lunes, 28 de abril de 2008

Protección contra sobretensiones. II parte. Sobretensiones externas.

Por la importancia que requieren las sobretensiones externas en esta segunda parte utilizaré los apuntes y técnicas de protección de la casa comercial http://www.securitecno.com/

El "FENÓMENO RAYO"

Para poder comprender el papel que desempeña un sistema de protección contra el rayo, es necesario entender el proceso de formación del rayo. Los rayos son un fenómeno natural, universal y permanente. Son la causa de numerosas perturbaciones y destrucciones en la vida económica del planeta.

NUEVOS RIESGOS DEL RAYO

La investigación y el desarrollo de nuevos equipos eléctricos y electrónicos, con sistemas cada vez más sofisticados, han contribuido que hoy en día se haya realizado una rápida y amplia difusión en el mundo industrial, administraciones públicas, etc. Todos estos aparatos son cada vez más sensibles, ya que trabajan a bajos voltajes y a "altas frecuencias". Asimismo hay que reseñar que todos estos equipos son mucho más vulnerables a las agresiones perturbadoras, particularmente las del rayo.

En conclusión: Gracias a los nuevos conocimientos sobre el rayo, a la evolución tecnológica y a las técnicas más modernas hoy podemos decir que estamos capacitados para poder protegernos eficazmente contra estos riesgos mediante la PROTECCIÓN INTEGRAL CONTRA LOS EFECTOS DE LOS RAYOS.

AVANCES EN LOS CONOCIMIENTOS SOBRE EL "FENOMENO RAYO

"Para poder desarrollar un correcto sistema de protección es necesario conocer el "fenómeno rayo". Los resultados de las investigaciones efectuadas estos últimos años han permitido superar un hito en el conocimiento y la comprensión de los rayos determinando con precisión:

Formación y electrización de las nubes tormentosas

Los fenómenos precursores (campo eléctrico bajo la nube, efecto corona, etc.)

Los diferentes tipos de rayo y sus características eléctricas

La descarga de rayo Influencias topográficas y geológicas de una zona determinada.

Las perturbaciones o efectos de los rayos.

La formación de nubes tormentosas (cúmulonimbos) se debe a las corrientes de aire cálidas ascendentes que suben a gran velocidad conllevando, en sus turbulencias, grandes cantidades de agua. Existe un campo eléctrico cuando entre dos puntos hay separación de cargas, una cargada positivamente y la otra negativamente, obteniendo de esta manera una diferencia de potencial o tensión.
En tiempo de calma, el campo eléctrico a nivel del suelo es de +/- 100v/m en dirección de la Tierra.

Esto se debe a que las capas altas de la atmósfera están cargadas positivamente y la Tierra negativamente. Cuando se aproxima una nube tormentosa, este campo se invierte y crece en grandes proporciones. Cuando se alcanza entre -15kV y -20kV, se puede asegurar que una descarga a nivel del suelo es inminente.

DETERMINACION DEL PUNTO DE IMPACTO

La formación o llegada de una nube de tormenta provoca un campo eléctrico (ambiente) entre nube y suelo. Este campo eléctrico puede superar en el suelo los 15 kV/m, iniciando así la creación de descargas corona a partir de las irregularidades del suelo o de las masas metálicas.

La descarga del rayo negativo descendente (90%) está siempre precedida de una predescarga o efluvio (trazador descendente) débilmente luminosa que se ramifica y que progresa escalonadamente (zig-zag) hacia la tierra. Este trazador descendente transporta cargas eléctricas, provocando el incremento del campo eléctrico a nivel del suelo.

A nivel del suelo, a partir de una estructura, una persona o de un objeto, se produce la formación de efluvios allí donde el campo eléctrico es intenso (es el trazador ascendente). Otros trazadores ascendentes pueden ser emitidos desde diferentes estructuras sobre el suelo.

El primero de ellos que encuentra el trazador descendente, determina el punto de impacto del rayo.



Evolución del campo eléctricoTiempo de calma = 100 v/mA

La vertical de la nubetormentosa = 10 - 20 kV/m

Debajo del trazadordescendente = +/- 300 kV/m

LA DESCARGA ELECTRICA

Una predescarga (trazado descendente) se inicia a partir de la base de una nube. El trazador progresa escalonadamente hacia el suelo por saltos sucesivos (velocidad media de 0,15 m/s)

Al acercarse al suelo, genera un crecimiento importante del campo eléctrico a la vertical del trazador descendente (dardo).

Este aumento del campo eléctrico, crea unos efluvios a partir del suelo, personas o estructuras. Cuando se alcanza el umbral de ionización del aire (30 Kv/m) se rompe el dieléctrico del aire y pueden transformarse en descargas ascendentes.

El efluvio más cercano y que avanza más rápido se une al trazador descendente, estableciéndose un canal ionizado.

Ascensión de las cargas de polaridad contrarias al suelo (return stroke) hacia la nube: fenómeno luminoso.

