pb2012_060

Universidad de Costa Rica

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

IE 0502 Proyecto Elctrico

Diagnstico de Riesgo y Vulnerabilidad ante

Descargas Atmosfricas del Sistema Elctrico del

Edificio EIE, y Propuesta de Diseo de Soluciones

Por:

Salvador Ramrez Alvarado

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

Enero del 2013

ii

Diagnstico de Riesgo y Vulnerabilidad ante Descargas

Atmosfricas del Sistema Elctrico del Edificio EIE, y

Propuesta de Diseo de Soluciones

Por:

Salvador Ramrez Alvarado

Sometido a la Escuela de Ingeniera Elctrica

de la Facultad de Ingeniera

de la Universidad de Costa Rica

como requisito parcial para optar por el grado de:

BACHILLER EN INGENIERA ELCTRICA

Aprobado por el Tribunal:

_________________________________

Ing. Juan Ramn Rodrguez

Profesor Gua

_________________________________ _________________________________

Ing. Tony Delgado Ing. Ismael Araya

Profesor lector Profesor lector

iii

DEDICATORIA

A mi madre, padre, hermana, cuado, abuela, ta, sobrinas, primos, primas y amigos

por su apoyo incondicional a lo largo de toda mi vida y mi proceso de aprendizaje, este

proyecto viene a cerrar una parte de m etapa de estudios y poder abrirme otra.

iv

RECONOCIMIENTOS

A mi profesor gua, el ingeniero Juan Ramn Rodrguez, por apoyarme en la

formulacin del proyecto y confiarme el desarrollo del mismo. Y a mis profesores lectores,

los ingenieros Tony Delgado y especialmente al seor Ismael Araya, por guiarme y poner a

mi alcance la informacin necesaria para completar este trabajo.

v

NDICE GENERAL

CAPTULO 1: INTRODUCCIN ............................................................... 1

OBJETIVOS .................................................................................................. 3

1.1 Objetivo general ...................................................................................... 3

1.1.1 Objetivos especficos ...................................................................................................... 3

1.1 Metodologa ......................................................................................... 4

CAPTULO 2: DESCARGAS ATMOSFRICAS ...................................... 6

2.1 Las descargas atmosfricas ................................................................. 6

2.2 Estructura tripolar de la nube ............................................................ 8

2.3 Proceso de descarga atmosfrica. (La formacin del rayo) .............. 9

2.4 Clasificacin de las descargas atmosfricas ..................................... 11

2.5 Estudio y Observacin de las descargas atmosfricas ..................... 11

2.6 Sobre voltajes debido de las descargas atmosfricas ....................... 13

2.7 Recuento estadstico de descargas atmosfricas en Costa Rica ...... 15

2.8 Red Nacional de Deteccin y Anlisis de Descargas Atmosfricas . 15

vi

CAPITULO 3: SISTEMAS DE PROTECCIN CONTRA DESCARGAS

ATMOSFRICAS ....................................................................................... 18

3.1 Proteccin de exteriores contra descargas atmosfricas ..................... 18

3.1.1 Niveles de proteccin contra el rayo .................................................. 19

3.2 Terminales de intercepcin ................................................................... 22

3.2.1 Pararrayos ......................................................................................................................... 22

3.2.2 Mstiles............................................................................................................................. 31

3.2.3 Jaula de Faraday ............................................................................................................... 31

3.2.4 Cables colgantes............................................................................................................... 33

3.3 Conductores de bajada .......................................................................... 34

3.4 Puesta a tierra ........................................................................................ 37

3.5 Proteccin Interna contra descargas atmosfricas .............................. 41

3.5.1 Supresores de Sobre voltaje Transitorios ....................................................................... 41

CAPITULO 4 NORMATIVA DE SISTEMAS DE PROTECCIN

CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS ............................................ 49

4.1 Norma NFPA 780 (Standard for the Installation of Lightning

Protection Systems) ..................................................................................... 49

4.2 IEC 62305 Proteccin contra descargas atmosfricas ......................... 54

vii

IEEE 62.41 Practicas recomendadas para sobretensiones en circuitos de corriente alterna

de baja tensin. ........................................................................................................................ 59

IEEE 1100 Prcticas recomendadas para la alimentacin y puesta a tierra de equipos

electrnicos sensibles. ............................................................................................................. 61

CAPITULO 5: CASO DE ESTUDIO: EDIFICIO DE LA ESCUELA DE

INGENIERA ELCTRICA ...................................................................... 64

5.1 Efectos de las descargas atmosfricas: ................................................. 64

5.2 Manejo del riesgo para estructuras segn la Norma IEC 62305 Parte

II ................................................................................................................... 70

5.3 Clculo de Riesgo Norma NFPA 780: .................................................. 73

5.4 Determinacin del Nivel de Sistema de Proteccin: ............................ 76

5.5 Propuesta de diseo utilizando la Norma IEC 62305 -3:................... 105

5.6 Propuesta de diseo utilizando la Norma NFPA 780: ....................... 117

5.7 Utilizacin del software de diseo OPR Designer de ABB para

proteccin externa: .................................................................................... 121

5.8 Utilizacin del software de diseo Critec Surge Selection Calculator

de ERICO .................................................................................................. 124

5.9 Revisin del Edificio de la Escuela de Ingeniera Elctrica: ............. 126

viii

Norma NFPA 780 ...................................................................................... 126

CAPTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.............. 139

6.1 Conclusiones ........................................................................................ 139

6.2 Recomendaciones................................................................................. 143

BIBLIOGRAFA ....................................................................................... 144

APNDICES ............................................................................................. 147

Apndice 1 ................................................................................................. 147

ix

NDICE DE FIGURAS

Capitulo 2

Figura 2. 1 Estructura tripolar de la nube .................................................................................. 9

Figura 2. 2 Densidad de descargas a nivel global .................................................................. 12

Figura 2. 3 Distribucin de los sensores IMPACT del Sistema de Informacin (REDADA) . 16

Capitulo 3

Figura 3. 1 Picos de las descargas contra probabilidad de ocurrir [5] .................................. 19

Figura 3. 2 Esquemtico de la proteccin de una terminal PDC [12].................................... 25

Figura 3. 3 Desarrollo matemtico para determinar Rp de una terminal PDC [12] ............ 26

Figura 3. 4 Modelo de pararrayo Millenium s 6.60 [12] ....................................................... 27

Figura 3. 5 Modelo de pararrayo tipo puntas Franklin [13] ................................................... 29

Figura 3. 6 Proteccin de un edificio por medio de Jaula de Faraday [9] ............................. 32

Figura 3. 7 Proteccin de equipo por medio del mtodo de los cables colgantes [10] ......... 34

Figura 3. 8 Clase I [3] ............................................................................................................... 36

Figura 3. 9 Clase II [3] .............................................................................................................. 36

Figura 3. 10 Curva de MOV [4] .............................................................................................. 43

Figura 3. 11 Supresor de voltajes transitorios para lnea de datos [1] ................................... 46

Figura 3. 12 Categoras de ubicacin de los supresores [1] .................................................. 47

Capitulo 3

Figura 3. 1 Picos de las descargas contra probabilidad de ocurrir [5] .................................. 19

Figura 3. 2 Esquemtico de la proteccin de una terminal PDC [12].................................... 25

x

Figura 3. 3 Desarrollo matemtico para determinar Rp de una terminal PDC [12] ............ 26

Figura 3. 4 Modelo de pararrayo Millenium s 6.60 [12] ....................................................... 27

Figura 3. 5 Modelo de pararrayo tipo puntas Franklin [13] ................................................... 29

Figura 3. 6 Proteccin de un edificio por medio de Jaula de Faraday [9] ............................. 32

Figura 3. 7 Proteccin de equipo por medio del mtodo de los cables colgantes [10] ......... 34

Figura 3. 8 Clase I [3] ............................................................................................................... 36

Figura 3. 9 Clase II [3] .............................................................................................................. 36

Figura 3. 10 Curva de MOV [4] .............................................................................................. 43

Figura 3. 11 Supresor de voltajes transitorios para lnea de datos [1] ................................... 46

Figura 3. 12 Categoras de ubicacin de los supresores [1] .................................................. 47

Capitulo 4 Figura 4. 1 Requisitos mnimos de los materiales clase I y clase II [3]................................. 50

Figura 4. 2 Clasificacin segn su ubicacin los TVSS [15] ................................................ 59

Figura 4. 3 Proteccin contra Transientes segn su ubicacin [18]....................................... 60

Figura 4. 4 Forma de onda clsica de una corriente transitoria [15] ...................................... 60

Capitulo 5

Figura 5. 1 Distancia de choque de la descarga atmosfrica [12] .......................................... 67

Figura 5. 2 Circuito equivalente para la impedancia de una torre [13].................................. 69

Figura 5. 3 Calculo del rea Ag para los distintos casos. [8] ................................................. 77

xi

Figura 5. 4 Mapa de densidad de descargas en el ao 2010. [4] ............................................ 82

Figura 5. 5 Altura de la terminal area [3]............................................................................... 88

Figura 5. 6 Terminales areas sobre un techo A con declive [3] ........................................... 89

Figura 5. 7 Terminales areas sobre un techo plano [3] ......................................................... 90

Figura 5. 8 Esquema de un sistema de proteccin .................................................................. 93

Figura 5. 9 Niveles de proteccin y sus valores segn el mtodo. [8] ................................... 96

Figura 5. 10 Valores mnimos del radio de la esfera rodante, del tamao de la malla y del

ngulo de proteccin, segn el nivel de proteccin [8] .......................................................... 97

