| FORMACIÓN |
|
¿La gran pregunta?
¿Por qué atraer la descarga del rayo a una zona que queremos proteger ?
¿No seria mejor evitar la descarga y concentrarla en zonas no urbanizadas o industriales? |
| |
A estas preguntas trataremos de responder en este trabajo. Hablaremos de los rayos y descargas eléctricas, los problemas que causan, actividades humanas sensibles a la actividad eléctrica, etc., y terminaremos con los sistemas de protección de los que disponemos actualmente. |
| |
| PUBLICACIONES ANTERIORES |
| CAPITULO 1. INTRODUCCION FORMACION DEL RAYO |
| CAPITULO 2. EL RAYO: SUS EFECTOS Y REPERCUSIONES |
| CAPITULO 3. CONT. EL RAYO: SUS EFECTOS Y REPERCUSIONES |
| CAPITULO 4. CONT. EL RAYO: SUS EFECTOS Y REPERCUSIONES |
| CAPITULO 5. DIFERENTES SISTEMA DE PROTECCION CONTRA EL RAYO |
| CAPITULO 6. CONT. DIFERENTES SISTEMA DE PROTECCION CONTRA EL RAYO |
|
Se cuestiona la eficacia de los pararrayos tipo punta |
| |
Un estudio efectuado en el año 2001 por el INERIS (Instituto Nacional Francés del medio ambiente industrial y los riesgos), sobre los riesgos de los rayos en instalaciones de protección, determinan el nivel de satisfacción de los usuarios de instalaciones de pararrayos. Algunas de las conclusiones dicen que un 22 % está completamente insatisfecho por sufrir daños en sus instalaciones durante las descargas de rayos en el pararrayos. Durante la encuesta, se consultaron más de 483 industriales de diferentes sectores: Químicas, gas, pirotecnia, refinerías, etc. Las zonas de estudio fueron diversas, tocando todas las zonas de bajo, medio y alto riesgo de descargas del rayo en Francia. El 78% tenían las instalaciones protegidas con pararrayos y equipos de sobretensiones, de las cuales el 40`7 % son puntas Franklin, el 30 % PDA (pararrayos con dispositivo de cebado) y el resto son de diferentes sistemas de captación. En el estudio se recogen diferentes informes de los daños causados por el impacto del rayo en diferentes condiciones, las más significativas son durante la descarga del rayo en un pararrayos. Los accidentes ocurrieron entre 1994/1998. |
| |
Referencia Nº 6675-29/07/94.38 Centro de colonias. |
| |
Resumen de la traducción: Durante las vacaciones escolares, 124 niños tuvieron que ser evacuados por los bomberos a causa del incendio con riesgo de explosión de un depósito de gas. El rayo impactó directamente en el pararrayos, y generó un arco eléctrico durante la descarga entre la instalación del pararrayos y la tubería general del depósito de gas. La descarga perfora la tubería ocasionando una fuga de gas y un incendio; el riesgo de explosión, apareció al no funcionar las válvulas de cierre automático del gas. |
| |
Referencia Nº 9664-02/08/96.33 Construcción Aeronáutica y espacial |
| |
|
Resumen de la traducción: El rayo hace impacto en el pararrayos que protege un edificio de ensamble para la lanzadera e ingenios espaciales. Los equipos son dañados así como el sistema de protección de incendio. |
| |
Las conclusiones del estudio determinan que el 22 % de los usuarios de instalaciones de pararrayos, no está satisfecho en absoluto con el sistema, a causa de los daños repercutidos con destrucción de material y daños eléctricos durante la descarga de rayo en el pararrayos.
Daños ocasionados: 80 % Eléctricos - 69 % materiales.
