Pararrayos - Lightning rod

Un pararrayos en el punto más alto de un edificio alto, conectado a una varilla de tierra por un cable.
Diagrama de un sistema simple de protección contra rayos

Un pararrayos ( EE . UU. , AUS , CA ) o un pararrayos ( Reino Unido ) es una varilla de metal montada en una estructura y destinada a proteger la estructura de un rayo . Si un rayo golpea la estructura, preferentemente golpeará la varilla y será conducido a tierra a través de un cable, en lugar de atravesar la estructura, donde podría provocar un incendio o provocar una electrocución . Los pararrayos también se denominan remates , terminales de aire o dispositivos de terminación de impacto.

En un sistema de protección contra rayos, un pararrayos es un solo componente del sistema. El pararrayos requiere una conexión a tierra para realizar su función protectora. Los pararrayos vienen en muchas formas diferentes, incluidas tiras huecas, sólidas, puntiagudas, redondeadas, planas o incluso con forma de cepillo de cerdas. El principal atributo común a todos los pararrayos es que todos están hechos de materiales conductores, como el cobre y el aluminio . El cobre y sus aleaciones son los materiales más utilizados en la protección contra rayos.

Historia

El principio del pararrayos fue detallado por primera vez por Prokop Diviš en Přímětice en 1753.

"Machina meteorologica" inventada por Diviš funcionaba como un pararrayos
Torre de Nevyansk en Rusia coronada con una varilla metálica conectada a tierra a través de un complejo sistema de barras de refuerzo (algunas se ven en el sótano)
Los primeros trabajos de Franklin sobre la electricidad
"Dragón de Tesla". Pararrayos de cobre en el Tesla Science Center, basado en un aislante Hemingray

A medida que los edificios se vuelven más altos, los rayos se vuelven más peligrosos. Los rayos pueden dañar las estructuras hechas de la mayoría de los materiales, como mampostería , madera , concreto y acero , porque las enormes corrientes y voltajes involucrados pueden calentar los materiales a altas temperaturas . El calor provoca un posible incendio de la estructura .

Rusia

Es posible que se haya utilizado intencionalmente un pararrayos en la Torre Inclinada de Nevyansk . La aguja de la torre está coronada con una varilla metálica en forma de esfera dorada con púas. Este pararrayos se conecta a tierra a través de la carcasa de la barra de refuerzo , que atraviesa todo el edificio.

La Torre Nevyansk fue construida entre 1721 y 1745, por orden del industrial Akinfiy Demidov . La Torre Nevyansk se construyó 28 años antes del experimento y la explicación científica de Benjamin Franklin. Sin embargo, se desconoce la verdadera intención detrás del techo de metal y las barras de refuerzo.

Europa

Es probable que la torre de la iglesia de muchas ciudades europeas, que generalmente era la estructura más alta de la ciudad, fuera alcanzada por un rayo. Al principio, las iglesias cristianas intentaron evitar la ocurrencia de los efectos dañinos de los rayos mediante la oración. Peter Ahlwardts ("Consideraciones teológicas y razonables sobre los truenos y los relámpagos", 1745) aconsejó a las personas que buscaban protegerse de los relámpagos que fueran a cualquier parte excepto a la iglesia o sus alrededores.

Existe un debate en curso sobre si una "máquina meteorológica", inventada por el sacerdote premonstratense Prokop Diviš y erigida en Přímětice (ahora parte de Znojmo ), Moravia (ahora República Checa ) en junio de 1754, cuenta como una invención individual del rayo. varilla. El aparato de Diviš estaba, según sus teorías privadas, destinado a prevenir las tormentas eléctricas por completo al privar constantemente al aire de su electricidad superflua. Sin embargo, el aparato estaba montado en un poste independiente y probablemente mejor conectado a tierra que los pararrayos de Franklin en ese momento, por lo que servía como pararrayos. Después de las protestas locales, Diviš tuvo que detener sus experimentos meteorológicos alrededor de 1760.