Figura 5. 11 Valores para la designacin de los diferentes niveles de proteccin [8] .......... 97

Figura 5. 12 Valores para la designacin de los diferentes niveles de proteccin [8] .......... 99

Figura 5. 13 Valores para la designacin de los diferentes niveles de proteccin [8] ........ 100

Figura 5. 14 Valores del para la colocacin de electrodos a tierra [8]................................. 102

Figura 5. 15 Malla de puesta a tierra [10] ............................................................................. 102

Figura 5. 16 Valores mnimos para seccin transversal de los conductores de terminales

areas, barras de las terminales areas y conductores de bajada [8] ................................... 103

Figura 5. 17 Valores mnimos para los electrodos de tierra [8]. .......................................... 104

Figura 5. 18 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando el Mtodo Enmallado Nivel

I, 5 x 5 metros basndonos en la norma IEC 62305-3. [17] ................................................. 105

Figura 5. 19 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando el Mtodo Enmallado Nivel

I, 5 x 5 metros basndonos en la norma IEC 62305-3. [17] ................................................. 106

xii

Figura 5. 20 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando el Mtodo de la Esfera

Rodante Nivel I, 20 metros de radio basndonos en la norma IEC 62305-3. [17] ............. 107


Rodante Nivel I, 20 metros de radio Nivel I, basndonos en la norma IEC 62305-3. [17] 108



Figura 5. 23 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando el el Mtodo de la Esfera



Rodante Nivel I, 20 metros de radio Nivel I, 5 x 5 metros basndonos en la norma IEC

62305-3. [17] ........................................................................................................................... 111



Figura 5. 26 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando el de la Esfera Rodante Nivel

I, 20 metros de radio Nivel I, 5 x 5 metros basndonos en la norma IEC 62305-3. [17] ... 113





xiii



Figura 5. 30 Imagen de la EIE con proteccin exterior usando pararrayos tipo puntas

Franklin usando la Norma NFPA 780. [17] .......................................................................... 118





Figura 5. 33 . Imagen de la EIE con proteccin exterior usando pararrayos PDC y puntas

Franklin usando el software OPR Designer desarrollada por ABB [16] ............................. 122


Franklin usando el software OPR Designer desarrollada por ABB [16]. ............................ 123

Figura 5. 35 Imagen del Diagrama Unifilar de la EIE .......................................................... 124

Figura 5. 36 Imagen de los Supresores de Picos Tableros TS, T2S y T3S, con un valor de

120 kA, monofsico, 120/240, LL (800), LG (400), NG (400) Y LN (400)................................ 130

Figura 5. 37 Imagen de un tablero de la EIE. ............................................................................... 131

Figura 5. 38 Imagen de los Supresores de Picos Tableros TPH, T2HN, TIBH, THE, THEE,

TAS, TIHE con un valor de 120 kA, trifsico, 480/277, LL (1600), LG (800), NG (800) Y

LN (800). ................................................................................................................................. 132

xiv

Figura 5. 39 Imagen de la EIE donde muestra una punta Franklin protegiendo una torre

GSM. ........................................................................................................................................ 133

Figura 5. 40 Imagen de la EIE donde muestra los bajantes de una torre GSM. .................. 134

Figura 5. 41Imagen de la EIE donde muestra el bajante de una torre GSM. ...................... 135

Figura 5. 42 Imagen de la EIE donde muestra AA que deben ser protegidos..................... 136

Figura 5. 43 Imagen de la EIE donde muestra AA que deben ser protegidos..................... 137

Figura 5. 44 Imagen de la EIE donde muestra unas puntas Franklin protegiendo unas torre

GSM. ........................................................................................................................................ 138

xv

NDICE DE TABLAS

Capitulo 3

Tabla 3. 1 Parmetros de una descarga [5] ............................................................................. 20

Tabla 3. 2 Valores mximos de los parmetros del rayo correspondientes a los NP. [8]..... 21

Tabla 3. 3 Valores mnimos de los parmetros de las descargas y radio de la esfera. [8] .... 21

Tabla 3. 4 Probabilidad de los lmites de los parmetros de la corriente del rayo [8] .......... 21

Tabla 3. 5 Radios de Proteccin de una terminal PDC [12] .................................................. 25

Tabla 3. 6 .Clase I [3]............................................................................................................... 36

Tabla 3. 7 Clase II [3] ............................................................................................................... 36

Capitulo 5

Tabla 5. 1 Consecuencias inmediatas y posteriores de una descarga atmosfrica [16]. ....... 66

Tabla 5. 2 Frecuencia media anual permitida de rayos directos sobre estructuras comunes

[3]. .............................................................................................................................................. 75

Tabla 5. 3 del coeficiente ambiental de los alrededores. [8] .................................................. 78

Tabla 5. 4 Coeficiente estructural. [8] .................................................................................... 79

Tabla 5. 5 Coeficiente estructural de contenidos de un edificio. [8] ..................................... 79

Tabla 5. 6 Coeficientes de ocupacin estructural. [8] ............................................................. 79

Tabla 5. 7 Coeficiente de consecuencias ante un evento. [8] ................................................. 80

Tabla 5. 8 Niveles de proteccin y su correspondiente eficiencia. [8] .................................. 80

Tabla 5. 9 Nivel de proteccin de estructuras comunes [8].................................................... 85

Tabla 5. 10 Niveles de proteccin y su correspondiente eficiencia. [8] ................................ 86

xvi

Tabla 5. 11 Clase I [3]............................................................................................................... 93

Tabla 5. 12 .Clase II [3] ............................................................................................................ 94

Tabla 5. 13 Valores del edificio de Ingeniera Elctrica....................................................... 100

xvii

NOMENCLATURA

NFPA 780: National Fire Protection Association

IEC: International Electrotechnical Commission

EIE: Escuela de Ingeniera Elctrica.

UCR: Universidad de Costa Rica.

NASA: National Aeronautic and Space Administracion.

ICE: Instituto Costarricense de Electricidad.

REDADA: Red Nacional de Deteccin y Anlisis de Descargas Atmosfricas

PDC: Dispositivo de Cebado

NF C 17-102: French Standard Classification.

CTS: Sistema de Transferencia de Carga.

MOV: Varistores de Oxido Metlico.

SPCR: Sistema de Proteccin contra Rayos.

GDT: Tubos de Descarga Gaseosos.

SAD: Diodos de Avalancha de Silicio.

SPD: Surge Proteccin Devices.

xviii

IMN: Instituto Metrolgico Nacional.

CCTV: Circuito Cerrado de Televisin.

TVSS: Transient Voltage Surge Supressors.

xix

RESUMEN

El trabajo realizo consisti en realizar un estudio de vulnerabilidad y riesgo del

edificio de la Escuela de Ingeniera Elctrica, para lo cual por medio de una serie de visitas

se realizo una serie de inspecciones para comparar el Sistema de Proteccin contra

Descargas Atmosfricas, donde los equipos encontrados se estableci los niveles de

proteccin presentes.

Tambin por medio de la Norma 780, se estableci el nivel de proteccin requerido

tanto para la proteccin externa como interna el cual se determino que tena que ser el Nivel

I el recomendado para el tipo de estructura.

Dentro de los objetivos planteados estaba el uso de herramientas computacionales

para el diseo y propuesta de soluciones entre los software utilizados estn el OPR de ABB

de uso libre para protecciones externa, adems de CRITEC desarrollo por la empresa

ERICO, el cual tiene como fin, el clculo de la proteccin interna contra transientes de

cualquier estructura.

Entre las principales conclusiones est el hecho que la proteccin interna es

obligatoria mas en unos determinados casos la externa podra estar no presente, para el

edificio de la EIE si es obligatoria la implementacin de ambas proteccin, posteriormente

el uso de Dispositivos de Cebado es contemplado para la norma IEC- 62305 y son

rechazados por la norma Norteamrica NFPA 780, tambin se estableci que la cantidad de

xx

bajantes de edificio no son los correspondientes al permetro del mismo , y que el Sistema

de Proteccin externa contra Descargas Atmosfricas no cuenta con su propio sistema de

Puestas a Tierra. Se debe mencionar que la distribucin de la proteccin interna contra

descargas es la correcta mas sus valores de proteccin son inferiores en ciertos lugares a los

establecidos por las normas.

1

CAPTULO 1: Introduccin

La economa, la industria y el sector pblico dependen en gran medida de los

sistemas y dispositivos elctricos y electrnicos. Dentro del mbito de las modernas

instalaciones industriales se encuentran innumerables equipos y sistemas electrnicos.

Cualquier avera o fallo de los sistemas, as como por los fallos de las terminales y

perifricos conectados puede dar lugar rpidamente a una verdadera catstrofe.

Entre las causas ms frecuentes de estos fallos y averas estn las sobretensiones que

fluyen a travs de las redes debido a descargas elctricas ya sean directas, indirectas o

estticas, este riesgo puede ser minimizado con medidas adecuadas.

Cabe recordar que los fenmenos naturales incluyendo las tormentas elctricas son

casi imposibles de predecir, estas ltimas son las responsables de producir una quimera que

se considera un riesgo en el entorno electromagntico, las descargas de rayo adquieren una

relevancia especial ya que se estima que en nuestro planeta existen simultneamente unas

2000 tormentas simultaneas y que cerca de 100 rayos descargan sobre la Tierra cada

segundo. Y esto condiciona de forma determinante las medidas de proteccin que se han de

adoptar dentro del marco de la compatibilidad electromagntica.

La descarga elctrica atmosfrica, popularmente conocida como rayo, es un

fenmeno natural observado y temido por el ser humano desde el comienzo del uso de la

razn por parte de la especie.