• Valor económico: 48 % Entre1.500 / 15.000 €. - 10 % Superior a 15.000 €
• Paro de la actividad industrial: 24 % parcial - 3,5 % Total. |
| |
|
Las nuevas tecnologías de pararrayos. |
Analicemos algunos principios básicos. |
| |
Las nuevas tecnologías de pararrayos se dividen en:
Pararrayos CTS (Charge Transfer System). Basan su principio en la desionización del aire. El objetivo es evitar la saturación de carga electroestática entre la instalación de tierra 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. |
| |
|
|
|
|
Pararrayos CEC, (Compensador Efecto Corona). Basan su principio en la distribución equipotencial de la ionización en el aire. El objetivo es evitar el efecto punta en la atmósfera que lo rodea, concretamente distribuir radialmente la transferencia de carga de la zona, durante el primer proceso de la formación del rayo.
Con este principio físico se anula la concentración del campo eléctrico de alta tensión en las puntas más salientes de la instalación que queremos proteger, evitando la aparición del Lider y por consiguiente el resto del proceso del rayo, (excitación y descarga rayo). El resultado efecto / causa, es una zona eléctricamente compensada fuera de influencias de rayos directos. |
| |
|
|
|
|
Los pararrayos CTS y CEC: |
| |
• Se destacan por ser de forma esférica (CTS) o semiesférica (CEC).
• Están instalados en la parte más alta de la instalación y conectados a tierra.
Durante la aparición en tierra del proceso de la carga electroestática 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 máximo de lectura en plena tormenta no supera los 300 Mili-Amperios y es
proporcional a la carga eléctrico-Atmosférica durante la tormenta.
Los pararrayos se instalan según unas normativas actuales y se resumen en 4 elementos básicos:
1. La toma de tierra con una resistencia inferior a 10 ohmios.
2. El equipotencial de masas.
3. El mástil y cable conductor que conecta la tierra con el cabezal aéreo.
4. El pararrayos (Electrodo aéreo captador). |
| |
|
Los Pararrayos CTS |
|
|
Características básicas. Se caracteriza por facilitar la transferencia de la carga electroestática 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 en serie entre la toma de 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 partir de una magnitud del campo eléctrico natural en tierra, la instalación equipotencial de tierras del pararrayos, facilita la transferencia de las cargas por el cable eléctrico. Estas cargas, indiferentemente de su polaridad, se concentran en el electrodo inferior del pararrayos que está conectado a la toma de tierra por el cable eléctrico y situado en lo más alto de la instalación. |
| |
|
|
|
|
La baja resistencia del electrodo inferior del pararrayos en el punto más alto de la instalación, facilita la captación de cargas opuestas en el electrodo superior. Durante este proceso de transferencia de energía se produce internamente en el pararrayos un pequeño flujo de corriente entre el ánodo y el cátodo.
El efecto resultante genera una corriente de fuga, que se deriva a la puesta a tierra eléctrica de la instalación y es proporcional a la carga de la nube. Durante el proceso de máxima actividad de la tormenta se pueden registrar valores máximos de transferencia de 300 miliamperios por el cable de la instalación del pararrayos. |
| |
La carga electroestática de la instalación se compensa 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 Lider). 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 tensión de ruptura evitando posibles chispas, ruido audible a frito, 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. El sistema es eficaz en un 100 % de los casos. |
| |
Pararrayos CEC
Analicemos algunos principios básicos. |
|
Características básicas. Los Pararrayos CEC se caracterizan por compensar el efecto corona durante su formación. El cabezal del pararrayos está constituido por un electrodo semiesférico de aluminio soportado por un pequeño mástil de acero inoxidable. Está conectado en serie con la propia toma de tierra para transferir la carga electroestática a tierra, evitando la excitación e impacto directo del rayo en un 95 % de los casos. No incorporan ninguna fuente radioactiva Su principio de funcionamiento se basa esencialmente en canalizar por la toma de tierra la diferencia de potencial entre la nube y el cabezal del pararrayos CEC. La instalación conduce primero hacia arriba, por el cable desnudo de tierra, la tensión eléctrica generada por la tormenta eléctrica hasta el punto más alto de la instalación. |
| |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
Durante el proceso de la tormenta se genera un transporte de cargas que se concentran en la parte inferior del electrodo del pararrayos. |
| |
|
|
|
|
A partir de una magnitud del campo eléctrico natural, indiferentemente de su polaridad, el electrodo dispersa las cargas para compensar la diferencia de potencial y evitar el efecto punta. Durante el proceso de transferencia, se produce un intercambio equipotencial de la energía por debajo de la corona del pararrayos; la distribución de cargas es perimetral y proporcionalmente a la carga de la nube. Este proceso anula el efecto corona en un solo punto, evitando la generación del Lider en un 95% de los casos. El conjunto de la instalación se diseña como Sistema de Protección Contra el Rayo (SPCR), donde el motivo principal es minimizar el impacto y la formación del rayo en la zona de protección en un 95 % de los casos, para proteger a las personas, animales e instalaciones. Las instalaciones de pararrayos con tecnología CTS y CEC cubren unas necesidades más exigentes de protección, donde los sistemas convencionales de captación del rayo acabados en punta no son suficientes.