Estados Unidos

En lo que más tarde se convirtió en los Estados Unidos , el pararrayos puntiagudo, también llamado atractor de rayos o pararrayos de Franklin , fue inventado por Benjamin Franklin en 1752 como parte de su innovadora exploración de la electricidad . Aunque no fue el primero en sugerir una correlación entre la electricidad y los rayos, Franklin fue el primero en proponer un sistema viable para probar su hipótesis. Franklin especuló que, con una barra de hierro afilada hasta un punto, "el fuego eléctrico, creo, saldría de una nube en silencio, antes de que pudiera acercarse lo suficiente para golpear". Franklin especuló sobre los pararrayos durante varios años antes de su experimento con cometas .

En el siglo XIX, el pararrayos se convirtió en motivo decorativo. Los pararrayos estaban adornados con bolas de cristal ornamentales (ahora apreciadas por los coleccionistas). El atractivo ornamental de estas bolas de vidrio se ha utilizado en veletas . Sin embargo, el propósito principal de estas bolas es proporcionar evidencia de un rayo al romperse o caerse. Si después de una tormenta se descubre que una bola falta o está rota, el dueño de la propiedad debe revisar el edificio, la varilla y el cable de conexión a tierra en busca de daños.

Ocasionalmente, se usaban bolas de vidrio sólido en un método que pretendía evitar que los rayos cayeran sobre barcos y otros objetos. La idea era que los objetos de vidrio, al no ser conductores, rara vez son alcanzados por un rayo. Por lo tanto, dice la teoría, debe haber algo en el vidrio que repele los rayos. Por lo tanto, el mejor método para evitar que un rayo cayera en un barco de madera era enterrar una pequeña bola de vidrio sólido en la punta del mástil más alto. El comportamiento aleatorio de los rayos combinado con el sesgo de confirmación de los observadores aseguró que el método ganara un poco de credibilidad incluso después del desarrollo del pararrayos marino poco después del trabajo inicial de Franklin.

Se suponía que los primeros pararrayos de los barcos se izarían cuando se anticipaba un rayo, y tuvieron una baja tasa de éxito. En 1820, William Snow Harris inventó un sistema exitoso para instalar protección contra rayos en los veleros de madera de la época, pero a pesar de las pruebas exitosas que comenzaron en 1830, la Royal Navy británica no adoptó el sistema hasta 1842, momento en el que la Armada Imperial Rusa. ya había adoptado el sistema.

En la década de 1990, los 'puntos de luz' fueron reemplazados como se construyeron originalmente cuando se restauró la Estatua de la Libertad en lo alto del edificio del Capitolio de los Estados Unidos en Washington, DC . La estatua fue diseñada con múltiples dispositivos con punta de platino. El Monumento a Washington también estaba equipado con múltiples puntos de iluminación, y la Estatua de la Libertad en el puerto de Nueva York es alcanzada por un rayo, que se desvía al suelo.

Sistema de protección contra rayos

Sistema de protección contra rayos en una plataforma de lanzamiento en la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral .

Un sistema de protección contra rayos está diseñado para proteger una estructura de daños causados ​​por rayos interceptando dichos impactos y pasando de manera segura sus corrientes extremadamente altas a tierra . Un sistema de protección contra rayos incluye una red de terminales de aire, conductores de conexión y electrodos de tierra diseñados para proporcionar una ruta de baja impedancia a tierra para posibles impactos.

Los sistemas de protección contra rayos se utilizan para evitar daños por rayos en las estructuras. Los sistemas de protección contra rayos mitigan el riesgo de incendio que los rayos representan para las estructuras. Un sistema de protección contra rayos proporciona una ruta de baja impedancia para que la corriente del rayo disminuya el efecto de calentamiento de la corriente que fluye a través de materiales estructurales inflamables. Si los rayos viajan a través de materiales porosos y saturados de agua, estos materiales literalmente pueden explotar si su contenido de agua se convierte en vapor por el calor producido por la alta corriente. Esta es la razón por la que los rayos suelen destrozar los árboles.

Debido a los altos niveles de energía y corriente asociados con los rayos (las corrientes pueden superar los 150.000 A) y al tiempo de subida muy rápido de un rayo, ningún sistema de protección puede garantizar una seguridad absoluta contra los rayos. La corriente del rayo se dividirá para seguir cada camino conductor a tierra, e incluso la corriente dividida puede causar daños. Los "flashes laterales" secundarios pueden ser suficientes para encender un fuego, volar ladrillos, piedras u hormigón, o herir a los ocupantes dentro de una estructura o edificio. Sin embargo, los beneficios de los sistemas básicos de protección contra rayos han sido evidentes durante más de un siglo.

