Módulo II Descargas Atmosféricas Sistema Externo de Protección Tormentas Eléctricas

1. Módulo II Descargas Atmosféricas Sistema Externo de Protección Tormentas Eléctricas

2. 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 Km Lluvia intensa y tormentas eléctricas.

3. 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.

4. 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.

5. El rayo Clasificación 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.

6. El rayo Clasificación 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.

7. El rayo Clasificación Descendente Ascendente 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.

8. Componentes Fases de Descarga Ruptura Preliminar. Formación del Líder Descendente. Formación de Líderes Ascendentes. Enlace Descarga de Retorno

9. El rayo Fases 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).

10. El rayo Fases 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.

11. El rayo Fases 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.

12. El rayo Fases 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.

13. 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]

14. 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.

15. Problemática Descargas • Directas. • Fuego, Destrucción. • En líneas de Transmisión. • Impulsos eléctricos en ambas direcciones, por inducción o descarga directa. • Pulso Electromagnético. • Inducido en conductores por el campo generado por el rayo. • Corrientes en el Suelo. • Redistribución de cargas en el suelo. