola unidad diversos aparatos básicos que en una sola medición registran diferentes parámetros predictivos del estado del pararrayos y los comparan con una base de datos de referencia, previamente cargada al medidor para automatizar la interpretación de los resultados. 3) Los protocolos de prueba aplicados a pararrayos de óxido metálico para alta tensión tipo subestación realizadas fuera de línea requieren en todos los casos que en la preparación del pararrayos, previo a la realización de la prueba, se cortocircuiten sus terminales y se realice una limpieza a su superficie para evitar falseo de los resultados y en consecuencia incorrecta interpretación de los resultados. 4) Los criterios de interpretación de resultados de las pruebas predictivas que se realizan a pararrayos de óxido metálico para alta tensión tipo subestación se fundamentan en parámetros de referencia que el fabricante de pararrayos proporciona para las distintas marcas y tipos de pararrayos.


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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES


TESIS DE GRADO DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA

“ESTUDIO DE LA PROTECCIÓN CONTRA LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS. MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UNA DESCARGA ATMOSFÉRICA. APLICACIÓN A PARARRAYOS PASIVOS Y ACTIVOS”

PRESENTADO POR: ADRIÁN ERNESTO KISIELEWSKY

DIRECTOR DE TESIS: ING. HÉCTOR LEOPOLDO SOIBELZON

AGOSTO DE 2000


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CONCLUSIONES

1. Capítulo 2 En este capítulo se repasaron tanto los fundamentos como los métodos de la protección contra descargas atmosféricas haciendo hincapié en el fundamental concepto de “distancia de impacto” (o radio de captura) “𝑑𝑠 ”. Se analizaron diferentes definiciones, puntualizando los límites de validez del modelo utilizado actualmente, a saber:  No tiene en cuenta que la distancia de impacto varía con la altura.  Supone que, una vez alcanzada dicha distancia, la descarga puede progresar en cualquier medio o condición. En este sentido se requeriría una definición y una fórmula para su cálculo más exigente y abarcadora, atendiendo al campo circundante promedio entre el líder descendente y el líder ascendente. Se desarrolló el cálculo del área protegida para una configuración simple para analizar el caso en que la corriente de cresta del rayo de retorno sea menor a la supuesta al hacer el diseño del sistema de protección, llegándose a la siguiente conclusión:  La distancia horizontal 𝑅𝑝 , se reduce menos que lo que lo hace el Área protegida, cuando la distancia de impacto es menor que la supuesta, al realizar el diseño. Por último, se observa que no se desarrolló lo que sucede cuando la distancia de impacto es menor a la altura del pararrayos, ya que se puede decir que, en general, un pararrayos no protege correctamente en estas condiciones.

2. Capítulo 3 Este capítulo ilustrativo describe un enfoque actualizado de la formación de las descargas atmosféricas y de las nubes de tormenta, desarrollando el cálculo analítico de los campos de los campos eléctricos actuantes a partir de la modelización de los centros de carga de la nube, puntualizando en detalle que el campo eléctrico permanente de una nube de tormenta es negativo debajo de la nube (según la convención citada en el capítulo), medido a nivel del suelo, pero que cambia de signo a medida que aumenta la distancia radial D a parir del eje vertical que pasa por los centros de carga. Esta estructura de carga debería ser la utilizada para posteriores modelizaciones de las descargas atmosféricas.