Las mediciones a escala de laboratorio de los efectos de [cualquier investigación de investigación sobre rayos] no se adaptan a aplicaciones que involucran rayos naturales. Las aplicaciones de campo se han derivado principalmente de prueba y error basadas en la investigación de laboratorio mejor intencionada de un fenómeno altamente complejo y variable.

Las partes de un sistema de protección contra rayos son terminales de aire (pararrayos o dispositivos de terminación de impacto), conductores de conexión, terminales de tierra (varillas, placas o mallas de tierra o "puesta a tierra") y todos los conectores y soportes para completar el sistema. Los terminales aéreos suelen estar dispuestos en los puntos superiores de una estructura de techo o a lo largo de ellos, y están unidos eléctricamente mediante conductores de conexión (llamados "conductores de bajada" o "conductores de bajada "), que están conectados por la ruta más directa a una o más conexiones a tierra. o terminales de puesta a tierra. Las conexiones a los electrodos de tierra no solo deben tener una baja resistencia, sino que también deben tener una baja autoinducción .

Un ejemplo de una estructura vulnerable a los rayos es un granero de madera. Cuando un rayo golpea el establo, la estructura de madera y su contenido pueden encenderse por el calor generado por la corriente del rayo conducida a través de partes de la estructura. Un sistema básico de protección contra rayos proporcionaría una ruta conductora entre una terminal aérea y la tierra, de modo que la mayor parte de la corriente del rayo seguiría la ruta del sistema de protección contra rayos, con una corriente sustancialmente menor viajando a través de materiales inflamables.

Originalmente, los científicos creían que tal sistema de protección contra rayos de terminales aéreas y "cables descendentes" dirigía la corriente del rayo hacia la tierra para ser "disipada". Sin embargo, la fotografía de alta velocidad ha demostrado claramente que los rayos en realidad están compuestos por un componente de nube y un componente de tierra con carga opuesta. Durante un rayo "de nube a tierra", estos componentes con carga opuesta generalmente "se encuentran" en algún lugar de la atmósfera muy por encima de la tierra para igualar las cargas previamente desequilibradas. El calor generado cuando esta corriente eléctrica fluye a través de materiales inflamables es el peligro que los sistemas de protección contra rayos intentan mitigar al proporcionar una ruta de baja resistencia para el circuito de rayos . No se puede confiar en ningún sistema de protección contra rayos para "contener" o "controlar" los rayos por completo (ni hasta ahora, para evitar los rayos por completo), pero parecen ayudar inmensamente en la mayoría de las ocasiones de rayos.

Las estructuras con armazón de acero pueden unir los miembros estructurales a la tierra para brindar protección contra rayos. Un asta de bandera de metal con su base en la tierra es su propio sistema de protección contra rayos extremadamente simple. Sin embargo, la (s) bandera (s) que vuelan desde el poste durante un rayo pueden ser completamente incineradas.

La mayoría de los sistemas de protección contra rayos que se utilizan hoy en día son del diseño tradicional de Franklin . El principio fundamental utilizado en los sistemas de protección contra rayos tipo Franklin es proporcionar una ruta de impedancia suficientemente baja para que los rayos viajen hasta llegar al suelo sin dañar el edificio. Esto se logra rodeando el edificio en una especie de jaula de Faraday . Un sistema de conductores de protección contra rayos y pararrayos se instala en el techo del edificio para interceptar cualquier rayo antes de que impacte en el edificio.

Protectores de estructura

Paisaje adecuado para el propósito de la explicación : (1) Representa el área "reducida" de Lord Kelvin de la región; (2) Superficie concéntrica con la Tierra de manera que las cantidades almacenadas sobre ella y debajo de ella sean iguales; (3) Construir en un sitio con una densidad de carga electrostática excesiva ; (4) Construir en un sitio de baja densidad de carga electrostática. (Imagen a través de la patente de EE . UU . 1.266.175 ).
Pararrayos en una estatua.

Pararrayos

Un pararrayos es un dispositivo utilizado en sistemas de energía eléctrica y sistemas de telecomunicaciones para proteger el aislamiento y los conductores del sistema de los efectos dañinos de los rayos. El pararrayos típico tiene un terminal de alto voltaje y un terminal de tierra.