Las instalaciones de pararrayos con tecnología CTS cubren unas necesidades más exigentes de protección, donde los sistemas convencionales de captación del rayo acabados en punta no son suficientes. |
| |
|
| |
Referencias de instalaciones y laboratorios de campo. |
| |
Más de 36 instalaciones ya efectuadas están avalando su eficacia, desde los últimos tres años, algunas instalaciones de pararrayos CTS de Andorra, España y Japón, están siendo controladas por sistemas de teledetección de rayos o cámaras de alta velocidad, donde se analiza la actividad de rayos en tiempo real en un radio de 2 km. |
|
La retirada de 13 pararrayos tipo Franklin, para instalar la nueva tecnología, confirman el cambio sobre la política de protección, donde la prioridad para el consumidor y sobre todo los grandes clientes sea; “evitar en lo posible el impacto de rayo directo” (Norma Telefónica España RA 0007) . |
| |
|
|
|
| |
Esta instalación está situada a 1.900 metros sobre el nivel de mar y en una zona Keráunica de máximo riesgo referente al nivel Keráunico de España, tenía instalado anteriormente, una punta Franklin, y cada año la instalación padecía averías a causa del impacto directo del rayo en la punta del pararrayos, llegando a fundir parte de la punta y causar daños materiales en la instalación incluyendo el paro completo de la producción. |
| |
|
|
|
| |
Desde hace tres años, la instalación está en servicio sin incidencias de rayos directas, el cliente certifica su buen funcionamiento. |
|
Esta torre de telecomunicaciones de Vodafone en ATAKA, Japón, está también protegida con un pararrayos CTS, y controlada por cámaras de video especiales de alta velocidad, la instalación está siendo grabada en tiempo real y analizando su comportamiento; cabe destacar que estas instalaciones tenían anteriormente un pararrayos PDC (PDA o ESE) de la marca DELTA Technology, el motivo de su retirada fue que un rayo de 200.000 Amperios impactó en la punta del pararrayos y lo fulminó fisicamente, desapareciendo parte de su estructura, dañando los equipos de telecomunicaciones y destrozando equipos electrónicos de los particulares del pueblo cercano donde se ubica la torre de telecomunicaciones en ATAKA. |
| |
|
|
|
| |
Esta otra instalación de pararrayos CTS, es el repetidor principal de televisión del Cadí de la empresa TRADIA, está en zonas de máximo nivel Keráunico y con mucha actividad de rayos, situado en la Masella a 2300 metros sobre el nivel del mar.
Lleva 2 años sin impactos de rayos directos.