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3. Capítulo 4 A lo largo de este capítulo se aplicó la física de las descargas de alta presión al caso de las descargas de origen atmosférico, en base a las más modernas teorías y trabajos sobre el tema, con el objeto de clarificar y definir los procesos y entidades involucradas en un área de la ingeniería en donde predomina, por ahora, los enfoques empíricos. Se determinó el criterio de inicio de un “streamer”, reconociendo el destacado papel jugado por el campo eléctrico en la punta del pararrayos, pero también el campo eléctrico promedio circundante para que se produzca la transición de “streamer” a “lider”. Para tal fin se analizaron las últimas fases del fenómeno, utilizando el enfoque más moderno sobre las condiciones necesarias para la propagación y formación del líder ascendente, concluyéndose para nuestro caso que:  Para asegurar que el líder ascendente se encuentre exitosamente con el líder descendente, no es suficiente, aunque sí necesario, que se produzca el inicio de la descarga “streamer”, sino que es imperativo tener en cuenta el campo eléctrico promedio entre la zona del pararrayos y el líder que está descendiendo. Esto nos lleva a cuestionar el principio de funcionamiento del pararrayo tipo ESE (Early Streamer Emission) debido a que la utilización de un pulso corto de alta tensión aplicado a la punta del pararrayos sólo es un “empujón inicial” para la descarga pero no seguiría actuando una vez finalizado. Sin embargo, es cierto que la descarga se produce antes, con respecto a un pararrayos tipo Franklin o pasivo, aunque en condiciones de laboratorio. En opinión del autor, esto se explica en las diferentes magnitudes del campo eléctrico actuante en laboratorio y en un caso real. A pesar de estos cuestionamientos, no debería descartarse la posibilidad de mejorar la captación de un pararrayos con otras magnitudes de tensión del pulso o de su duración, o a través de algún otro artificio.

4. Capítulo 5 En este capítulo se describieron las condiciones, los pasos y la realización del ensayo de evaluación de un pararrayos activo, llevado a cabo en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI). A los efectos de calcular el avance de cebado según la norma de aplicación francesa NF C17102 (1995), se desarrolló en esta tesis un método analítico-numérico para generar una onda de impulso de maniobra.


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A partir del texto de la norma francesa, fue necesario adecuar los requerimientos a cumplir a las condiciones de laboratorio existentes en el INTI. Con los datos obtenidos se calculó el avance de cebado homologado ∆ 𝑇𝑐 para el pararrayos ensayado, para lo cual el autor desarrolló una rutina de cálculo en el programa MATHEMATICA (Anexo I). En cuanto a la validez de la extrapolación de los resultados al funcionamiento de campo en condiciones reales, el autor considera que el avance de cebado obtenido no es suficiente para aseverar la actuación satisfactoria del pararrayos, por lo menos en cuanto a los valores de aumento del radio de captura proclamados, calculados a partir de ∆ 𝑇𝑐 medido en laboratorio. Sería necesario ensayar estos dispositivos en casos reales de manera sistemática y contrastable con otros equipos de investigación para obtener resultados fiables y aceptados por la comunidad científica internacional relacionada con la protección contra las descargas atmosféricas. Sin embargo, el autor tiene la firme convicción que no es lo mismo ni actúa igual o peor un pararrayos activo, con respecto a uno pasivo y es entonces una tarea apremiante ajustar cómo y, sobre todo, cuánto es el aumento real de la captación de un pararrayos tipo ESE. En resumen, el ensayo descripto en este capítulo debe ser tomado más como control de calidad entre pararrayos activos (o entre pararrayos comunes), que como evaluación exacta del aumento de la distancia de impacto o radio de captura de un pararrayos con dispositivo de cebado.

5. Capítulo 6 En base a los más modernos criterios de modelización de descargas atmosféricas se desarrolló en esta tesis un programa para la simulación computacional de una descarga que puede usarse como herramienta de investigación o como herramienta de cálculo para el diseño de los sistemas de protección de estructuras, estaciones transformadoras, líneas de transmisión, etc. Utilizando el programa desarrollado se pudo concluir lo siguiente:  La poca influencia del campo debido a las nubes de tormenta sobre la distancia de impacto, excepto cuando las estructuras son muy altas (> 100 o 200 m).  A través de un análisis de sensibilidad se comprobó que pequeñas variaciones en la magnitud del campo crítico de cebado 𝐸𝑐 , se corresponden con modificaciones despreciables en la distancia de impacto por lo que esto no es un camino recomendable para mejorar la eficiencia de un pararrayos.  Las corridas sobre estructuras bajas y altas muestran que no son aplicables las fórmulas clásicas de cálculo de las distancias de impacto de un pararrayos perteneciente a un sistema de protección contra las descargas atmosféricas sobre construcciones de


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grandes alturas, por lo que deberían desarrollarse nuevas fórmulas que tengan en cuenta la dependencia funcional con la altura o analizar estos casos especiales con el programa desarrollado en esta tesis, preferiblemente en tres dimensiones.  Las estructuras altas colectan rayos cuyas corrientes de cresta del impulso de retorno son mayores que las colectadas por estructuras bajas.  Se ratifica mediante el modelo que la severidad de una descarga depende de su corriente del impulso de retorno, lo que confirma la validez del modelo adoptado.  La aplicación de un pulso de alta tensión sobre la punta de un pararrayos cuando el líder descendente se aproxima a una estructura situada a dos o tres Km de la base de la nube, no influencia significativamente la iniciación temprana el líder ascendente, por lo menos con pulsos de algunos kilovoltios.


