Módulo II Descargas Atmosféricas Sistema Externo de Protección Tormentas Eléctricas
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Módulo II Descargas Atmosféricas Sistema Externo de Protección Tormentas Eléctricas
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Módulo II Descargas Atmosféricas Sistema Externo de Protección Tormentas Eléctricas. El rayo. ¿Qué es?. Estudiado desde 1752 (Franklin). El rayo es una descarga eléctrica transitoria de alta corriente cuya trayectoria principal se mide en kilómetros. - PowerPoint PPT Presentation
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Módulo IIDescargas Atmosféricas
Sistema Externo de ProtecciónTormentas Eléctricas
El rayo¿Qué es?
Estudiado desde 1752 (Franklin).
El rayo es una descarga eléctrica transitoria de alta corriente cuya trayectoria principal se mide en kilómetros.
Entre nubes. (2 a 3 veces más frecuente)
Entre nube y suelo.
Las descargas a suelo se producen en un tipo de nube llamada Cumulonimbus (Cb).
Base de 2 Km. Cima de 15 a 20 KmLluvia intensa y tormentas eléctricas.
El rayo¿Cómo se forma?
Acumulación de cargas en un sistema de nubes cercano al suelo.
Alcanza magnitudes muy altas y comúnmente presenta polaridad negativa en la parte baja de la nube.
Las partículas de hielo en la parte superior de las nubes se encuentran cargadas en promedio de manera positiva.
Las partículas de agua más pesadas en la parte inferior de la nube están cargadas en promedio de manera negativa.
El rayo¿Cómo se forma?
Ocurre de manera interna.
Por la interacción de distintos procesos hidrometeoros.
La nube se compone de carga negativa en la parte inferior de la nube.
Carga positiva en la parte superior.
Pequeñas zonas positivas en la base de la nube, que son comúnmente despreciables.
El rayoClasificación
La clasificación evalúa la polaridad efectiva observada en las descargas a la Tierra y la dirección de propagación del líder inicial.
La categoría más común es la 1, con una ocurrencia del 95%.
Inicia con un líder descendente cargado de forma negativa desde la parte baja de la nube y transfiere carga negativa a la Tierra.
La dirección del rayo se puede conocer a partir de la dirección de sus ramas.
El rayoClasificación
La categoría 3 se inicia con un líder descendiente; sin embargo está cargado de manera positiva y transfiere carga positiva a la Tierra desde estratos superiores de la nube. (<5%)
Las categorías 2 y 4 son muy raras en ocurrencia; sin embargo son muy comunes en estructuras mayores a 100 m de altura.
El rayoClasificación
Fotografía de la torre de 540 metros de altura de la televisora Ostankino en Moscú.
La fotografía izquierda muestra a la torre siendo golpeada por un rayo.
La fotografía de la derecha muestra un rayo ascendente en la misma torre.
Descendente Ascendente
ComponentesFases de Descarga
1. Ruptura Preliminar.
2. Formación del Líder Descendente.
3. Formación de Líderes Ascendentes.
4. Enlace
5. Descarga de Retorno
El rayoFases de Descarga
Cuando la carga de la nube es suficientemente fuerte, se presenta la Ruptura Preliminar.
Es una descarga electrostática interna que genera Ruptura Dieléctrica.
El resultado es la formación de una guía llamada Líder Escalonado.
Un líder es un canal de plasma; es decir gas con partículas cargadas (iones libres).
El rayoFases de Descarga
Cuando el líder se acerca a unas decenas o cientos de metros se produce el Proceso de Enlace.
La diferencia de potencial entre la punta del líder y la Tierra es del orden de 107[V].
El campo eléctrico en objetos puntiagudos o irregularidades del terreno supera el valor de ruptura dieléctrica del aire, generando uno o varios líderes ascendentes.
El rayoFases de Descarga
Uno de estos líderes hace contacto con el líder escalonado unas decenas de metros arriba de la Tierra , Enlace.
La punta del líder descendente queda conectada al potencial de la Tierra por medio de un canal conductor de aire ionizado.
Se produce la Descarga de Retorno el rayo se propaga a través del camino dejado por el líder.
El rayoFases de Descarga
Se propaga a un tercio de la velocidad de la luz.
Transportando carga negativa desde el canal del líder y la nube hasta la Tierra.
Es un impulso de corriente que presenta un pico de hasta 400[kA].
Gracias a que el rayo sigue el camino dejado por el líder escalonado, este repite su trayectoria, generando la forma de zigzag.