En telegrafía y telefonía , un pararrayos es un dispositivo que se coloca donde los cables ingresan a una estructura, con el fin de evitar daños a los instrumentos electrónicos internos y garantizar la seguridad de las personas cercanas a las estructuras. Las versiones más pequeñas de pararrayos, también llamados protectores de sobretensión , son dispositivos que están conectados entre cada conductor eléctrico en un sistema de energía o comunicaciones y la tierra. Ayudan a prevenir el flujo de la potencia normal o las corrientes de señal a tierra, pero proporcionan un camino por el que fluye la corriente de rayos de alto voltaje, sin pasar por el equipo conectado. Los pararrayos se utilizan para limitar el aumento de voltaje cuando una línea de comunicación o de energía es alcanzada por un rayo o está cerca de un rayo.

Protección de los sistemas de distribución eléctrica.

En los sistemas de transmisión eléctrica aérea , se pueden montar uno o dos cables de tierra más ligeros en la parte superior de las torres, postes o torres que no se utilicen específicamente para enviar electricidad a través de la red. Estos conductores, a menudo denominados cables "estáticos", "piloto" o "blindados", están diseñados para ser el punto de terminación del rayo en lugar de las propias líneas de alto voltaje. Estos conductores están destinados a proteger los conductores de energía principal de los rayos .

Estos conductores están conectados a tierra a través de la estructura metálica de un poste o torre, o mediante electrodos de tierra adicionales instalados a intervalos regulares a lo largo de la línea. Como regla general, las líneas eléctricas aéreas con voltajes por debajo de 50 kV no tienen un conductor "estático", pero la mayoría de las líneas que transportan más de 50 kV sí lo tienen. El cable conductor de tierra también puede soportar cables de fibra óptica para la transmisión de datos.

Las líneas más antiguas pueden usar pararrayos que aíslan las líneas conductoras de la conexión directa a tierra y pueden usarse como líneas de comunicación de bajo voltaje. Si el voltaje excede un cierto umbral, como durante la terminación de un rayo en el conductor, "salta" los aisladores y pasa a tierra.

La protección de las subestaciones eléctricas es tan variada como los mismos pararrayos y, a menudo, es propiedad de la compañía eléctrica.

Protección contra rayos de radiadores de mástil

Los radiadores de mástil de radio pueden aislarse del suelo mediante una descarga de chispas en la base. Cuando un rayo golpea el mástil, salta este espacio. Una pequeña inductividad en la línea de alimentación entre el mástil y la unidad de sintonización (generalmente un devanado) limita el aumento de voltaje, protegiendo al transmisor de voltajes peligrosamente altos. El transmisor debe estar equipado con un dispositivo para monitorear las propiedades eléctricas de la antena. Esto es muy importante, ya que podría quedar una carga después de un rayo, dañando el espacio o los aislantes.

El dispositivo de control apaga el transmisor cuando la antena muestra un comportamiento incorrecto, por ejemplo, como resultado de una carga eléctrica no deseada. Cuando se apaga el transmisor, estas cargas se disipan. El dispositivo de monitorización hace varios intentos para volver a encenderse. Si después de varios intentos la antena continúa mostrando un comportamiento inadecuado, posiblemente como resultado de daños estructurales, el transmisor permanece apagado.

Conductores de rayos y precauciones de puesta a tierra

Idealmente, la parte subterránea del conjunto debería residir en un área de alta conductividad del suelo. Si el cable subterráneo es capaz de resistir bien la corrosión , se puede cubrir con sal para mejorar su conexión eléctrica con el suelo. Si bien la resistencia eléctrica del pararrayos entre la terminal aérea y la Tierra es de gran preocupación, la reactancia inductiva del conductor podría ser más importante. Por esta razón, la ruta del conductor de bajada se mantiene corta y las curvas tienen un radio grande. Si no se toman estas medidas, la corriente del rayo puede formar un arco sobre una obstrucción resistiva o reactiva que encuentre en el conductor. Como mínimo, la corriente del arco dañará el pararrayos y puede encontrar fácilmente otra ruta conductora, como el cableado o la plomería de un edificio, y provocar incendios u otros desastres. Los sistemas de puesta a tierra sin baja resistividad al suelo aún pueden ser efectivos para proteger una estructura de daños por rayos. Cuando el suelo tiene poca conductividad, es muy poco profundo o no existe, se puede aumentar un sistema de conexión a tierra agregando varillas de tierra, conductor de contrapeso (anillo de tierra), radiales de cable que se proyectan lejos del edificio o barras de refuerzo de un edificio de concreto. utilizado para un conductor de tierra ( tierra de Ufer ). Estas adiciones, aunque todavía no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la [dispersión] del rayo en la tierra sin dañar la estructura.