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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR AERONÁUTICO

ESCUELA DE TELEMÁTICA

IMPLEMENTACIÓN DE UN PARARRAYO PARA PROTECCIÓN DEL SISTEMA DE ANTENAS DEL ITSA

POR CBOS: PASTE JOSÉ LUIS CBOS: GUALOTO JAIME ROBERTO

COORDINADOR SBOS: EDGAR CHÁVEZ

TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGOS EN TELEMÁTICA

2001 - 2002 LATACUNGA - ECUADOR


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CONCLUSIONES

 Que la varilla que elegimos para la toma a tierra es resistente a la corrosión.  Que la sal conjuntamente con el agua forma un perfecto conductor.  Que una fosa bien preparada nos brinda una alta capacidad de conducción y disipación de cargas o voltajes.  Una perfecta instalación de un pararrayos nos brinda protección tanto a los materiales eléctricos electrónicos y vidas humanas.  Que no se puede usar el pararrayo de transformadores aquí ya que el que debemos usar es el de protección para antenas.  El pararrayo a usar es el de 4 puntas, ya que este nos brinda mayor protección.  La instalación de un pararrayo brinda buenas condiciones de seguridad de las estaciones del radio.  Un pararrayo bien instalado y conectado a tierra protege una zona incluida dentro de un cono de protección cuyo vértice está en la punta del pararrayo.  Los pararrayos están destinados a la recepción del rayo. Estos deben ser instalados en la parte más alta.  La puesta a tierra comprende toda la ligación metálica directa.  La puesta a tierra se establece principalmente para limitar la tensión que con respecto a tierra pueda presentar.  La puesta a tierra de protección se instala para prevenir accidentes personales en caso de contacto directo o indirecto.  La cal conjuntamente con la sal forman un tipo eléctrico.  La línea de TX a usarse es alambre de cobre AWG N° 8 por su espesor.


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CONCLUSIONES

 Los rayos son uno de los espectáculos más impresionantes que la naturaleza nos brinda. Además, no es un evento nada exclusivo, entre cuarenta y cincuenta rayos golpean la Tierra cada segundo; aunque el 70% de los mismos se concentran en las zonas tropicales.  Los impactos de rayos son aleatorios y su trayectoria es caótica con un potencial de descarga muy destructivo.  Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos.  Evitar la caída del rayo es una necesidad evidente. Cada vez hay una mayor cantidad de actividades humanas donde el impacto o presencia de rayos es notoria y sensible.  En todos los casos, existe el riesgo de ser alcanzado por un rayo, para las personas que se encuentren en el interior y alrededores de una estructura. Los equipos electrónicos sensibles pueden estar instalados dentro de cualquier tipo de estructura y pueden ser fácilmente dañados por las sobretensiones debidas a la descarga.  Por sus características constructivas, un sistema de protección contra descargas atmosféricas es viable económicamente si se tienen en cuenta los perjuicios que podría causar un rayo.  Un pararrayos es un instrumento o dispositivo cuyo objetivo es atraer y canalizar al rayo junto con su enorme carga eléctrica hacia la tierra a través de un cable a fin de no causar daños.  La verdad es que un pararrayos no para los rayos, sino que lo atrae.  Los pararrayos tipo Franklin excitan y atraen las descargas de rayos, generando fenómenos de repercusión eléctrica, a veces, peligrosos para los componentes electrónicos sensibles.  Los pararrayos PDC excitan y atraen las descargas, se caracterizan primordialmente por su sistema electrónico de cebado incorporado en el cabezal del pararrayos.


