Proteccion Contra Descargas Atmosfericas-7

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CATEDRA INSTALACIONES ELECTRICAS

PROTECCION CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS

REALIZADO POR : BRACAMONTE JOSE COY NICOLAS DELGADO VICTOR KAMEL HEBERHT MORALES JOSE A. PEREIRA RONALD

Santa Ana de Coro, Abril 2009

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INTRODUCCION

A través de este tema se pretende que el estudiantado, se familiarice no solo con la terminología empleada en las protecciones contra descargas atmosféricas, si no también con los métodos utilizados y los distintos tipos de pararrayos para prevenir el impacto de los rayos sobre el suelo.







PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS. La descarga atmosférica atmosférica no es mas que la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o entre nubes y nube.

DESCRIPCION DEL RAYO. El rayo es una descarga eléctrica de origen atmosférico, que se produce entre las partes de distinta polaridad de una misma nube, o de nubes vecinas (relámpagos), o de una nube cargada y el suelo (RAYO). En este últi último mo caso caso se gene generran carg cargas as de pola polari rida dad d opue opuest sta a en la nu nube be,, mientras que la carga del terreno inmediato situado debajo de la nube resulta inducida por la carga inferior de ésta, actuando en realidad como las armaduras de un enorme condensador cuyo dieléctrico es la capa de aire (existente entre la nube y el terreno), que cuando acumula una carga suficiente se produce la descarga. El rayo es una de las manifestaciones de la electricidad atmosférica, que por su naturaleza y sus efectos directos e indirectos puede producir daños daños de los los que, que, sin sin em emba barg rgo, o, pode podemo mos s prot protege egern rnos os me media diant nte e la instalación de pararrayos y de limitadores de sobretensión. Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en ésto éstos s se pued pueden en en enco cont ntra rarr 4 tipo tipos: s: 2 inic inicia iado dos s en las las nu nube bes, s, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube negativa hacia tierra.







resultará positiva inmediatamente debajo de tal nube. Se establece así una diferencia de potencial enorme, produciéndose el rayo cuando se ven ve nce la rigi rigide dez z diel dieléc écttrica rica del del me medi dio o (air aire o vapor por de agua agua). ). Simultáneamente con el rayo se produce la luz (relámpago) y sonido (trueno).

EFECTOS DEL RAYO Acústicos (el trueno), debido a la desaparición brusca, en el momento de la extinción del arco, de la sobrepresión de aire creada por el paso de la corriente del rayo. Térmicos, debidos esencialmente al calor disipado por efecto Joule en los elementos recorridos por la corriente del rayo. Eléc Eléctr tric icos os debi debido dos s a las las deri deriva vaci cion ones es y sobr sobret eten ensi sion ones es,, a caus causa a del del brusco frente de la onda de corriente y a la elevada impedancia que presentan los conductores en alta frecuencia. Eléctricos de inducción, debidos al campo electromagnético creado por la circulación de la corriente del rayo. Mecánicos, por la destrucción de elementos afectados

EL CONO DE PROTECCIÓN Se util utiliz iza a el mé méto todo do del del "con "cono o de prot protec ecci ción ón"" para para calc calcul ular ar la zona zona protegida por el pararrayos. Tal método estima que una barra conectada a tierra protege una zona incluida dentro de un cono de protección cuyo







se estima entre 30º y 60º, adoptándose 45º de modo tal que se proteja todo el edificio.

A Cabeza del captor B Plano de referencia OC Radio del área protegida ht Altura del captor arriba del plano de referencia

Método del Cono de Protección

TIPOS DE PARARRAYOS, COMPONENTES. Pararrayos puntas simple Franklin Son electrodos de acero o de materiales similares acabados en una o punta simple Franklin; no tienen ningún varias varias puntas, puntas, denominado denominados s punta

dispositivo electrónico ni fuente radioactiva. Su medida varía en función del modelo de cada fabricante, algunos fabricantes colocan un sistema metáli metálico co cerca cerca de la punta punta para para genera generarr un efecto efecto de conden condensado sadorr. Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra, Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico. Alrededor de la punta o electrodo aparece la ionización natural o efecto corona, resultado de la transferencia de energía.







impacto para conducir su potencial de alta tensión a la toma de tierra eléctrica. Se conocen casos en los que parte del pararrayos ha desaparecido a causa del impacto, que superó los 200.000 amperios. Algunos estudios demuestran que estos equipos no son eficaces.

Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC) Está Están n form formad ados os por por elec electr trod odos os de acer acero o o de mate materi riale ales s simi similar lares es acabados en una punta. Incorporan un sistema electrónico que genera un

avanc ance

teórico

del

trazado ador;

otros

incorporan

un

sistem tema

piez piezoe oelé léct ctri rico co que que gene genera ra un efec efecto to simi similar lar.. Los Los dos dos sist sistem emas as se caracterizan por anticiparse en el tiempo en la captura del rayo, una vez que que se prod produc uce e la carg carga a del del disp dispos osit itiv ivo o elec electr trón ónic ico o de ex exci cita taci ción ón (cebador). El principio de funcionamiento sigue siendo el mismo que los pararrayos tipo tipo Fran Frankl klin in,, la dife difere renc ncia ia tecn tecnol ológ ógic ica a de esto estos s equi equipo pos s está está en el sistema electrónico, que sirven para excitar la avalancha de electrones (ioniz (ionizaci ación) ón).. La excita excitació ción n del rayo rayo se efectú efectúa a ioniza ionizando ndo el aire aire por impuls impulsos os repeti repetitiv tivos. os. Según Según aument aumente e gradu gradualme almente nte la difere diferenci ncia a de potencial entre el pararrayos y la nube, aparece la ionización natural o efec efecto to líde líderr. Son Son mini mini desc descar arga gas s que que sale salen n de la punt punta a con con más más intensidad para ionizar el aire más lejos; este fenómeno es el principio de ex exci cita taci ción ón para para traz trazar ar un camin camino o que que faci facilit litar ará á la desc descar arga ga del del fenómeno rayo.









el impacto del rayo durante la descarga. En función de la intensidad de desc descar arga ga del del

rayo rayo,,

la dest destru rucc cció ión n

del del

disp dispos osit itiv ivo o

elec electr trón ónic ico o

es

irre irreve vers rsib ible le.. A part partir ir de ese ese mome moment nto, o, la efic eficac acia ia del del PDC no está está garantizada.

Pararrayos des-ionizadores de carga electroestática El obje objeti tivo vo de los los tamb tambié ién n llam llamad ados os para pararr rray ayos os PDCE PDCE es ev evit itar ar la satur saturaci ación ón de carga carga electr electrost ostáti ática ca entre entre la instal instalaci ación ón de tierr tierra a y la atmósfera que nos rodea. Concretamente, compensar pacíficamente la diferencia de potencial eléctrico de la zona durante el primer proceso de la formación del rayo. •

Se destacan por el hecho de que su forma es esférica.

•

Están instalados en la parte más alta de la instalación y conectados a tierra.

Durante la aparición en tierra del proceso de la carga electrostática del fenómeno del rayo, el pararrayos facilita la transferencia de energía a tierra y se transforma en una pequeña corriente de fuga que circula por el cable de tierra a la toma de tierra. El valor eléctrico resultante se puede registrar con una pinza amperimétrica de fuga a tierra. El valor







3. El mástil y cable cable conductor conductor que conecta conecta la tierra tierra con el cabezal cabezal aéreo. 4. El pararra pararrayos yos (electrod (electrodo o aéreo captado captador). r). Características básicas. Se caracteriza por facilitar la transferencia de la carga electrostática entre nube y tierra antes del segundo proceso de la formación del rayo, anulando el fenómeno de ionización o efecto corona en la tierra. El cabezal del pararrayos está constituido por dos electrodos de aluminio separados por un aislante dieléctrico. Todo ello está soportado por un pequeño mástil de acero inoxidable. Su forma es esférica y el sistema está conectado conectado en serie entre la toma de tierra tierra eléctrica y la atmósfera que lo rodea. Durante el proceso de la tormenta se genera un campo de alta tensión en tierra que es proporcional a la carga de la nube y su distancia de separación del suelo. A parti partirr de un una a magn magnit itud ud del del camp campo o eléc eléctr tric ico o natu natura rall en tier tierra ra,, la inst instal alac ació ión n

equi equipo pote tenc ncia iall

de

tier tierrras

del del

par pararr arrayos ayos,,

faci facili lita ta

la

tran transf sfer eren enci cia a de las las carg cargas as por por el cabl cable e eléc eléctr tric ico. o. Esta Estas s carg cargas as,, indiferentemente de su polaridad, se concentran en el electrodo inferior







prop propor orci cion onal al a la carg carga a de la nu nube be.. Dura Durante nte el proc proces eso o de máxim máxima a acti activi vida dad d de la torm tormen enta ta se puede pueden n regis registr trar ar valo valore res s máxim máximos os de trans transfer ferenc encia ia de 300 miliamp miliamperi erios os por el cable cable de la instal instalaci ación ón del parar pararra rayo yos. s. La carg carga a elec electr tros ostá táti tica ca de la inst instal alac ació ión n se comp compen ensa sa progresivamente a tierra según aumenta la diferencia de potencial entre nube y tierra, neutralizando el efecto punta en tierra en un 100 % de los casos (trazador o líder). El cabezal captador del pararrayos no incorpora ninguna fuente radioactiva. El efecto de disipar constantemente el campo eléctrico de alta tensión en la zona de protección, garantiza que el aire del entorno no supere la tens tensió ión n de rupt ruptur ura a ev evit itan ando do posib posible les s chis chispa pas, s, ruid ruido o audi audibl ble e a frit frito, o, radiofrecuencia, vibraciones del conductor y caídas de rayos. El objetivo del conjunto de la instalación, se diseña como sistema de protección contra el rayo (SPCR) donde el motivo principal es evitar la formación y descarga del rayo en la zona de protección.