Se deben tomar precauciones adicionales para evitar destellos laterales entre objetos conductores sobre o en la estructura y el sistema de protección contra rayos. El aumento de la corriente del rayo a través de un conductor de protección contra rayos creará una diferencia de voltaje entre este y cualquier objeto conductor que esté cerca de él. Esta diferencia de voltaje puede ser lo suficientemente grande como para causar un destello lateral peligroso (chispa) entre los dos que puede causar daños significativos, especialmente en estructuras que albergan materiales inflamables o explosivos. La forma más eficaz de prevenir este daño potencial es asegurar la continuidad eléctrica entre el sistema de protección contra rayos y cualquier objeto susceptible a un destello lateral. La unión efectiva permitirá que el potencial de voltaje de los dos objetos suba y baje simultáneamente, eliminando así cualquier riesgo de destello lateral.

Diseño del sistema de protección contra rayos

Se utiliza una cantidad considerable de material para fabricar los sistemas de protección contra rayos, por lo que es prudente considerar detenidamente dónde una terminal aérea proporcionará la mayor protección. La comprensión histórica del rayo, a partir de las declaraciones de Ben Franklin, asumió que cada pararrayos protegía un cono de 45 grados. Se ha descubierto que esto no es satisfactorio para proteger estructuras más altas, ya que es posible que un rayo caiga sobre el costado de un edificio.

El Dr. Tibor Horváth desarrolló un sistema de modelado basado en una mejor comprensión del objetivo de terminación de los rayos, llamado Método de la esfera rodante. Se ha convertido en el estándar por el cual se instalan los sistemas tradicionales de Franklin Rod. Para comprender esto se requiere conocimiento de cómo se "mueve" el rayo. Cuando el líder de un rayo salta hacia el suelo, avanza hacia los objetos conectados a tierra más cercanos a su camino. La distancia máxima que puede recorrer cada paso se llama distancia crítica y es proporcional a la corriente eléctrica. Es probable que los objetos se golpeen si están más cerca del líder que esta distancia crítica. Es una práctica estándar aproximar el radio de la esfera como 46 m cerca del suelo.

Es poco probable que el líder golpee un objeto fuera de la distancia crítica si hay un objeto sólidamente conectado a tierra dentro de la distancia crítica. Las ubicaciones que se consideran seguras de los rayos se pueden determinar imaginando los caminos potenciales de un líder como una esfera que viaja desde la nube hasta el suelo. Para la protección contra rayos, basta con considerar todas las esferas posibles a medida que tocan los puntos de impacto potenciales. Para determinar los puntos de impacto, considere una esfera rodando sobre el terreno. En cada punto, se simula una posición de líder potencial. Es más probable que caiga un rayo donde la esfera toque el suelo. Los puntos sobre los que la esfera no puede rodar y tocar son los más seguros de los rayos. Los protectores contra rayos deben colocarse donde impidan que la esfera toque una estructura. Sin embargo, un punto débil en la mayoría de los sistemas de desvío de rayos es el transporte de la descarga capturada del pararrayos al suelo. Los pararrayos se instalan típicamente alrededor del perímetro de los techos planos, oa lo largo de los picos de los techos inclinados a intervalos de 6,1 mo 7,6 m, dependiendo de la altura de la varilla. Cuando un techo plano tiene dimensiones superiores a 15 m por 15 m, se instalarán terminales de aire adicionales en el medio del techo a intervalos de 15 mo menos en un patrón de cuadrícula rectangular.