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Se han creado diferentes métodos de protección contra rayos pero se necesitan formas de protección mejores dado que la tecnología electrónica actual es cada vez más sensible. El campo de la investigación de tormentas eléctricas continua siendo muy activo y queda mucho por descubrir. Es por ello que en el presente trabajo, se ha tratado de recopilar las más selectas y mejores tesis; que reflejan las diversas investigaciones acerca de pararrayos y que contribuyen en gran medida al desarrollo y mejora de los sistemas de protección contra descargas atmosféricas. También se ha visto conveniente realizar una investigación muy detallada acerca de los rayos; debido a que su estudio es primordial para entender el mecanismo de funcionamiento de un sistema de pararrayos. Es por ello que en el capítulo 1 del trabajo vemos cómo se producen los rayos, su clasificación, sus impactos y las recomendaciones para salvaguardar nuestras vidas, etc. Ya en el capítulo 2 mostramos todo lo concerniente a pararrayos, como por ejemplo, la historia, principio de funcionamiento, sus componentes principales, tipos, normatividad, entre otros. Para finalmente llegar hasta el punto cumbre que son las diversas investigaciones (tesis), que tratamos en el capítulo 3, las cuales nos demuestran el amplio campo de acción de los pararrayos.


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RECOMENDACIONES

Las recomendaciones mostradas a continuación han sido tomadas, no solo del estudio de los rayos y pararrayos sino también de las diversas tesis estudiadas en el presente trabajo.

 En caso alguna persona es alcanzada por un rayo, no dude en asistir sin riesgo: o Pida ayuda por teléfono. Haga que una persona llame al número local para emergencias. o La persona lesionada recibió una descarga eléctrica y puede tener quemaduras por donde la alcanzó el rayo y por donde la electricidad abandonó su cuerpo. Verifique si tiene quemaduras en ambas partes. El recibir una descarga eléctrica también puede causar daños al sistema nervioso, quebrar los huesos, y pérdida de audición o visión. El 80 a 90% de las personas que sufren el impacto de un rayo pueden sobrevivir si reciben la atención adecuada Adminístrele primeros auxilios. Si la persona no respira, comience la respiración de salvamento. Si el corazón le ha dejado de latir, una persona adiestrada debería administrarle reanimación cardiopulmonar (RCP). Si la persona tiene pulso y respira, observe y cuide de otras posibles lesiones. Aprenda primeros auxilios y RCP tomando un curso de primeros auxilios y RCP de la Cruz Roja.  Se recomienda que cuando se construya cualquier sistema de protección contra descargas electro-atmosféricas, todas las uniones, derivaciones y empalmes deben fijarse o soldarse de la mejor forma posible para evitar falsos contactos.  Antes de instalar el circuito de tierra del sistema de protección contra descargas electroatmosféricas, se recomienda establecer las características del suelo.  Se recomienda establecer un período de mantenimiento anual para todos los sistemas, con el objeto de obtener un buen funcionamiento.


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BIBLIOGRAFÍA

o NTC 4550, Norma Técnica de Protección Contra Rayos, 1999. o Revista “National Geographic” Vol 184, Julio 1993 o Thompson, P; O'Brien, R. “Fenómenos Atmosféricos”, 1ra Edición, Editorial Offset Multicolor, México, 1970. o Fleming T., El hombre que desafío el Rayo, México 1971. o Escuela de Ciencias Exactas y Naturales- tormentas eléctricas, rayos y pararrayosGeraldina T. Golup-2002 o Max Gonzalo Dalence Ergueta, “Instalaciones eléctricas” o PERÚEDUCA, Instalación de Sistemas de Protección Eléctrica Y Equipos Fotovoltaicos.