2

En 1752, hace 250 aos, Benjamn Franklin invent el primer sistema de

proteccin contra descargas elctricas atmosfricas consistente en "una varilla metlica

ubicada verticalmente en el exterior en un punto elevado, una varilla metlica hincada en

tierra, y un conductor de conexin entre ambas". Franklin haba percibido que de esa

manera las descargas atmosfricas incidan en la varilla elevada, siguiendo el camino de

menor resistencia hacia tierra, y de esa manera se reduca la posibilidad de ocasionar daos

en otros elementos circundantes. Dicho diseo an sigue vigente en la actualidad.

Debido al hecho de que es risible la idea de ignorar los efectos de las descargas

atmosfricas debido a que son parte de un proceso natural y necesario, el cual puede tener

efectos negativos en los sistemas y equipos elctricos, y ms aun importante las descargas

elctricas atmosfricas pueden poner en riesgo la vida de las personas cercanas a estas

descargas, es ah donde nace la justificacin de este proyecto elctrico ante la urgencia que

tiene la universidad de actualizarse, especficamente el edificio de la Escuela de Ingeniera

Elctrica de la Universidad de Costa Rica, ante la posibilidad de descargas atmosfricas.

3

Objetivos

Estudiar la condicin de vulnerabilidad y riesgo ante descargas atmosfricas del

edificio de la Escuela de Ingeniera Elctrica, y proponer un diseo de las soluciones.

1.1 Objetivo general

Estudiar la condicin de vulnerabilidad y riesgo ante descargas atmosfricas del

edificio de la Escuela de Ingeniera Elctrica, y proponer un diseo de las soluciones.

1.1.1 Objetivos especficos

Hacer un estudio de vulnerabilidad elctrica del edificio, usando

como referencia la Norma NFPA 780, y la normativa IEC, relativa al tema.

Realizar un diagnstico de los niveles proteccin presentes en el

edificio de EIE, enfocado al cumplimiento de las normas.

Aplicar el uso de herramientas computacionales de libre distribucin para el diseo de las posibles soluciones

4

1.1 Metodologa

Como metodologa de este proyecto, se debe hacer un estudio del sistema elctrico

del edificio de la Facultad de Ingeniera Elctrica de la Universidad de Costa Rica ubicado

en la Ciudad de la Investigacin, ms especficamente el sistema de proteccin contra

descargas elctricas esto con el fin de conocer el estado de dicho sistema, esto como punto

de partida para este proyecto.

Para lograr este objetivo se realizaran, una serie de visitas asociadas al trabajo de

campo, todo esto con la idea de poder entender la primera parte del trabajo. Con base a

estas visitas se pude tener una idea del estado de vulnerabilidad y riesgo en que se

encuentra el edificio de Ingeniera Elctrica, ante descargas elctricas. Posteriormente

mediante la Norma NFPA 780 Estndar para la instalacin de sistemas de proteccin

contra descargas atmosfricas y tambin la Norma de la IEC 62305, Proteccin

contra descargas atmosfricas. Tambin podemos considerar normas como la IEEE

62.41 Practicas recomendadas para sobretensiones en circuitos de corriente alterna

de baja tensin.

Para el cumplimiento del resto de los objetivos se tendr que tomar en cuenta los

diferentes niveles de proteccin con que cuenta el edificio de Ingeniera Elctrica se debe

decir que el primer nivel consiste en establecer un camino directo a tierra para la corriente

de descargas atmosfricas. El segundo nivel de proteccin consiste en minimizar los

efectos indirectos que puede causar una descarga elctrica atmosfrica mediante el diseo

5

del camino de los elementos conductores que provienen del exterior, y que podran captar,

por fenmenos de induccin, parte de la energa disipada por una descarga. El tercer nivel

de proteccin consiste en instalar filtros para los equipos, estos dispositivos que absorben el

exceso de energa proveniente de la perturbacin, pueden ser parte de los protectores

primarios, o integrar cada equipo individual.

Para el ltimo objetivo se realizara una bsqueda entre las principales empresas de

protecciones elctricas, para el uso de Software desarrollados por ellos mismos y que sean

de uso libre.

6

CAPTULO 2: DESCARGAS ATMOSFRICAS

2.1 Las descargas atmosfricas

Las tormentas y descargas elctricas son fenmenos naturales y como tal,

imposibles de predecir con exactitud1. Los rayos son los principales ofensores con

potencial capaz de causar daos a las estructuras y a las personas en general, una descarga

atmosfrica origina un paso de corriente entre dos distintos puntos de una nube, entre dos

nubes distintas o entre una nube y la tierra.

Benjamn Franklin fue el primero en identificar este fenmeno como de

naturaleza elctrica y demostr que las nubes posean cargas mediante mediciones de

polaridad a las varillas utilizadas mientras se ubicaba bajo una nube. Entre sus hiptesis

estaba la de que los cmulos nimbos tenan diferentes cargas.

Casi dos siglos ms tarde, Wilson2 y Simpson

3 decidieron hacer una investigacin

de campo ms exhaustiva con la necesidad que tena la industria elctrica de protegerse

1 [1] Esteban Garita y Marco Quesada. Diseo, seleccin y aplicacin de sistemas de proteccin contra

descargas atmosfricas. UCR 2011.

2 C. T. Wilson famoso e influyente cientfico ingles que entre 1926 y 1929 realiz mediciones comparando

el campo elctrico de tormentas y el campo elctrico cambiante de los relmpagos. Basado en sus

observaciones, conjetur que en las nubes de tormentas existen cargas positivas en la parte superior y cargas

negativas en la inferior.

3 George Simpson, meteorlogo ingles que vivi entre 1878-1965, el cual desarrollo una teora acerca de la

formacin de cargas elctricas en las nubes, las cuales se debe a las corrientes de aire.

7

contra sus efectos dainos. Wilson comenz con mediciones de campo elctrico y supuso

que a medida que las partculas de hielo crecen e interactan, se rompen y chocan de forma

que se crean partculas con carga positiva, mientras que las partculas ms grandes se

cargan negativamente. La mayora de estas partculas se separan, de forma que por efecto

de la gravedad y las corrientes de aire se carga una nube en su parte baja con partculas

negativas y en la zona superior con cargas positivas. Estas separaciones producen una

enorme diferencia de potencial, ya sea entre nubes o con la tierra, teniendo el aire como

dielctrico, formando un dipolo positivo4.

En la misma poca, Simpson midi la carga de la lluvia producida por nubes de

tormenta y lleg a la conclusin opuesta: la regin inferior de una nube de tormenta estaba

cargada positivamente y la parte superior contena solo carga negativa, formando un dipolo

negativo. Recientemente, se han encontrado errores en las hiptesis de ambos

investigadores al indicar que las mediciones se realizaron en un solo lugar, lo cual era

insuficiente para inferir la distribucin de cargas en la nube.

La discrepancia obedece a que rara vez se mide la carga en una nube, sino que se

infiere del campo elctrico de la nube. Cuando hay ms de un cuerpo cargado, cualquier

nmero de configuraciones de carga puede producir la misma intensidad y direccin del

campo en un punto dado. Por lo tanto, una nica medicin del campo elctrico no puede

determinar la distribucin de cargas.


descargas atmosfricas. UCR 2011

8

2.2 Estructura tripolar de la nube

Despus de descartadas las teoras de los dipolos, se comenz a hablar de una

estructura tripolar en las nubes que conformaban una tormenta elctrica. Como su nombre

lo indica, se presentan 3 zonas con cargas intercaladas. Una regin de carga negativa N en

el centro de la nube y dos de carga positiva P, encima y otra ms pequea en la zona

inferior.

Comparando esta estructura con los resultados de Wilson y Simpson se llega a

entender los errores cometidos por los investigadores. Wilson midi el campo elctrico a

una distancia considerable de la nube haciendo que la presencia de la carga positiva en la

zona inferior de la nube quedara anulada por las cargas negativas encima de estas5.

Simpson, por su parte midi el campo elctrico debajo de la nube. Detect la carga

positiva ubicada en la parte baja del nimbo, mientras que la carga negativa apantallaba la

regin positiva superior y de esa forma concluy que era un dipolo negativo.



9

Figura 2. 1 Estructura tripolar de la nube [2]

2.3 Proceso de descarga atmosfrica. (La formacin del rayo)

Las concentraciones de carga elctrica en la atmosfera es el primer paso para la

conformacin de las descargas elctricas; las nubes en las que se da esta concentracin

reciben el nombre de cumulus nimbus y se encuentran separadas de la tierra una

distancia entre 5 km y 12 km. La tensin que se genera entre la nube y tierra es de alrededor

de 300 MV.

Se presentan tres fases. Inicialmente se tiene una fase de ionizacin; las partculas,

ya sean liquidas o slidas, que se encuentran en la nube chocan entre s al ser movilizadas

por las corrientes de aire ascendente y descendente dentro de la nube; estas colisiones hace

que las partculas adquieran carga.

La ionizacin produce descargas iniciales, una de estas descargas genera una

descarga precursora o leader (lder), que inicia un camino escalonado, con saltos de varias

centenas de metros, alrededor de 50 m; hacia tierra buscando el camino con menor

10

resistencia, y con una velocidad aproximada de 150 km/s, es llamada descarga escalonada.

La descarga escalonada se refiere a una secuencia de descargas que tienen origen

con la accin del viento, una corriente de pocos amperes y puntos de baja luminosidad.

Conforme crece, se crea un paso ionizado depositando carga a travs del canal de llegada a

tierra. No obstante, no todas las descargas escalonadas llegan a tierra.