COMPONENTES DEL PARARRAYOS •

Cabezal Captador. Mástil







MÉTODOS DE PROTECCIÓN Y NECESIDADES DE INSTALACIÓN DE UN PARARRAYOS. Tanto anto en Eu Euro ropa pa (don (donde de caen caen me meno nos s rayo rayos s que que en nu nues estr tros os país países es latinoamericanos), como en Norteamérica, se ha debatido mucho sobre los métodos de protección, tanto así que en misma Europa permanecen los dos estándares de protección, el llamado Franklin/Faraday, que es el tradicional, y el de puntas de inicio (early streamers en inglés). En EUA, el estándar aprobado por la asociación contra el fuego (NFPA) es el Franklin/Faraday y, se conoce como NFPA-780. El otro, no fue aceptado como parte del estándar, ya que se considera de efectividad igual que una punta del tipo Franklin. Los Los equi equipo pos s y estr estruc uctu tura ras s son son clas clasif ific icad ados os segú según n su ne nece cesi sida dad d de protección contra descargas atmosféricas.

PRIMERA PRIMERA CLASE.- Las estructuras de esta clase, requieren de poca o ning ningun una a

prot pr otec ecci ción ón..

conectados

a

El

tierra.

requi equisi sito to

es

Ejemplos

que que de

verrdade ve daderramen amente te esta

clase

est estén

son:

a) Todos las estructuras metálicas excepto tanques u otras estructuras que contengan materiales inflamables.







TERCERA TERCERA CLASE CLASE.- Esta Esta clas clase e cons consis iste te de edif edific icio ios s con con estr estruc uctu tura ra metáli metálica ca y cubier cubierta ta no conduc conductor tora. a. Este Este tipo tipo requie requiere re de termin terminale ales s aéreas conectadas a la estructura y fuera de la cubierta para actuar como terminales pararrayos.

CUARTA CLASE.- Esta clase consiste de estructuras no metálicas, que requieren a)

una

Edifici icios

protección.

de

conductores,

madera, si n

Se

piedra,

elementos

incluyen ladr driillo llo de

u

en

esta

otros

clase:

materiales

refuerzo

no

metálicos.

b) Chimeneas. Aún con elementos de refuerzo, éstas deben tener una gran protección contra rayos, con terminales aéreas, cables de bajada y electrodos de aterrizado.

QUINTA CLASE.- Una quinta quinta clase clase consis consiste te de aquell aquellas as cosas cosas cuya cuya pérd pérdid ida a pued puede e ser ser de cons consec ecue uenc ncias ias,, y que que norm normal alme mente nte reci recibe be un tratamiento pararrayos completo, incluyendo terminales aéreas, cables de

bajada

a)

Edificios ios

b)

Edif Edific icio ios s

y

electrodos de

gran

cont conten enie iend ndo o

de

valor

aterrizado. estético,

comb combus usti tibl bles es

Entre

histórico o

éstas

están:

o

intrínsico.

mate materi riale ales s

expl ex plos osiv ivos os..

c) Estructuras conteniendo sustancias que pueden ser peligrosas si se derraman como consecuencia de una descarga.









GRAFICACION DEL SISTEMA DE PARARRAYOS

1) CAB CABEZA EZAL L O PUN PUNT TA: Este Este es elem elemen ento to que que atra atrae e al rayo, rayo, permitiendo dirigir la corriente de descarga del rayo hacia la puesta a tierra. 2) BASE O PIEZA DE ADAPTACION: La pieza de adaptación permite la unión entre el cabezal o punta con el mástil. 3) MASTIL: Elemento que permite instalar al cabezal o punta en la posición (altura) adecuada. 4) PROTECTOR DEL MASTIL DE ANTENA: Elemento que permite la puesta a tierra instantánea del mástil de antena en el momento de la caída del rayo. Permanece aislado en condiciones normales. 5) ANCLAJE DEL MASTIL: Debe realizarse al menos en dos puntos; o si se instalo en forma de torre, debe poseer 3 vientos desfasados 120º entre si, y cada viento debe poseer al menos dos aisladores. 6) CONDUCT CONDUCTOR OR BAJANTE BAJANTE:: Conductor de cobre de al menos 50







CONCLUSIÓN

Es mu muy y impo import rtan ante te cono conoce cerr los los mé méttodos odos par para la colo coloca caci ció ón de pararrayos, ya que si bien es cierto que no existe la certeza de donde ni cuando se va a producir una descarga atmosférica (rayo), si se puede prev preven enir ir las las cons consec ecue uenc ncia ias s prod produc ucid idos os por por esto estos s a trav través és de la colocación de dispositivos, tomando en cuenta según el tipo de uso para determinar la protección mas adecuada en contra de los rayos.







BIBLIOGRAFÍA

https://sertec1.sslpowered.com/sertec.com.py/telergia/telergia/informa ciones/tomas_tierra14.html http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe50.html http://www.cibernautica.com.ar/rayosycentellas/index.htm http://www.electricasas.com/electricidad/protecciones/pararrayos/siste ma-externo-de-proteccion-contra-el-rayo/ http://es.wikipedia.org/wiki/Pararrayos http://www.arquimasterr.com.ar/articulos/articulo51.htm http://www.arquimaste

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