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REFERENCIAS

o https://es.wikipedia.org/wiki/Rayo o http://www.planetseed.com/es/relatedarticle/que-son-los-rayos o https://lacasadelosshocolates.wordpress.com/2014/11/06/curiosidades-sobre-losrayos-16-hechos-sorprendentes/ o www.pararrayos.org o file:///F:/Revisi%F3n%20Pararrayos%20-%20Edificaci%F3n%20_%20T%DCV%20 NORD%20CUALICONTROL.html o file:///F:/Ingenier%EDa%20El%E9ctrica%20Explicada_%20Pararrayos%20con%20 dispositivo%20de%20cebado.html o file:///F:/tesis%20pararrayos/Dise%F1o%20de%20Sistemas%20de%20protecci%F3n %20contra%20descargas%20atmosf%E9ricas%20(SPDA)%20Parte%20I%20_%20I ngenieria%20Electrica%20y%20Tecnologia.html o http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/EMC/trabajos_02_03/Proteccion_contra_ descargas_atmosfericas/11/11.htm o http://comofunciona.org/como-funciona-un-pararrayos/ o https://www.paas.unal.edu.co/investigación/documentos/El%20rayo%20para%20pagina %20web.doc


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ANEXO 1

PARARRAYOS TIPO BLUNT: Tienen una esfera en la parte superior. Existen otros tipos, pero todos tienen que ver con la estética de los mismos, aunque eso sí, todos siguen el mismo principio. También hay algunas empresas que están vendiendo nuevas tecnologías que no cuentan con ningún sustento normativo, por ejemplo, existen unos pararrayos llamados ionizantes que pretenden atraer rayos mediante estos sistemas, pero desde hace 20 años se demostró que no lo hacen.

Pararrayos tipo blunt:


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PARARRAYOS DE TIPO VÁLVULA: Los pararrayos de tipo válvula se utilizan comúnmente en los sistemas eléctricos de mayor potencia. Se componen de dos partes principales: una serie de brechas de chispas y una serie de discos de resistencias no lineales. Los de este tipo funcionan cuando un voltaje excesivo hace que las brechas de chispas se toquen, y las resistencias no lineales llevan la tensión a tierra. Una vez que la sobrecarga de energía termina, las resistencias separan las brechas de chispas.

Pararrayo tipo pararrayos tipo válvula (1) Pararrayo de tipo blunt (2)


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PARARRAYOS MULTIBRECHAS: Los pararrayos multibrechas están hechos de una serie de cilindros de metal. Los mismos están aislados entre sí, así como separados por espacios de aire. El primer cilindro se conecta a la línea eléctrica, mientras que todos los demás están unidos a la tierra a través de una resistencia en serie que lleva gradualmente la potencia de la corriente. Algunos de los espacios entre los cilindros posteriores tienen una resistencia de desvío que atrapa una sobrecarga cuando hay un exceso de voltaje.

Pararrayos multibrechas


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PARARRAYOS DE TIPO PERDIGÓN: Los pararrayos de tipo perdigón se componen de tubos de vidrio llenos de perdigones de plomo. Los mismos están hechos de un interior de peróxido de plomo recubierto por óxido de plomo. El óxido de plomo no es muy conductor; el peróxido de plomo sí. Cuando se calienta el óxido de plomo, se convierte en peróxido de plomo, dando a la corriente un lugar para fluir. Después que la corriente es transferida, el peróxido de plomo cambia de nuevo al óxido de plomo. Este tipo de pararrayos ya no se utiliza ampliamente.

Pararrayos de tipo perdigón PARARRAYOS DE BRECHA DE CUERNOS: Los pararrayos de brecha de cuernos se llaman así por sus dos barras de metal en forma de cuerno. Las mismas están dispuestas alrededor de una pequeña brecha de aire, y la distancia entre las dos barras aumenta a medida que se elevan desde la misma. Las barras se colocan en aisladores de porcelana. El cuerno está conectado a dos cables diferentes: Uno se sujeta a la línea eléctrica. Entre ese y el cuerno hay una resistencia y una bobina de choque. La resistencia regula el nivel de la corriente permitida en el pararrayos de una vez, y la bobina de choque aumenta la reactividad del pararrayos cuando se produce la frecuencia transitoria. El otro cable está conectado a una descarga a tierra, que desvía el exceso de electricidad a la misma. Para líneas de comunicación.


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ANEXO 2

Montaje del sistema de pararrayos en suelo con vientos


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Montaje del sistema de pararrayos sobre suelo


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ANEXO 3 FOTOGRAFÍAS DE PARARRAYOS CAPTADAS EN LA CIUDAD DE HUANCAYO


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TRABAJO PARARRAYOS-FUNDAMENTOS DE LA ING. ELECTRICA

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