Tambin es posible que se inicie una descarga escalonada desde un punto u objeto

situado en la tierra, en este caso concurren dos descargas escalonadas en un lugar

intermedio.

Cuando los dos lderes, el procedente de la nube y que el que se origina en la tierra,

se encuentran a una distancia entre los 50 m y 100 m se produce la ruptura de la rigidez

dielctrica del aire, dando origen a un canal plasmtico entre la nube y la tierra.

Con el camino ionizado que une la nube con tierra, se inicia la segunda fase de la

descarga elctrica, la cual consiste en una fuerte descarga, a travs del camino citado y

orientado hacia la nube, la cual es de gran luminosidad y con una velocidad de entre el 10%

y el 50% de la velocidad de la luz, la intensidad de corriente en esta etapa es cercana a los

20kA, aunque se ha registrado descargas entre los 160kA y los 400kA.

La energa del rayo est en los 10kWh y 100kWh pero posee una potencia de dao

entre los 10 GW y 1000GW, en este momento se generan temperaturas entre los 20000 C

y 30000 C, provocando una violenta expansin del aire que genera una onda mecnica

responsable del sonido caracterstico de una descarga atmosfrica, el cual recibe el nombre

de trueno.

Luego por ltimo, inicia una tercera fase en el proceso la descarga principal es de

tal magnitud que genera en la nube una descarga secundaria dirigida hacia la tierra, la cual

11

utiliza el mismo camino ionizado de la primera; entre descargas hay un tiempo que va de

0,005 s a medio segundo, durante el cual se forman nuevas cargas. Este proceso puede

repetirse varias veces, dependiendo del estado de electrificacin de la nube, esto se llama

descarga mltiple.

2.4 Clasificacin de las descargas atmosfricas

Las descargas atmosfricas, se clasifican segn su origen y el tipo de cargan que

poseen, as tenemos la:

Categora I: Estas se originan desde la nube hacia la tierra y son de cargas

negativas, estas constituyen el 90% de las descargas que suceden.

Categora II: Estas se originan desde la tierra a la nube y es de polaridad positiva.

Categora III: Esta categora incluye los rayos que van desde las nubes a tierra y son

de carga positiva.

Categora IV: Estas se originan desde la tierra a la nube y es de polaridad negativa.

2.5 Estudio y Observacin de las descargas atmosfricas

El estudio y monitoreo de los fenmenos atmosfricos tiene como funcin el

estudio investigar a fondo los rayos, para poder as dar una mejor explicacin de su origen

y tambin tiene como objetivo poder prevenir la muerte de personas adems de la

proteccin de equipos elctricos.

12

El estudio y monitoreo dio origen a dos parmetros muy importantes:

Nivel cerunico

El nivel Isocerunico de un lugar es el nmero promedio de das al cabo del ao en

los que hay tormenta. Se considera da con tormenta a aquel en el que al menos se oye

un trueno.

Se busca la creacin de Mapas Isocerunico los cuales son sobre la probabilidad de

cada de rayos, dentro de los Mapas estn las lneas Isocerunico, que son aquellas que

delimitan reas territoriales con un mismo nivel cerunico.

Densidad de descargas atmosfricas

Es la cantidad de descargas a tierra de una zona por kilometro cuadrado.

La figura 2.2 muestra la imagen global de un mapa de densidad de descargas atmosfricas,

tomada por la National Space Science and Tecnology Center de la NASA

Figura 2. 2 Densidad de descargas a nivel global [2]

13

2.6 Sobre voltajes debido de las descargas atmosfricas

Los fenmenos de sobre voltaje ms comunes en instalaciones por descargas

atmosfricas, lo cual provoca salida de operacin de equipos, daos en dispositivos

elctricos y en muchos casos interrupcin en sus servicios.

Existen tres tipos de sobre voltaje.

Sobre voltaje por descargas indirectas

Ocurren cuando las descargas atmosfricas caen en cercanas a una instalacin,

estos sobre voltajes son los ms comunes, suceden debido a induccin electroesttica y

electromagntica, su gravedad es variable dependiendo la cercana de la cada del rayo, se

pueden registrar valores de tensiones elctricas e intensidad de corriente, desde cientos

hasta miles.

Sobre voltaje por descarga directa

El rayo puede caer directamente en las lneas areas, propagndose la sobretensin

y la corriente a la largo de varios kilmetros. La sobretensin acaba llegando al usuario y

derivndose a tierra a travs de sus equipos producindoles averas o su total destruccin.

Dichas descargas pueden alcanzar valores hasta de 100 kA, lo que produce daos

mecnicos y elctricos debido a la gran liberacin energtica que se da. Cuando un rayo

cae sobre una lnea de transmisin esta se divide en dos ondas viajeras.

Este tipo de fenmenos someten al aislamiento de las instalaciones mal protegidas

entre ellas maquinas a esfuerzos dielctricos que superan los niveles bsicos de impulso de

su aislamiento, produciendo la ruptura por perforacin del material dielctrico de los

aislamientos. Cabe decir que las temperaturas que pueden alcanzar, los conductores rondan

los 8350 centgrados.

14

Sobre voltaje por carga esttica

Estos sobre voltajes se presentan ms que todo en lneas de transmisin, debido a

que sobre estas lneas, existen nubes, su efecto se reduce mediante el hilo guarda en las

lneas de transmisin y bayonetas e hilos de guarda en las subestaciones.

15

2.7 Recuento estadstico de descargas atmosfricas en Costa Rica

Normalmente se dan 100 descargas atmosfricas por segundo en el mundo. Con lo

cual se pueden contabilizar 8 millones de descargas al da. En Costa Rica se han llegado a

contabilizar desde valores de 15 descargas al da hasta 7 000, en un periodo menor de 12

horas6.

Actualmente existen varias instituciones que realizan estudios acerca de estos

fenmenos, entre las cuales podemos mencionar el Instituto de Investigacin Atmosfricas

de la Universidad de Costa Rica y el Instituto Metrolgico Nacional IMN, desde el 2002 El

ICE, en coordinacin con la National Aeronautic and Space Administracion (NASA),

inicio un proceso de recoleccin y muestra de datos acerca del comportamiento de las

descargas elctricas en Costa Rica, por medio del uso de satlites, GPS, y sensores se logra

determinar la densidad de descargas atmosfricas en la superficie del pas, o cantidad de

rayos por kilometro cuadrado.

2.8 Red Nacional de Deteccin y Anlisis de Descargas Atmosfricas

En el ao 2002 el ICE adquiri un sistema de deteccin de descargas atmosfricas,

este sistema recolecta informacin de gran utilidad. Este sistema de deteccin se conoce

con el nombre de Red Nacional de Deteccin y Anlisis de Descargas Atmosfricas

(REDADA) y consta de siete sensores tipo IMPACT, cinco de los cuales se encuentran



16

dentro del territorio nacional, los dos restantes en Panam. En la Figura 2.3 se muestra la

distribucin de los sensores en Costa Rica y Panam. Los sensores realizan la deteccin de

la descarga mediante una medicin indirecta a travs de los campos electromagnticos que

este fenmeno.

Informacin brindada por la REDADA

La Red Nacional de Deteccin y Anlisis de Descargas Atmosfricas brinda

bsicamente la siguiente informacin:

Hora, minuto y segundo en que tuvo lugar el evento.

Localizacin por medio de paralelos y meridianos del punto de impacto a tierra.

Intensidad en kiloamperios (kA) de cada descarga.

Tipo de descarga producida, ya sea de nube a tierra o de nube a nube

Figura 2. 3 Distribucin de los sensores IMPACT del Sistema de Informacin (REDADA)

17

Tipo de polaridad, es decir, el tipo de carga que se est transfiriendo (iones

positivos o iones negativos) sin importar la direccin en que es transferida.

La cantidad de descargas elctricas que tiene una descarga atmosfrica, esto

se conoce como multiplicidad.

18

Capitulo 3: Sistemas de Proteccin contra Descargas

Atmosfricas

La finalidad de un sistema de proteccin contra descargas atmosfricas es la

salvaguardar a las personas, infraestructuras y a los equipos.

En un contexto muy general los sistemas de proteccin tienen con fin captar las

descargas atmosfricas en un punto determinado, y conducir por un camino seguro a tierra

de baja impedancia para as disipar la energa por medio de unos electrodos., sin que esta

energa afecte como por ejemplo con transitorios a los equipos elctricos de una estructura.

Podemos dividir en dos la proteccin en internas y externas. La primera est

encargada de recibir los impactos indirectos de los rayos, darle como un camino, la

proteccin interna se relaciona con la vulnerabilidad de los equipos elctricos y electrnicos

ante descargas elctricas.

3.1 Proteccin de exteriores contra descargas atmosfricas

Este sistema est compuesto por tres elementos esenciales:

Un elemento bsico o elemental es el encargado de la captura de la descarga

atmosfrica, esto se puede realizarse por medio de elementos metlicos tales como

bayonetas o pararrayos tipo Franklin, conductores de acoplamiento o catenarias o

entras palabras varillas tipo Franklin, cables colgantes o mallas de conductores.

Conducir la intensidad de corriente elctrica, mediante un sistema de conductores,

los cuales deben tener una trayectoria de baja impedancia.

19

Disipar correctamente la energa en tierra, por medio de electrodos.

3.1.1 Niveles de proteccin contra el rayo

En este caso, se debe decir que mediante anlisis estadsticos desarrollados con l

tiempo que en el 50% de los casos las descargas posteriores no superan los 20 kA, el 2% de

los casos llega a superar 140 kA, tambin se concluyo que las descargas posteriores son de

menor intensidad y la repeticin es de 3 o 4 veces.