En esta instalación se retiró un pararrayos tipo Franklin de 5 puntas, algunas puntas están fundidas y a otras les falta parte del material. |
| |
|
|
|
| |
|
|
Conclusiones |
|
El cambio climático genera temporadas de tormentas cada vez más largas con grandes potenciales energéticos que repercuten en una tendencia hacia una mayor actividad eléctrico-atmosférica, en general, y de rayos, en particular incluso fuera de temporadas.
Las nuevas tecnologías de protección del rayo se convierten en una necesidad evidente para garantizar la protección de las personas, animales e instalaciones: comunicaciones, audiovisual, maquinaria etc.
La política de protección del rayo, tiene que cambiar, para evitar en lo posible el impacto directo del rayo en las instalaciones, para reducir en lo posible los efectos directos e indirectos a personas e instalaciones. |
| |
|
De lo analizado hasta ahora podemos concluir que: |
|
• Los impactos de rayos son aleatorios y su trayectoria es caótica con un potencial de descarga muy destructivo.
• Los sistemas actuales de protección del rayo se tienen que adaptar al cambio climático, para garantizar una protección eficaz.
• 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.
• Todos los pararrayos acabados en una o varias puntas que tienen como principio excitar y atraer el rayo, sean pasivos o activos, ionizan el aire generando chispas peligrosas y descargas de alta tensión, las instalaciones de protección externa del rayo están reguladas por normas de pararrayos en cada país y no están adaptadas a la situación técnica necesaria de las instalaciones de alto riesgo y climatológica actual.
• Las actuales normas de pararrayos, no cumplen con los requisitos mínimos de seguridad de las personas, según las exigencias del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión ; Estos sistemas tendrían que ser utilizados fuera de las zonas de riesgo de explosiones, zonas urbanas o industriales. Su campo de aplicación seria ideal para garantizar zonas de captación de rayos, como por ejemplo los bosques, así se podría evitar un gran numero de incendios a causa del impacto directo del rayo en los árboles .
• Los certificados de laboratorios de alta tensión que avalan la eficacia de los pararrayos acabados en punta, tendrían que ser sólo utilizados, como documentos de referencia técnica del fabricante, y no como aplicación en las instalaciones ya que la norma no garantiza una protección absoluta a las personas e instalaciones con estos sistemas de pararrayos, también tenemos que objetar que los ensayos de laboratorio de alta tensión no contemplan en su protocolo, toda la instalación que se define en la norma de pararrayos, cable, mástil, soportes, toma de tierra etc.
• Vista la situación actual del cambio climático y dada la gran problemática repetida de los sistemas actuales de protección, llamados pararrayo Franklin, o PDC que tienen su principio en la ionización y captación del rayo, se recomienda a nivel mundial su retirada o prohibir su instalación hasta que no se revisen todas las normativas concernientes a la prevención y protección de las personas contra los efectos directos e indirectos de los rayos.
• La eficacia de un sistema de protección del rayo en el cual esté en juego la seguridad de las personas y la continuidad de los servicios o contenido de la información digital , tiene que ser demostrada, con el cumplimiento día a día en el espacio tiempo, del objetivo para el cual ha sido diseñado, “la protección del rayo “ , La aplicación, el tiempo y el estudio de los resultados en el campo de trabajo, avalarán el funcionamiento de cada sistema. |
| |
La gran pregunta que nos seguimos haciendo: |
| |
¿Por qué seguir instalando pararrayos ionizantes que atraen la descarga de los rayos a una zona que queremos proteger?.
¿No seria mejor instalar los para-rayos desionizantes para eliminar la descarga del rayo en la zona de protección? |
|
Información, noticias y actualizaciones de cómo efectuar una instalación de pararrayos que evita la caída del rayo y las repercusiones de su fenómeno, referencias de instalaciones efectuadas. www.pararrayos.org
Angel Rodríguez Montes
Experto en protecciones y análisis de los efectos del rayo. |
| |
|
| |
|
 |
| |
| Para mayor información póngase en contacto con: int@andorra.ad |
Continuación de este documento próximo 21 de Mayo de 2007 |
|