Extremos redondeados versus puntiagudos

Pararrayos puntiagudos en un edificio

La forma óptima para la punta de un pararrayos ha sido controvertida desde el siglo XVIII. Durante el período de confrontación política entre Gran Bretaña y sus colonias estadounidenses, los científicos británicos sostuvieron que un pararrayos debería tener una bola en su extremo, mientras que los científicos estadounidenses sostuvieron que debería haber un punto. En 2003, la controversia no se había resuelto por completo. Es difícil resolver la controversia porque los experimentos controlados adecuados son casi imposibles, pero el trabajo realizado por Charles B. Moore , et al., En 2000 ha arrojado algo de luz sobre el tema, encontrando que los pararrayos moderadamente redondeados o de punta roma actúan como receptores de huelga marginalmente mejores. Como resultado, las varillas de punta redonda se instalan en la mayoría de los sistemas nuevos en los Estados Unidos, aunque la mayoría de los sistemas existentes todavía tienen varillas puntiagudas. Según el estudio,

[c] Los cálculos de las intensidades relativas de los campos eléctricos sobre varillas afiladas y romas expuestas de manera similar muestran que, si bien los campos son mucho más fuertes en la punta de una varilla afilada antes de cualquier emisión, disminuyen más rápidamente con la distancia. Como resultado, a unos pocos centímetros por encima de la punta de una varilla roma de 20 mm de diámetro, la fuerza del campo es mayor que sobre una varilla similar y más afilada de la misma altura. Dado que la intensidad de campo en la punta de una varilla afilada tiende a estar limitada por la fácil formación de iones en el aire circundante, las intensidades de campo sobre varillas romas pueden ser mucho más fuertes que aquellas a distancias superiores a 1 cm sobre las más afiladas.
Los resultados de este estudio sugieren que las varillas de metal moderadamente romas (con una relación entre la altura de la punta y el radio de la punta de curvatura de aproximadamente 680: 1) son mejores receptores de rayos que las varillas más afiladas o muy romas.

Además, influirá la altura del protector contra rayos en relación con la estructura a proteger y la propia Tierra.

Teoría de transferencia de carga

La teoría de la transferencia de carga establece que se puede evitar el impacto de un rayo en una estructura protegida reduciendo el potencial eléctrico entre la estructura protegida y la nube de tormenta. Esto se hace transfiriendo carga eléctrica (como desde la Tierra cercana al cielo o viceversa). La transferencia de carga eléctrica de la Tierra al cielo se realiza mediante la instalación de productos de ingeniería compuestos por muchos puntos por encima de la estructura. Se observa que los objetos puntiagudos efectivamente transferirán carga a la atmósfera circundante y que se puede medir una corriente eléctrica considerable a través de los conductores a medida que se produce la ionización en el punto en el que hay un campo eléctrico, como ocurre cuando hay nubes de tormenta sobre la cabeza.

En los Estados Unidos, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) no respalda actualmente un dispositivo que pueda prevenir o reducir los rayos. El Consejo de Normas de la NFPA, a raíz de una solicitud de un proyecto para abordar los sistemas Dissipation Array [tm] y los Sistemas de transferencia de carga, rechazó la solicitud de comenzar a formar normas sobre dicha tecnología (aunque el Consejo no descartó el desarrollo de normas futuras después de que fuentes confiables demostraran el Se presentaron validez de la tecnología básica y la ciencia).

Teoría de la emisión temprana de streamer (ESE)

ESE pararrayos montado en el Monasterio de San Nicolás Anapausas (Μονή του Αγίου Νικολάου), Meteora , Grecia

La teoría de la emisión temprana de serpentinas propone que si un pararrayos tiene un mecanismo que produce ionización cerca de su punta, entonces su área de captura de rayos aumenta considerablemente. En un principio, se utilizaron pequeñas cantidades de isótopos radiactivos ( radio-226 o americio-241 ) como fuentes de ionización entre 1930 y 1980, y luego se sustituyeron por diversos dispositivos eléctricos y electrónicos. Según una patente anterior, dado que los potenciales de tierra de la mayoría de los protectores contra rayos son elevados, la distancia de la trayectoria desde la fuente hasta el punto de tierra elevado será más corta, creando un campo más fuerte (medido en voltios por unidad de distancia) y esa estructura será más propensa a la ionización y descomposición.

AFNOR, el organismo nacional de normalización francés, emitió una norma, NF C 17-102, que cubre esta tecnología. La NFPA también investigó el tema y hubo una propuesta para emitir una norma similar en los EE. UU. Inicialmente, un panel de terceros independiente de la NFPA declaró que "la tecnología de protección contra rayos [Early Streamer Emission] parece ser técnicamente sólida" y que había una "base teórica adecuada para el concepto y el diseño de la terminal aérea [Early Streamer Emission] desde un punto de vista físico punto de vista ".) El mismo panel también concluyó que" el sistema de protección contra rayos recomendado [norma NFPA 781] nunca ha sido científicamente o técnicamente validado y los terminales de aire de varilla Franklin no han sido validados en pruebas de campo bajo condiciones de tormenta ".

En respuesta, la Unión Geofísica Estadounidense concluyó que "[e] l Panel de Bryan no revisó esencialmente ninguno de los estudios y la literatura sobre la efectividad y la base científica de los sistemas tradicionales de protección contra rayos y fue erróneo en su conclusión de que no había base para el Estándar". . AGU no intentó evaluar la eficacia de las modificaciones propuestas a los sistemas tradicionales en su informe. La NFPA retiró su borrador de edición propuesto de la norma 781 debido a la falta de evidencia de una mayor efectividad de los sistemas de protección basados ​​en emisiones de transmisión temprana en comparación con las terminales aéreas convencionales.

Los miembros del Comité Científico de la Conferencia Internacional sobre Protección contra Rayos (ICLP, por sus siglas en inglés) han emitido una declaración conjunta en la que manifiestan su oposición a la tecnología Early Streamer Emission. ICLP mantiene una página web con información relacionada con ESE y tecnologías relacionadas. Aún así, el número de edificios y estructuras equipados con sistemas de protección contra rayos ESE está creciendo, así como el número de fabricantes de terminales aéreos ESE de Europa, América, Medio Oriente, Rusia, China, Corea del Sur, países de la ASEAN y Australia.

Análisis de huelgas

Los rayos que caen sobre una estructura metálica pueden variar desde no dejar evidencia —excepto, quizás, un pequeño hoyo en el metal— hasta la completa destrucción de la estructura. Cuando no hay pruebas, analizar las huelgas es difícil. Esto significa que un impacto en una estructura no instrumentada debe confirmarse visualmente, y el comportamiento aleatorio de un rayo dificulta tales observaciones. También hay inventores que trabajan en este problema, por ejemplo, a través de un cohete relámpago . Si bien los experimentos controlados pueden fallar en el futuro, se están obteniendo muy buenos datos a través de técnicas que utilizan receptores de radio que observan la 'firma' eléctrica característica de los rayos utilizando antenas direccionales fijas. A través de técnicas precisas de triangulación y sincronización, los rayos se pueden localizar con gran precisión, por lo que los impactos en objetos específicos a menudo se pueden confirmar con confianza.

La energía de un rayo está típicamente en el rango de 1 a 10 mil millones de julios . Esta energía se libera generalmente en una pequeña cantidad de golpes separados, cada uno con una duración de unas pocas decenas de microsegundos (típicamente de 30 a 50 microsegundos), durante un período de aproximadamente una quinta parte de un segundo. La gran mayoría de la energía se disipa en forma de calor, luz y sonido en la atmósfera.

Protectores de aeronaves

Las aeronaves están protegidas por dispositivos montados en la estructura de la aeronave y por el diseño de sistemas internos. Los rayos generalmente entran y salen de una aeronave a través de la superficie exterior de su estructura o a través de descargas estáticas . El sistema de protección contra rayos proporciona trayectorias conductoras seguras entre los puntos de entrada y salida para evitar daños a los equipos electrónicos y proteger el combustible o la carga inflamables de las chispas .

Estos caminos están construidos con materiales conductores. Los aisladores eléctricos solo son efectivos en combinación con una ruta conductora porque los rayos bloqueados pueden exceder fácilmente el voltaje de ruptura de los aisladores. Los materiales compuestos se construyen con capas de malla de alambre para que sean suficientemente conductores y las juntas estructurales están protegidas mediante una conexión eléctrica a través de la junta.

Los cables blindados y los gabinetes conductores brindan la mayor parte de la protección a los sistemas electrónicos. La corriente del rayo emite un pulso magnético que induce corriente a través de los bucles formados por los cables. La corriente inducida en el escudo de un bucle crea un flujo magnético a través del bucle en la dirección opuesta . Esto disminuye el flujo total a través del bucle y el voltaje inducido a su alrededor.