Figura 3. 1 Picos de las descargas contra probabilidad de ocurrir [5]

20

Segn la norma IEC 62305 se presentan cuatro niveles de proteccin contra

descargas elctricas, para cada nivel de proteccin se fijan un conjunto de parmetros de

corriente de mximos y mnimos. Los valores mximos de los parmetros de la corriente

del rayo correspondiente a NPI, no eran sobrepasados con una probabilidad del 99%, segn

la polaridad las descargas positivas tendrn un 10% de posibilidades mientras que, para las

negativas es de 1%.

Para el NPII los valores se reducen al 75% y para NPIII y NPIV se reducen al 50%

del valor original.

Los diferentes valores mximos se usan para la determinacin de los componentes

de proteccin contra descargas como seccin de conductores, capacidad de corriente de los

dispositivos contra sobretensiones transitorias, distancia de separacin contra chispas

peligrosas. Los valores mnimos se emplean para el clculo del radio de la esfera ficticia

con el fin de definir la zona de proteccin.

99% 90% 75% 50% 25% 10% 1% unidad Numero de descargas 1 1 2 3 5 7 12

Intervalo entre descargas 10 25 35 55 90 150 400 mseg Corriente 1er descarga 5 12 20 30 50 130 130 KA

Pico descargas siguiente 3 6 10 15 20 40 40 KA Primer descarga di/dt 6 10 15 25 20 70 70 KA Siguientes descargas

di/dt 6 15 25 45 80 200 200 GA/s Carga Total 1 3 6 15 40 70 200 CGA/s

Corriente continua Max 30 3 80 100 150 400 40 A Duracin total 50 100 250 400 600 900 1500 mseg

Tabla 3. 1 Parmetros de una descarga [5]

21

Tabla 3. 2 Valores mximos de los parmetros del rayo correspondientes a los NP. [8]

Tabla 3. 3 Valores mnimos de los parmetros de las descargas y radio de la esfera. [8]

Tabla 3. 4 Probabilidad de los lmites de los parmetros de la corriente del rayo [8]

22

3.2 Terminales de intercepcin

Son aquellos terminales para la intercepcin de las descargas y permitir el paso a los

conductores apropiados entre los terminales de captacin tenemos. A continuacin se

explicaran los principales mtodos de recepcin.

3.2.1 Pararrayos

Es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo, ionizando el aire para atraer y

conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daos a las personas o

construcciones.

Fue inventado en 1753 por Benjamn Franklin. El primer modelo se conoce como

pararrayos Franklin, en homenaje a su inventor. Se presenta ahora, los distintos tipos de

pararrayos que se utilizan para la proteccin contra las descargas atmosfricas. Se dividen

en dos tipos: los pararrayos ionizantes y los pararrayos des ionizantes pasivos.

23

Pararrayos ionizantes:

Ionizan el aire y captan la descarga del rayo, pueden tener una o varias puntas, se

ubican en la parte ms alta instalados en la parte ms alta de la instalacin. Se dividen en:

Pararrayos ionizantes semi-activos: Pararrayos con dispositivo de cebado (atraer-

rayos):

Formados por electrodos de acero o de materiales similares acabados en una punta,

incorporan un sistema electrnico que genera un avance en el cebado del trazador; no

incorporan ninguna fuente radioactiva, tienen un dispositivo electrnico sensible

compuesto de diodos, bobinas, resistencias y condensadores, inundados en una resina

aislante, todo ello blindado; otros incorporan un sistema piezoelctrico7.

Utiliza diferencia de potencial entre la nube y el pararrayos. La instalacin conduce

primero hacia arriba, por el cable desnudo de tierra, la tensin elctrica generada por la

tormenta, al punto ms alto de la instalacin, el dispositivo electrnico provoca una

avalancha de electrones. La diferencia de potencial aportada por la saturacin de cargas

elctrico-atmosfricas, aparece la ionizacin natural o efecto corona, un camino conductor

que para descarga del fenmeno rayo. Estos equipos se caracterizan por incorporar un

sistema de cebado que anticipa la descarga de 25 a 68 s.

7 [14] Cesar Bolaos. Proteccin contra descargas atmosfricas Teora y Normativa. Universidad de Costa

Rica, 2008.

24

EL (PDC) o Dispositivo de cebado de los pararrayos necesita un tiempo de carga

para activar el dispositivo electrnico que generar un impulso, a continuacin volver a

efectuar el mismo proceso mientras exista el aporte de energa natural. Este dispositivo est

compuesto por componentes electrnicos sensibles a los campos electromagnticos., y de la

intensidad de descarga del rayo la destruccin del dispositivo electrnico es una

posibilidad.

A este tipo de terminales vale la pena detenerse a analizar esto debido a que el

edificio a analizar cuenta con uno de estos, un pararrayos con dispositivo de cebado , se

caracteriza por responder al acercamiento del rayo , adelantndose en su captura a otros

elementos. Este adelanto se denomina normativamente tiempo de avance en el cebado

(T) y determina el radio de proteccin del pararrayos. En la figura 3.2 se observa el radio

de proteccin Rp y la altura h a colocar el dispositivo sobre la edificacin a proteger.

25

Figura 3. 2 Esquemtico de la proteccin de una terminal PDC [12]

Tabla 3. 5 Radios de Proteccin de una terminal PDC [12]

El modelo del edificio de la Escuela de Ingeniera Elctrica, es un Prevectron 2 de la

compaa francesa Indelec, en la pgina de esta compaa se hace un resumen muy

concreto del funcionamiento de este tipo de terminales.

26

Cuando ocurre un golpe de rayo, existe a nivel del suelo un campo elctrico

permanente que crece en funcin de la aproximacin del trazador descendente. A partir

de un cierto umbral (50 a 100 KV/m), el efecto corona, que se desarrolla naturalmente en la

punta de ciertas asperezas, permitir el arranque de descargas ascendentes dirigidas hacia la

nube: los trazadores ascendentes.

El trazador ascendente que contacte al primer trazador descendente venido de la

nube determinar la posicin del canal ionizado que permite la circulacin de la corriente

del rayo. Instantes antes, la descarga ascendente salida del pararrayos arranca hacia la nube,

cuanto ms rpido se aproxime sta al trazador descendente, mayores posibilidades tendr

de conectarse con l antes de que lo hagan las descargas ascendentes partidas de otras

asperezas8.

Figura 3. 3 Desarrollo matemtico para determinar Rp de una terminal PDC [12]

El modelo utilizado en la Escuela de Ingeniera Elctrica es un Millinenium s 6.60,

8 Tomado de la pgina de Indelec: Protecciones contra el Rayo.

http://www.indelec.com.es/foudre/La_foudre_apprivoisee/Prevectron_2.aspx

27

colocado a una altura de 3 metros por lo que su RP es de 47 metros.

Figura 3. 4 Modelo de pararrayo Millenium s 6.60 [12]

Pruebas en laboratorio:

El laboratorio Indelec tiene una doble utilidad: hacer pruebas de calificacin de los

pararrayos segn los requerimientos de la norma NF C 17102 y ayudar en la investigacin

y el desarrollo de nuevos productos.

Pararrayos ionizantes pasivos (PSF)

Tambin conocidos como puntas Franklin son electrodos de acero o de materiales

similares acabados en una o varias puntas, no tienen ningn dispositivo electrnico ni

fuente radioactiva.

Una vez captado el rayo la instalacin conduce la tensin elctrica generada por la

tormenta primero hacia arriba, por el cable desnudo de tierra, para compensar la diferencia

28

de potencial en el punto ms alto de la instalacin, se generan campos elctricos en las

puntas; a partir de una magnitud del campo elctrico alrededor de la punta o electrodo,

aparece la ionizacin natural o efecto corona, mini descargas disruptivas que ionizan el

aire, tal fenmeno es el principio de excitacin para trazar un camino conductor que

facilitar la descarga del fenmeno rayo.

Se observan en las PSF, chispas diminutas en forma de luz, ruido audible,

radiofrecuencia, vibraciones del conductor, ozono y otros compuestos, esto produce una

avalancha electrnica por el efecto campo: un electrn ioniza un tomo produciendo un

segundo electrn, este a su vez, junto con el electrn original puede ionizar otros tomos

produciendo as una avalancha que aumenta exponencialmente9.

Las colisiones no resultantes en un nuevo electrn provocan una excitacin que

deriva en el fenmeno luminoso.

9 Cesar Bolaos. Proteccin contra descargas atmosfricas Teora y Normativa. Universidad de Costa Rica,

2008.

29

Figura 3. 5 Modelo de pararrayo tipo puntas Franklin [13]

Pararrayos des ionizantes pasivos

Los pararrayos des ionizantes de carga electroesttica (PDCE), incorporan un

sistema de transferencia de carga (CTS), y no incorporan ninguna fuente radioactiva,

anulan el efecto corona. El cabezal del pararrayos est constituido por dos electrodos de

aluminio separados por un aislante dielctrico, todo ello soportado por un pequeo mstil

de acero inoxidable. Poseen forma es esfrica, y se basan esencialmente en canalizar a

tierra la diferencia de potencial entre la nube y el cabezal del pararrayos10.

El objetivo es evitar el impacto directo en la zona de proteccin para proteger a las

personas, instalaciones y equipo, el conjunto de la instalacin se disea para canalizar la

energa del proceso antes de la formacin del rayo.


Rica, 2008.