El rayo¿Qué es un trueno?
Liberación de energía audible, durante la descarga de retorno.
El canal se calienta por encima de 28,000[ °C], provocando un cambio de presión entre 10 y 100 atmósferas.
Es tan rápido el cambio que genera una onda de choque que finalmente se convierte en una onda de sonido ordinaria propagándose.
Viaja a unos 340[m/s]
El rayo¿Qué es un Relámpago?
Liberación de energía luminosa durante la descarga de retorno.
La velocidad de esta luz es de unos 300,000,000[m/s].
El ojo humano percibe el relámpago con la formación del canal.
Escuchar el trueno toma varios segundos para llegar a nuestros oídos.
Es posible estimar la distancia a la que impactó un rayo multiplicando el tiempo transcurrido entre el relámpago y el trueno por 340.
ProblemáticaDescargas
1. Directas.Fuego, Destrucción.
2. En líneas de Transmisión.Impulsos eléctricos en ambas direcciones, por inducción o
descarga directa.
3. Pulso Electromagnético.Inducido en conductores por el campo generado por el rayo.
4. Corrientes en el Suelo.Redistribución de cargas en el suelo. Gradientes de
Potencial. Arqueo e Incendios.
ProtecciónSistema Externo
1. Esfera Rodante.
2. Ángulo de Protección.
3. Malla
4. Cebado
5. Transferencia de Carga
6. Tecnología Total Ground
Tecnología Total GroundBeneficios de un SEPTE
Reduce el riesgo de daños que puede provocar un rayo.
Si se diseña con la instalación eléctrica, reduce costos en edificaciones nuevas.
Otorga puntos de enlace y caminos adecuados para la corriente del rayo.
Compuesto por tres elementos fundamentales:
1. Terminales Aéreas.2. Conductores de Bajada.3. Electrodos de Puesta a Tierra
Tecnología Total GroundTotal Ground
AplicacionesProtección Atmosférica
Tres partes:Terminal Aérea, Conductor de Bajada y Sistema de Puesta a Tierra.
La magnitud de corrientes que se pueden descargar por este medio obligan que el sistema cuente con un electrodo dedicado.
El electrodo se conecta a un acoplador de impedancias que en sus laterales se interconecta con la estructura incrementando la capacidad de disipación de energía.
Tecnología Total GroundKits de Pararrayos
MODELOINCLUYE: KDA-05 KDA-03 KDA-01 KDA-LUDIÁMETRO DE PROTECCIÓN 300 m 200 m 160 m 80 mPunta Pararrayos TG-05 TG-03 TG-01 KDA-LUElectrodo TG-1000 TG-700 TG-100K TG-100ABBobina LCR 1 1 1 1Acoplador TGC04 TGC04 TGC01 -H2Ohm (Saco 11kg) 8 4 1 1Mástil c/aislador 1.20 m 1 1 1 1Brújula y Nivel 1 1 1 1
El Sistema Pararrayos Total Ground intercepta, conduce y disipa la corriente del rayo y de elementos internos mediante uniones, blindaje y puesta a tierra.
Tecnología Total GroundKits de Pararrayos
TG-05/TG-03Material: AluminioResistividad Eléctrica del Aluminio: 2.82 X 10-8 Ohms-mDimensiones:•Altura Punta: 23 cm•Diámetro mayor: 18 cm•Diámetro rosca interna: 5/16 ”
KDA-LUMaterial: AluminioResistividad Eléctrica del Aluminio: 2.82 X 10-8 Ohms-mDimensiones:•Altura Punta: 23 cm•Diámetro mayor: 14 cm•Diámetro rosca interna: 5/16 ”
TG-01Material: Acero InoxidableResistividad Eléctrica del Acero Inoxidable: 72 X 10-8 Ohms-mDimensiones:•Altura Punta: 20.5 cm•Diámetro mayor: 13 cm•Diámetro rosca interna: 3/8 ”
Tecnología Total GroundAccesorios
Punta tipo Franklin
Punta tipo Dipolo
Jaula de Faraday
Punta tipo Maciza
Base Triangular
Base Circular
Base Para Punta Tipo Maciza
Desconectador
Abrazadera
Conector de Varilla a Cable
TGVC
Tecnología Total GroundAccesorios
Mástil
Bases para Mástil
Abrazadera para Mástil
Aislador de Cable
Pararrayos
Contador de Descargas
NormatividadNormas – Estándares – Recomendaciones
NOM es Obligatoria, NMX es Voluntaria
Nacionales: NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas (Utilización).NOM-022-STPS-2008, Electricidad Estática en los Centros de Trabajo.NMX-J-549-ANCE-2005, Sistema de Protección vs. Tormentas Eléctricas Especificaciones, Materiales y Métodos de Medición.