En el espacio de 0,2 a 1 segundo, se pueden intercambiar varios arcos en retorno, con una velocidad de propagación del orden de 100 m/s.



El trazador descendente avanza escalonadamente por impulsos en la 1ª fase y de un sólo golpe en las fases sucesivas.

Límite de la ionización del aire = 30 kV/m.

CLASIFICACION DEL RAYO.

Se pueden considerar 4 tipos de descargas eléctricas en función del sentido del trazador y de la polaridad:

Los rayos descendentes: - Positivos- Negativos.
Los rayos ascendentes: - Positivos- Negativos.

CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL RAYO

Las características eléctricas principales del rayo son:

El tiempo de la descarga generalmente, entre 0,2" y 1".

El número de descargas: se contabilizan una media de cuatro descargassucesivas durante la caída de un rayo.

dI/dT máximo: 150.000 A/m s

Carga eléctrica centralizada: hasta 300 Culombios

Duración de una célula tormentosa: 2 horas

El 90% de los impactos son de polaridad negativa (10% de polaridad positiva).

La amplitud de la corriente de descarga varía en proporciones importantes, entre 10 y 200 kA, siendo la media de 18 kA.

Los impactos positivos son generalmente mucho más intensos que los negativos.

DAÑOS OCASIONADOS POR EL RAYO

Los datos son elocuentes:

20 a 40 personas muertas y numerosas personas heridas de más o menos gravedad.

20.000 animales abatidos o malheridos.

17.000 incendios declarados (del 40% de las explotaciones agrarias rurales destruidas por el fuego, el rayo es el responsable del inicio del incendio).

250 campanarios deteriorados. Torres impactadas y gravemente dañadas. Chimeneas industriales de gran altura destruidas o seriamente afectadas.

En el interior de los edificios:

50.000 contadores eléctricos totalmente destruidos. Gran cantidad de electrodomésticos inutilizables. Sistemas de alarmas perturbados: robo, incendio, etc. Sistemas de ordeño y refrigeración de la leche y alimentación automática en granjas y cuadras, etc.

Aparte de los daños domésticos el rayo es responsable en instalaciones industriales de:

Incendios y destrucción de productos almacenados.

La destrucción o envejecimiento prematuro de numerosos equipos eléctricos, electrónicos, informáticos y centrales telefónicas, como consecuencia de las sobretensiones que acompañan al rayo.

Es muy difícil valorar las consecuencias de las perturbaciones acaecidas en telecomunicaciones, informática, así como los fallos (errores) introducidos en el funcionamiento de ciertas autoválvulas, etc.

Las pérdidas de explotación, daños sobre ficheros, destrucción de las informaciones esenciales de una empresa (contabilidad, ficheros de clientes, pedidos, estudios en curso, etc.).

La neutralización del sistema de alarma o de detección de incendios, etc. que puede acarrear consecuencias catastróficas.

La estimación global de los daños producidos por el rayo anualmente, se cifra, sólo para Francia, en varios miles de millones de francos.

En Alemania, el 40 % de las empresas que han tenido que soportar las consecuencias del rayo con la pérdida total del sistema informático no ha podido sobrevivir.

PRINCIPALES PERTURBACIONES OCASIONADAS POR EL RAYO. LOS EFECTOS DIRECTOS DE LOS RAYOS

Efectos térmicos ligados a la integral de corriente ò i2 dt .

Efectos electrodinámicos.

Diferencias de potencial y cebados.

Aumento de potencial en las tomas de tierra.

Fenómenos de inducción.

LOS EFECTOS INDIRECTOS

Acoplamiento galvánico.

Acoplamiento inductivo.

Acoplamiento capacitivo.

LOS EFECTOS SOBRE LAS PERSONAS

Mecanismo de impacto sobre las personas:

Supongamos que una persona de pie es el elemento emergente en una superficie plana y su cabeza el punto más alto.

Lo más probable es que a la aproximación del trazador descendente, una descarga ascendente (efluvios) va a producirse a partir de la cabeza que dará lugar al punto de discriminación, y posteriormente constituirse en el punto de impacto.

3 comentarios:

sangarma2 dijo...

Curioso este tema de los rayos, sobretodo esto de la "determinación del punto de impacto". Eyyy.... hay cositas que a base de releerlas, las llego a entender!! :D

Un saludo

Marga

Viatger dijo...

Qué tal Marga? un honor tu presencia por este blog. me alegra que lo entiendas :, si tienes cualquier duda pregunta que si lo sé con mucho gusto te responderé.

ah! y que sepas que eres la primera dama que deja comentario en el blog.

un abrazo eléctrico,

viatger.

sangarma2 dijo...

Jajaja... Gracias, gracias.

He encontrado algo más sobre tormentas eléctricas. Aunque éstas están un poco más lejos:

http://www.elpais.com/articulo/sociedad/nave/Cassini/detecta/gigantesca/tormenta/electrica/Saturno/elpepusoc/20080430elpepusoc_1/Tes