30

Durante el proceso de la tormenta se generan campos de alta tensin que se

concentran en el electrodo inferior (ctodo -). A partir de una magnitud del campo

elctrico, el electrodo superior (nodo +) atrae cargas opuestas para compensar la

diferencia de potencial interna del cabezal. Durante el proceso de transferencia, en el

interior del pararrayos se produce un flujo de corriente entre el nodo y el ctodo, este

proceso natural anula el efecto corona en el exterior del pararrayos, no produciendo

descargas disruptivas, ni ruido audible a frito, ni radiofrecuencia, ni vibraciones del

conductor. Durante el proceso, se produce una fuga de corriente a tierra por el cable

conductor elctrico, los valores mximos que se pueden registrar durante el proceso de

mxima actividad de la tormenta, no superan los 300 mA. A partir de ese momento el

campo elctrico ambiental no supera la tensin de ruptura al no tener la carga suficiente

para romper su resistencia elctrica11.

11[14] Cesar Bolaos. Proteccin contra descargas atmosfricas Teora y Normativa. Universidad de Costa

Rica, 2008.

31

3.2.2 Mstiles

Las bayonetas son piezas de tubo de hierro galvanizado, con su extremo

superior cortado en diagonal, terminado en punta, de una longitud variable que depende de

la zona que va a proteger, y con un dimetro que depende de la longitud del tubo.

Las bayonetas constituyen un medio adicional de proteccin contra descargas

atmosfricas directas aunque no siempre son necesarias, si la red de cables guardas estn

correctamente calculados.

Estas actan como electrodos, provocando mediante el efecto de punta, la

concentracin de cargas electroestticas durante la descarga del rayo.

El ngulo de proteccin mxima del cono se ha determinado en forma experimental

y es de 30 grados, la zona de proteccin es llamada radio critico de flameo.

3.2.3 Jaula de Faraday

El sistema consiste en la recepcin del rayo a travs de un conjunto de puntas

receptoras unidas entre s por cable conductor, formando una malla, y derivarla a tierra

mediante una red de conductores. La red enmallada debe ser diseada de tal manera que la

corriente de la descarga tenga dos caminos a tierra.

Un estudio efectuado de manera rigurosa determinar el nmero de terminales

areos que deben ser empleados, su colocacin fsica y el grado de proteccin logrado. La

decisin de dotar a una estructura de un adecuado Sistema de Proteccin Contra el Rayo

depende de factores como la probabilidad de cadas de rayo en la zona, su gravedad y

32

consecuencias para personas, maquinaria u operatividad en empresas.

Este mtodo es utilizado principalmente para proteger superficies planas en donde

una malla conductora puede ser considerada para la proteccin contra impactos directos de

toda la estructura. Para este caso los conductores extremos son colocados sobre bordes

techos, terrazas y azoteas12.

Figura 3. 6 Proteccin de un edificio por medio de Jaula de Faraday [9]


Rica, 2008.

33

3.2.4 Cables colgantes

Este tipo de proteccin, parecido al sistema de mallas y puntas, est formado por

una malla de conductores separados de la estructura a proteger, teniendo por objetivo el

evitar que la intensidad de corriente debido a la descarga del rayo entre en contacto con

sta.

Los hilos tendidos se instalan por encima de la estructura a proteger, unidos a los

conductores de bajada y a las tomas de tierra correspondientes. . La longitud y la distancia

entre cables estn sujetas a las mismas reglas que en el caso de las mallas y puntas (mtodo

de la esfera ficticia).

La instalacin de este tipo de proteccin implica un estudio complementario de tipo

mecnico (resistencia de materiales, clculo de flechas, resistencia a posibles eventos

meteorolgicos, etc.), as como la determinacin de las distancias de aislamiento.

El mtodo de cables tendidos se utiliza particularmente para proteger las zonas

abiertas en las que no hay soportes estructurales.

34

Figura 3. 7 Proteccin de equipo por medio del mtodo de los cables colgantes [10]

3.3 Conductores de bajada

Los conductores a tierra, se entienden como la unin galvnica entre el dispositivo

de captacin y la instalacin de puesta a tierra. Los conductores de bajada se encargan de

derivar a tierra la corriente de la descarga atmosfrica. El nmero de bajantes a tierra que se

deben colocar para acceder a tierra depender de las dimensiones del edificio a proteger.

El acceso a tierra de los bajantes se deber realizar con piezas seccionadas, para as

permitir la separacin de la instalacin del pararrayos, de la instalacin de puesta a tierra,

de esta manera se pueden realizar mediciones de tierra que se deseen as como verificar el

estado de los conductores derivadores a tierra.

Los conductores tradiciones son de alambres o cables de cobre, desprovistos de

aislamiento. Para evitar la produccin de saltos de corriente, se decir que los bajantes deben

ser colocados de manera que pasen alejados de equipos electrnicos sensibles. Los bajantes

casi siempre son hechos de cobre en ya sea en forma de cable o alambres.

35

Para los conductores bajantes se debe tener en cuenta:

Ubicacin de grandes cuerpos metlicos.

Un curso directo para la corriente a tierra.

Tipo de suelo

Ubicacin de las puntas.

En todas las estructuras se deben instalar al menos dos conductores de bajada. Si el

permetro de la instalacin es mayor a 76 metros se dispondr un conductor cada 30 m, en

caso que el permetro sea irregular se pondrn dos conductores entra de los necesarios.

Los conductores de bajada localizados en autopistas, zonas escolares o areas

comunes deben ser protegidos contra daos fsicos, tambin el conductor debe protegerse

contra la corrosin.

Las abrazaderas utilizadas para sujetar los conductores deben ser unidas a las columnas

estructurales del edificio, esto mediante ganchos o placas, se prefiere soldarlos, estas

uniones no deben estar separadas ms de 0.9 m.

Los calibres de los conductores que se muestran a continuacin son para estructuras

ordinarias casas, comercios, industrias granjas o edificios.

La tabla 3.4 muestra los requerimientos para protecciones Clase I (edificaciones

menores a 23 a metros) y la tabla 3.5 para Clase II(edificaciones mayores a 23 metros).

36

Figura 3. 8 Clase I [3]

Figura 3. 9 Clase II [3]

37

3.4 Puesta a tierra

El objetivo de todo sistema de puesta a tierra es el de proveer una va de baja

impedancia para que las corrientes de falla o las que son producidas por fenmenos

transitorios, como los rayos, sean descargadas a tierra.

Una puesta a tierra efectiva significa que est conectada a tierra a travs de una

conexin, o conexiones de suficiente baja impedancia y capacidad de conduccin de

corriente, para impedir los aumentos de voltaje que podran resultar en peligros o riesgos

indebidos y excesivos a personas o al equipo conectado.

Debe entenderse que la impedancia total del sistema de puesta a tierra, y no su

resistencia nicamente, tenga valores bajos que permitan disipar tanto los elementos de

baja frecuencia como los de alta generalmente contenidos en la descarga.

En los sistemas de puesta a tierra, se pueden utilizar los electrodos fabricados

especificados en los numerales (a) e (b) indicados a continuacin.

Los electrodos fabricados se incrustarn debajo del nivel permanente de humedad,

tambin estarn libres de capas o revestimientos no conductores, tales como pinturas o

esmaltes.

Donde se use ms de un electrodo, cada electrodo de un sistema de puesta a tierra

(incluyendo los utilizados como varillas de pararrayos), no estar a menos de 1.83 metros

38

(6 pies) de cualquier otro electrodo de otros sistemas de puesta a tierra. No se requerir que

el calibre del conductor de cobre del electrodo de puesta a tierra fabricado sea mayor que

No. 6 AWG. Dos o ms electrodos que estn ligados entre s en forma efectiva, se

considera como un solo sistema de electrodo.

Electrodos de Varillas: Los electrodos de varilla sern de acero o de hierro con

revestimiento de cobre, de dimetro mnimo de 1.59 centmetros (5/8 pulgadas) y una

longitud mnima de 2.44 metros (8 pies). Los electrodos de varilla debern instalarse de

manera que no menos que 2.44 metros (8 pies) de longitud estn en contacto con el suelo.

Deben estar enterrados a una profundidad mnima de 2.44 m (8 pies), excepto donde se

encuentre roca en el fondo, en cuyo caso el electrodo se instalar o hincar en ngulo, cuya

inclinacin no exceda los 45 de la vertical fsicos.

Electrodos de Placa. Los electrodos de placa sern de material ferroso o no ferroso,

y cada electrodo tendr una superficie exterior no menor que 0.186 metros cuadrados (2

pies2). Las placas de hierro o acero tendrn un espesor mnimo de 6.35 milmetros (

pulgada) y las de metales no ferrosos un espesor mnimo de 1.52 milmetros (0.06

pulgada). El conductor del electrodo de puesta a tierra se conectar al electrodo por medio

de una soldadura exotrmica.

Pozos de Inspeccin: La unin de conexin a la varilla, el conductor del electrodo

de puesta a tierra y el extremo superior de los electrodos de varilla, debern instalarse

dentro de un pozo de inspeccin, con tapa removible, instalado a ras con el piso terminado

o con el suelo natural. El pozo de inspeccin deber ser cuadrado con dimensin mnima de

20 centmetros por 20 centmetros (8 pulgadas por 8 pulgadas), o circular con dimetro

39

interno mnimo de 20 centmetros (8 pulgadas), y tendr una profundidad de 15 centmetros

(6 pulgadas).

Para facilitar su prueba y mantenimiento, los pozos de inspeccin de los electrodos

de puesta a tierra debern estar localizados en lugares fcilmente accesibles, cercanos al

medio principal de desconexin.