Internacionales:NFPA 780, Standard for the Installation of Lightning Protection Systems.EIA/TIA 607, Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications.IEEE 142, Grounding of Industrial and Comercial Power Systems.IEEE 1100 , Powering and Grounding Electronic Equipment.
NormatividadNOM-001-SEDE-2005
250-46 Separación de los conductores de bajada de los pararrayos.“Las canalizaciones, envolventes, estructuras y partes metálicas de equipo eléctrico que no transporten normalmente corriente eléctrica, se deben mantener alejadas 1,8 m como mínimo de los conductores de bajada de los electrodos de puesta a tierra de los pararrayos o deben unirse cuando la distancia a los conductores de bajada sea inferior a 1,8 m.”
250-81 Sistema de Electrodos de Puesta a Tierra.“Si existen en la propiedad, en cada edificio o estructura perteneciente a la misma, los elementos (a) a (d) que se indican a continuación y cualquier electrodo de puesta a tierra prefabricado instalado de acuerdo con lo indicado en 250-83(c) y 250-83(d), deben conectarse entre sí para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra.
NOTA: En el terreno o edificio pueden existir electrodos o sistemas de tierra para equipos de cómputo, pararrayos, telefonía, comunicaciones, subestaciones o acometida, apartarrayos, entre otros, y todos deben conectarse entre sí.
a) Tubería Metálica Subterranea para Agua…b) Estructura Metálica del Edificio…c) Electrodo Empotrado en Concreto…d) Anillo de Tierra… “
NormatividadNOM-001-SEDE-2005
250-83 Electrodos Especialmente Construidos.“…Cuando se use más de un electrodo de puesta a tierra para el sistema de puesta a tierra, todos ellos (incluidos los que se utilicen como electrodos de puesta a tierra de pararrayos) no deben estar a menos de 1,8 m de cualquier otro electrodo de puesta a tierra o sistema para puesta a tierra. Dos o más electrodos de puesta a tierra que estén efectivamente conectados entre sí, se deben considerar como un solo sistema de electrodos de puesta a tierra…”
250-86 Sistema de Electrodos de Puesta a Tierra de Pararrayos.“No se deben utilizar conductores de puesta a tierra de pararrayos, ni tubos, varillas u otros electrodos de puesta a tierra fabricados utilizados para poner a tierra las bajadas de los pararrayos, en sustitución de los electrodos de puesta a tierra indicados en 250-83 para la puesta a tierra de sistemas eléctricos y de equipo. Esta disposición no impide cumplir los requisitos de unión de los electrodos de puesta a tierra de diversos sistemas…
…NOTA 2: Si se interconectan todos los electrodos de puesta a tierra de distintos sistemas, se limita la diferencia de potencial entre ellos y entre sus correspondientes sistemas de alambrado.”
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
SPTESistema de protección
contra tormentas eléctricas
RIESGOValoración de riesgo
Instalaciónde un SEPTE
Sección 4.2
Terminales aéreasTipo ubicación y altura
Conductores de bajadaTipo cantidad y ubicación
SPTSistema de puesta a tierra
UEUnión equipotencial
Puesta a tierra (N)Puntos de conexión (normal)
SSTTSupresores de
sobretensión transitoria
Memoria técnica
Sección 4.3.2
Sección 4.3.3
Sección 4.3.4
Sección 4.4.1
Sección 4.4.2
Sección 4.4.3
No
Si
SEPTE
SIPTE
Sección 4.3
Sección 4.4
SPTESistema de protección
contra tormentas eléctricas
RIESGOValoración de riesgo
Instalaciónde un SEPTE
Sección 4.2
Terminales aéreasTipo ubicación y altura
Conductores de bajadaTipo cantidad y ubicación
SPTSistema de puesta a tierra
UEUnión equipotencial
Puesta a tierra (N)Puntos de conexión (normal)
SSTTSupresores de
sobretensión transitoria
Memoria técnica
Sección 4.3.2
Sección 4.3.3
Sección 4.3.4
Sección 4.4.1
Sección 4.4.2
Sección 4.4.3
No
Si
SEPTE
SIPTE
Sección 4.3
Sección 4.4
Fig. 1. NMX-J-549
4.3.2 Terminales AéreasLas terminales aéreas pueden ser:a) Elementos metálicos verticales.b) Cables aéreos tendidos horizontalmente.c) Una combinación de ambos.Las terminales aéreas deben cumplir con las especificaciones indicadas en el Capitulo 6, y pueden utilizarse en un SEPTE aislado o no aislado.