El camino conductor del rayo y el blindaje conductor transportan la mayor parte de la corriente. El resto se pasa por alto alrededor de la electrónica sensible usando supresores de voltaje transitorio y se bloquea usando filtros electrónicos una vez que el voltaje de paso es lo suficientemente bajo. Los filtros, como los aislantes, solo son efectivos cuando los rayos y las sobrecorrientes pueden fluir a través de una ruta alternativa.

Protectores de embarcaciones

Una instalación de protección contra rayos en una embarcación comprende un protector contra rayos montado en la parte superior de un mástil o superestructura y un conductor de puesta a tierra en contacto con el agua. Los conductores eléctricos se unen al protector y descienden hasta el conductor. Para una embarcación con un casco conductor (hierro o acero), el conductor de puesta a tierra es el casco. Para una embarcación con un casco no conductor, el conductor de puesta a tierra puede ser retráctil, fijado al casco o fijado a una tabla central .

Evaluación de riesgos

Algunas estructuras están intrínsecamente más o menos en riesgo de ser alcanzadas por un rayo. El riesgo para una estructura es una función del tamaño (área) de una estructura, la altura y el número de rayos por año por mi 2 para la región. Por ejemplo, será menos probable que se golpee un edificio pequeño que uno grande, y será más probable que se golpee un edificio en un área con una alta densidad de rayos que uno en un área con una baja densidad de rayos. . La Asociación Nacional de Protección contra Incendios proporciona una hoja de trabajo de evaluación de riesgos en su estándar de protección contra rayos.

La evaluación del riesgo de rayos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) comprende cuatro partes: pérdida de seres vivos, pérdida del servicio al público, pérdida del patrimonio cultural y pérdida del valor económico. La pérdida de seres vivos se considera la más importante y es la única pérdida que se tiene en cuenta para muchas aplicaciones industriales y comerciales no esenciales.

Estándares

La introducción de los sistemas de protección contra rayos en las normas permitió a varios fabricantes desarrollar sistemas de protección con una multitud de especificaciones. Existen múltiples estándares de protección contra rayos internacionales, nacionales, corporativos y militares.

  • NFPA -780: "Norma para la instalación de sistemas de protección contra rayos" (2014)
  • M440.1-1, Protección contra tormentas eléctricas y rayos, Departamento de Energía
  • AFI 32-1065 - Sistemas de puesta a tierra, Comando espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU.
  • FAA STD 019e, Requisitos de protección contra rayos y sobretensiones, conexión a tierra, conexiones y blindaje para instalaciones y equipos electrónicos
  • Estándares UL para protección contra rayos
    • UL 96: "Estándar de componentes de protección contra rayos" (5.ª edición, 2005)
    • UL 96A: "Norma para requisitos de instalación para sistemas de protección contra rayos" (Duodécima edición, 2007)
    • UL 1449: "Estándar para dispositivos de protección contra sobretensiones" (cuarta edición, 2014)
  • Normas IEC
    • EN 61000-4-5 / IEC 61000-4-5 : "Compatibilidad electromagnética (CEM) - Parte 4-5: Técnicas de prueba y medición - Prueba de inmunidad a sobretensión"
    • EN 62305 / IEC 62305: "Protección contra rayos"
    • EN 62561 / IEC 62561: "Componentes del sistema de protección contra rayos (LPSC)"
  • Recomendaciones de la serie ITU-T K : "Protección contra interferencias"
  • Estándares IEEE para puesta a tierra
    • IEEE SA-142-2007: "Práctica recomendada por IEEE para la conexión a tierra de sistemas eléctricos industriales y comerciales". (2007)
    • IEEE SA-1100-2005: "Práctica recomendada de IEEE para la alimentación y puesta a tierra de equipos electrónicos" (2005)
  • AFNOR NF C 17-102 Archivado 2015-04-02 en Wayback Machine : "Protección contra rayos - Protección de estructuras y áreas abiertas contra rayos utilizando terminales de aire de emisión temprana de streamer" (1995)
  • GB 50057-2010 Código de diseño para la protección de edificios contra rayos
  • AS / NZS 1768: 2007: "Protección contra rayos"

Ver también

Referencias

Citas

Fuentes

enlaces externos