La "puesta a tierra" en la instalacin elctrica del cliente se hace, no slo para

proteger a la instalacin elctrica, sino tambin para proteger a las personas contra el

peligro de choques elctricos, accidentes y como prevencin contra incendio. Esta puesta a

tierra se efecta en el conductor neutro de la acometida y por consiguiente, al conductor

neutral de la red interna, el cual tambin estar puesto a tierra extendiendo as, la

proteccin a toda la instalacin elctrica interna de la residencia, comercio o industria.

Cada servicio elctrico individual o acometida, deber tener una puesta a tierra, la

cual se unir al neutro de la red, a su llegada a la caja del medidor o en el Interruptor

Principal o equivalente. Las cubiertas protectoras de los cables elctricos, tales como hilos

o cintas de cobre, plomo, acero, etc., se conectarn a tierra, para evitar en tales materiales la

presencia de un potencial superior al de tierra.

La conexin de puesta a tierra ser permanente, continua y tendr capacidad

suficiente para conducir cualquiera de las corrientes que le puedan ser impuestas y ser de

impedancia suficientemente baja, tanto para limitar el potencial sobre tierra, como para

facilitar el funcionamiento de los dispositivos de sobre corriente del circuito.

40

Los electrodos debern tener una resistencia a tierra que no exceda 25 ohm. Cuando

no se pueda lograr esta resistencia a tierra con un solo electrodo, se instalarn otros

electrodos hasta conseguir la resistencia indicada.

41

3.5 Proteccin Interna contra descargas atmosfricas

La proteccin interna hace referencia a la proteccin de lneas de energa y de datos,

que alimentan equipos elctricos y electrnicos. La seleccin de los dispositivos de

proteccin interna contra rayos y sobretensiones se basa en el principio de proteccin

escalonada.

3.5.1 Supresores de Sobre voltaje Transitorios

El origen de los sobre voltajes transitorios puede originarse, por conexin o

desconexin de equipos, descargas atmosfricas o electrostticas, aunque las ms

peligrosas son las producidas por los rayos. La energizacion de transformadores, motores y

de capacitores da a lugar a sobre corrientes transitorias.

Clasificacin de los supresores de sobre voltajes transitorios de acuerdo a la conexin

Los supresores se pueden clasificar de acuerdo a la conexin, la cual puede ser

paralela o en serie.

Los dispositivos paralelos se pueden clasificar en dos tipos:

Sujetadores de voltaje

MOV, (Varistor de oxido metlico)

Es utilizado como protector de sobre tensiones, en el pas, todos los

transformadores de distribucin estn protegidos en su bobinado primario por estos,

algunos tambin en el secundario, pero no regularmente. En el caso de los transformadores

tipo pedestal, los MOV son los llamados tipo codo, por su forma. Este dispositivo es tan

42

popular debido a que es de bajo costo y muy fcil de conectar a una aplicacin especifica.

[1]

El MOV se acciona por tensin elctrica, y acta de manera muy rpida, al

detectarse un voltaje especifico, que depende de las especificaciones, el Varistor acta

como conductor en cuestin de micro segundos, permitiendo que la corriente pase a tierra.

Este dispositivo contiene una masa cermica de granos de xido de zinc, en una

matriz de otros xidos de metal (como pequeas cantidades de bismuto, cobalto y

manganeso) unidos entre s por dos placas metlicas (los electrodos), este permite el flujo

de corriente en una sola direccin. El MOV tiene una gran resistencia en bajas tensiones y

una baja resistencia en altas tensiones.

Cuando la tensin en el Varistor est por debajo de su "voltaje de disparo", ste

funciona como un dispositivo regulador de corriente a operacin normal, por lo que los

varistores generalmente se usan como supresor de picos de tensin.

Un Varistor no podra limitar corrientes excesivamente grandes, esto debido a que

las mismas lo podran destruir, picos de tensin ms pequeos podran degradarlo. La

degradacin est definida por las grficas de esperanza de vida del fabricante que

relacionan corriente, tiempo y nmero de pulsos.

El parmetro ms importante que afecta la esperanza de vida del Varistor es su

energa consumida. A medida que el consumo de energa incrementa, su esperanza de vida

incrementa exponencialmente, el nmero de picos que pueden soportar incrementa y el

voltaje de disparo que provee durante cada pico decrece.

43

La probabilidad de una falla catastrfica puede reducirse al ampliar el rango o al

conectar ms varistores en paralelo. Se dice que un Varistor est completamente degradado

cuando su voltaje de disparo ha cambiado cerca del 10%.

Tpicamente, su tiempo de respuesta est en el orden de los 5 a 25 nanosegundos y

su voltaje de activacin est comprendido entre 14V y 550V. Sin embargo, su confiabilidad

es limitada ya que se degradan con el uso. Su costo es bajo comparado con otros

dispositivos protectores.

El Varistor se coloca en paralelo al circuito a proteger y absorbe todos los picos

mayores a su tensin nominal. El Varistor slo suprime picos transitorios; si es sometido a

una tensin elevada constante, se destruye. En el diseo de circuitos es aconsejable colocar

el Varistor en un punto ubicado despus de un fusible. En la figura 3.5 se observa la curva

caracterstica de tensin vs corriente de un MOV.

Figura 3. 10 Curva de MOV [4]

44

Diodos de avalancha

Es un dispositivo semiconductor diseado especialmente para trabajar

en tensin inversa, cuando la tensin en polarizacin inversa alcanza el valor de la tensin

de ruptura, los electrones que han saltado a la banda de conduccin por efecto de la

temperatura se aceleran debido al campo elctrico incrementando su energa cintica, de

forma que al colisionar con electrones de valencia los liberan; stos a su vez, se aceleran y

colisionan con otros electrones de valencia liberndolos tambin, producindose una

avalancha de electrones cuyo efecto es incrementar la corriente conducida por el diodo .

La aplicacin tpica de estos diodos es la proteccin de circuitos electrnicos contra

sobretensiones. El diodo se conecta en inversa a tierra de modo que, mientras la tensin se

mantenga por debajo de la tensin de ruptura, slo ser atravesado por la corriente inversa

de saturacin, muy pequea, por lo que la interferencia con el resto del circuito ser mnima

La desventaja principal es que un aumento muy grande en el voltaje puede hacer que el

dispositivo se destruya, en consecuencia, los diodos de avalancha se utilizan en

combinacin con otros componentes de supresin de sobretensiones, como la ltima lnea

de defensa dentro de los equipos crticos. El tiempo de encendido de este dispositivo es el

ms corto, llegando al orden de los picosegundos.

45

Dispositivos de arco

Tubo de Gas:

Este dispositivo consta de dos electrodos conductoras separado por una brecha

llena generalmente con un gas tal como aire, un gas noble, o hidrogeno, dependiendo de la

velocidad de reaccin deseada, diseado para permitir una chispa elctrica para pasar entre

los conductores, con el fin de disipar energa. Cuando la diferencia de voltaje entre los

conductores supera el voltaje de la brecha de descomposicin, se forma una chispa, el gas

se ioniza y reduce drsticamente su resistencia elctrica. Una corriente elctrica fluye

entonces hasta que el camino de gas ionizado se rompe o se reduce la corriente por debajo

de un valor mnimo denominado "corriente de retencin ', drenando la corriente de falla.

Esto sucede generalmente cuando la tensin cae, pero en algunos casos se produce

cuando sale el gas caliente, que se extiende hacia fuera y luego romper el filamento de gas

ionizado. Por lo general, la accin de la ionizacin del gas es violenta y perturbadora, a

menudo produciendo un sonido como el de un pequeo trueno, luz y el calor. Este tipo de

proteccin se utiliza en interruptores de alta tensin, transformadores de gran potencia, en

las centrales elctricas y subestaciones elctricas [6].

Dentro de sus ventajas podemos mencionar, que tienen un tiempo de respuesta menor al de

los MOV, del orden de los nanosegundos. Otra ventaja de estos es que pueden resistir

mayores valores de corriente.

Las desventajas de este mtodo de proteccin erradican en que su resistividad se

puede ver afectada por la luz del ambiente, por lo que tienen que estar cubiertos. Adems

46

de esto, el dispositivo tiende a buscar mantener la corriente una vez ionizado el gas, por lo

que algunas veces no se apaga solo al retomarse el estado normal de operacin de la

tensin.

Los supresores en serie:

Incorporan un inductor o una resistencia en serie, para poder limitar mejor los sobre

voltajes transitorios, los elementos en serie deben ser capaces de conducir la misma

corriente que la carga, de ah que las dimensiones y el costo de estos varan segn la carga.

Figura 3. 11 Supresor de voltajes transitorios para lnea de datos [1]

47

Categoras de ubicacin

Figura 3. 12 Categoras de ubicacin de los supresores [1]

Los supresores de sobretensiones transitorios tambin se pueden clasificar de

acuerdo a su ubicacin. De acuerdo al Practicas recomendadas para los protectores de

sobretensiones en circuitos AC de baja tensin, se tienen las categoras A, B y C.

La categora C corresponde a las siguientes ubicaciones: instalacin exterior y

acometida, circuitos que van del medidor de consumo al medio de desconexin principal,

cables del poste al medidor, lneas areas a edificios externos y lneas subterrneas para

bombas.