4.3.3 Conductores de BajadaSe permite que el conductor de bajada se forme por alguno de los elementos siguientes:
• Solera• Barra redonda• Cable• Acero estructural o de refuerzo (componente natural).
Los conductores de bajada deben cumplir con las especificaciones indicadas en el Capitulo 6.
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
4.3.2 Terminales AéreasLas terminales aéreas pueden ser:a) Elementos metálicos verticales.b) Cables aéreos tendidos horizontalmente.c) Una combinación de ambos.Las terminales aéreas deben cumplir con las especificaciones indicadas en el Capitulo 6, y pueden utilizarse en un SEPTE aislado o no aislado.
4.3.3 Conductores de BajadaSe permite que el conductor de bajada se forme por alguno de los elementos siguientes:
• Solera• Barra redonda• Cable• Acero estructural o de refuerzo (componente natural).
Los conductores de bajada deben cumplir con las especificaciones indicadas en el Capitulo 6.
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
4.3.4 Sistema de Puesta a Tierra
4.3.4.1 Electrodos de Puesta a Tierra4.3.4.2 Electrodos de Puesta a Tierra Comunes4.3.4.3 Diseño del SPT4.3.4.4 Factores para un SPT4.3.4.5 Métodos Prácticos para Mejorar la Eficiencia de un SPT4.3.4.6 Resistencia de Puesta a Tierra4.3.4.7 Electrodos de Puesta a Tierra en Suelos de Alta Resisitividad4.3.4.8 Reducción de Peligro de Choque Eléctrico4.3.4.9 Cálculo y Mediciones del Sistema de Puesta a Tierra
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
4.4.1 Unión Equipotencial (UE)
4.4.1.1 Elementos para Lograr la UE.Conductores de Unión, Barras de Unión, Supresores de Sobretensiones Transitorias.
4.4.1.2 UE a Nivel Externo para un SEPTE Aislado.Mástiles Separados o Sobre la Estructura a Proteger.
4.4.1.3 UE a Nivel Externo para un SEPTE no Aislado.Interconexión con Acero de Refuerzo, Conductores de Bajada Naturales.
4.4.1.4 UE a Nivel Interno.Interconexión entre Barras Unión (Barras de Tierra).
4.4.1.5 UE en Instalaciones de Telecomunicaciones.
4.4.1.6 UE y Blindaje Electromagnético.
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
4.4.2 Puesta a Tierra para el Interior del Edificio o Estructura
“…La puesta a tierra debe satisfacer lo indicado en esta norma mexicana, así como lo indicado en la NOM-001-SEDE para instalaciones eléctricas. Asimismo, dichas instalaciones eléctricas, deben contener como mínimo los elementos siguientes, según sea el caso: …”
a) Barra de Puesta a Tierra...b) Conexión del Neutro…c) Conductores…d) Tableros Derivados con Barra de Neutro y Tierra…e) Barra de Puesta a Tierra para Gabinetes de Electrónica…f) Conductores Derivados…g) Red de Puesta a Tierra para Piso Falso…h) Puesta a Tierra de Supresores de Transitorios…
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
4.4.3 Supresor de Sobretensiones Transitorias
4.4.3.1 Puntos de Entrada de los Transitorios
4.4.3.2 Descripción de Categorías de Ubicación
SE ABORDARÁ EN EL SIGUIENTE MÓDULO
NormatividadNMX-J-549-ANCE-2005
Proyección4.2 Valoración de Riesgo
Proyección4.2 Valoración de Riesgo
Proyección4.2 Valoración de Riesgo
Proyección4.2 Valoración de Riesgo
Estructuras Comunes Frecuencia NdResidencia 0.04Granja 0.02Tanque Elevado 0.04Edificio de Servicio 0.02Hospital, Asilo, Reclusorio 0.02Industriales 0.01Museos 0.02Telecomunicaciones 0.02
Frecuencia Media Anual Permitida de Rayos Directos
Lugares para proteger:
•Área construida contra descargas atmosféricas
ProyecciónPlanta
ProyecciónDibujo
ProyecciónZonas de Protección