La categora B corresponde a las localidades siguientes: alimentadores y circuitos

derivados cortos, tableros de distribucin, barrajes y alimentadores en plantas industriales

tomacorrientes para aparatos grandes con cableados cercanos a la acometida sistemas de

iluminacin en edificios comerciales

La categora A corresponde a las ubicaciones siguientes: tomacorrientes y circuitos

derivados largos, todos los tomacorrientes que estn a ms de 10 m de categora B con

48

hilos #14 - #10 AWG, todos los tomacorrientes que estn a ms de 20 m de categora C

con hilos #14 - #10 AWG.

Figura 3.11. Categoras de ubicacin de los supresores [9].

49

Capitulo 4 Normativa de sistemas de proteccin contra

descargas atmosfricas

4.1 Norma NFPA 780 (Standard for the Installation of Lightning

Protection Systems)

Esta norma trata sobre la proteccin de distintos tipos de edificios y de estructuras,

en general un sistema de proteccin contra descargas, llamado de pararrayos, debe:

Capturar el rayo en el punto diseado para tal propsito, la terminal area.

Conducir la energa de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables

conductores que transfiere la energa de la descarga mediante trayectorias de baja

impedancia.

Disipar la energa en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.

La proteccin de estructuras y edificios, mediante el sistema puntas Franklin lo primero

que seala la norma es que existen dos tipos de estructuras ordinarias por proteger, las

estructuras que no sobrepasan los 23m de altura (deben protegerse con materiales clase I) y

las que sobrepasan los 23m de altura (deben protegerse con materiales clase II). En la tabla

4.1 se muestra algunos de los requisitos mnimos para los materiales clase I y II. Cuando se

emplean conductores de aluminio, se debe tener precaucin en no llegarlos hasta el suelo

porque sufren corrosin.

50

Clase I Clase II

Terminales areas, dimetro (mm) 9,5 Cobre, 12,7 Aluminio 12,7 Cobre, 15,9 Aluminio

Conductor principal, peso 278 g/m Cu, 141 g/m Al 558 g/m Cu, 283 g/m Al

Seccin transversal 29 mm2 Cu, 50 mm2 Al 58 mm2 Cu, 97 mm2 Al

Tamao mnimo de alambre 17 AWG Cu, 14 AWG Al 15 AWG Cu, 13 AWG Al

Figura 4. 1 Requisitos mnimos de los materiales clase I y clase II [3]

Partes que conforman el sistema de pararrayos:

La captura de la descarga atmosfrica el sistema ms sencillo y ms antiguo de

pararrayos es el que consiste en terminales areas de cobre, bronce o aluminio anodizado

terminadas en puntas Franklin, colocadas sobre las estructuras por proteger de los rayos.

Estas terminales deben estar por lo menos 25 cm sobre la estructura y, cuando esta altura

mnima se emplea, la distancia entre ellas debe ser como mximo de 6 m. Para asegurarse

de una buena conexin y de una baja impedancia, por lo menos cada terminal area debe

tener dos trayectorias a tierra, y estas trayectorias deben estar cuando ms a 30 m separadas

entre s.

Para la ubicacin de los pararrayos, se utiliza el mtodo de la esfera rodante, que

consiste en el posicionamiento de las puntas captadoras. Debe realizarse, de manera tal que

la esfera (se establece de un radio de 46m), nunca toque ninguna parte de la estructura, de

este modo la esfera siempre estar soportada por algn elemento del sistema de captacin.

Sistemas Conductores de Bajada se deben instalar fuera de la estructura. Las

planchuelas o conductores planos rgidos son preferidos al cable flexible debido a las

51

ventajas de su menor inductancia. Los conductores no deberan ser pintados, puesto que

esto aumentar su impedancia. Deben emplearse siempre las curvas poco pronunciadas,

para evitar problemas de saltos de arcos de chispas. El acero estructural constructivo

tambin podra utilizarse, en lugar de conductores convencionales, cuando en la prctica

sea beneficioso en la emulacin del concepto de la jaula de Faraday.

La ecualizacin asegura que los objetos conductores, no vinculados elctricamente,

estn al mismo potencial elctrico. Sin la ecualizacin apropiada, los sistemas de

proteccin contra el rayo no trabajarn. Todos los conductores metlicos ingresantes a las

estructuras (por ejemplo, las lneas de energa de corriente alterna, las caeras de gas y de

agua, lneas de datos y de seales, los ductos de aire acondicionado, conductos y tuberas,

los rieles del ferrocarril, las gras de tipo puente y de tipo pluma, portones pivotantes,

marcos de puertas metlicas para el personal, pasamanos metlicos, etc.) deberan ser

elctricamente referenciadas al mismo potencial de tierra. Las uniones para la ecualizacin

deberan ser exotrmicas y no mecnicas, donde sea posible, especialmente en reas bajo-

nivel. Las uniones mecnicas estn sujetas a la corrosin y al dao fsico. Los ductos y

respiraderos de los sistemas de aire acondicionado que penetran a una estructura desde otra,

no deberan ser ignorados, ya que pueden convertirse en caminos elctricos problemticos.

Se recomienda la inspeccin frecuente y medicin de la resistencia elctrica de conectores

(con un valor mximo de 10 mili ohmios), para asegurar la continuidad.

52

El sistema de puesta a tierra debe tener una baja impedancia a tierra, as como una

baja resistencia. Un estudio espectral del impulso tpico del rayo revela un contenido de

altas y bajas frecuencias. El sistema de puesta a tierra se comporta frente al impulso de rayo

como una lnea de transmisin, en donde se aplica la teora de la propagacin de ondas

electromagnticas.

Una parte considerable de la corriente del rayo se propaga horizontalmente al

impactar sobre tierra: se estima que menos del 15% de esa corriente penetra la tierra.

Consecuentemente, valores bajos de la resistencia (25 Ohmios determinados por el NEC)

son menos importantes que las eficiencias volumtricas.

Se logra la llamada Puesta a Tierra Equipotencial cuando todos los equipos dentro

de las estructuras estn referidos a una barra maestra de distribucin de puesta a tierra que

en definitiva est conectada o vinculada al sistema exterior de puesta a tierra. Los lazos de

tierra, y los consecuentes tiempos de crecimiento diferenciales deben ser evitados. El

sistema de puesta a tierra se debera disear para reducir su impedancia a la corriente

alterna, y para reducir la resistencia a la corriente continua. El uso de tcnicas de tendidos

lineales o radiales de conductores enterrados puede disminuir la impedancia, mientras que

permiten que la energa del rayo diverja mientras que cada conductor enterrado comparte

gradientes de tensin.

53

Son tiles los electrodos de puesta a tierra en anillo, conectados alrededor de las

estructuras. El uso apropiado de las zapatas, de los basamentos y de las fundaciones de

hormign armado, aumenta el volumen de los electrodos.

Aditivos para la reduccin de la resistencia de puesta a tierra, mediante el

tratamiento de suelos, tales como carbn, brisa de coque, el hormign armado, sales

naturales, u otros componentes agregados, pueden ser tiles en presencia de suelos de alta

resistividad, de suelos de pobre contenido de agua, de pobre contenido de sales, o de suelos

a temperaturas de congelamiento. De acuerdo con la norma, el sistema de electrodos para

la proteccin contra descargas atmosfricas depende tambin de las condiciones del suelo.

De ah que, para estructuras ordinarias menores a 23 m de altura, en:

Arcilla Profunda y Hmeda: Una simple varilla de 3 m es suficiente.

Suelo arenoso: Se requieren dos o ms varillas espaciadas ms de 3 m.

Suelo con tierra poco profunda: Se emplean trincheras radiales al edificio de 5 m de

largo y 60 cm de ancho en arcilla. Si la roca est ms superficial, el conductor

podra colocarse sobre la roca.

Rocas : En un suelo muy poco profundo, un cable en anillo se instala en una

trinchera alrededor de la estructura

Los lineamientos para la proteccin electrnica y elctrica son descritos en la norma

IEEE 1100. Los fusibles comunes y los interruptores termo magnticos no son capaces de

contener las sobretensiones elctricas impulsivas, o transitorios, inducidos por el rayo.

54

4.2 IEC 62305 Proteccin contra descargas atmosfricas

Parte 1: Principios generales

No existen dispositivos o mtodos capaces de modificar los fenmenos

atmosfricos naturales hasta el punto de impedir las descargas de rayos. Los impactos de

rayo sobre las estructuras o en sus proximidades son peligrosos para las personas, las

propias estructuras, su contenido, las instalaciones y los servicios. Esta es la razn por la

que son esenciales las medidas de proteccin contra el rayo.

La necesidad de proteccin, los beneficios econmicos de la instalacin de medidas

de proteccin apropiadas y su eleccin deberan determinarse en trminos de evaluacin del

riesgo.

Parte 2: Evaluacin del riesgo

Las descargas atmosfricas a tierra pueden ser peligrosas para las estructuras y para los

servicios. El peligro en las estructuras puede dar lugar a:

Daos en la estructura.

Fallos en los sistemas elctricos y electrnicos.

Daos a los seres vivos.

Para reducir las prdidas por los rayos pueden necesitarse medidas de proteccin, la

necesidad de medidas, as como sus caractersticas deberan determinarse mediante la

evaluacin del riesgo.

El riesgo, es definido en esta norma como la prdida anual media probable en una

estructura y en un servicio producido por las descargas atmosfricas, depende de:

El nmero anual de descargas atmosfricas que afectan a la estructura.

La probabilidad de daos debidos a una descarga atmosfrica

el costo medio de las prdidas.

Las descargas atmosfricas que afectan a una estructura pueden dividirse en:

Descargas directas en la estructura;

Descargas en las proximidades de la estructura, en los servicios conectados

(Lneas de potencia, de telecomunicacin, otros servicios).

Parte 3: Dao fsico a estructuras y riesgo huma

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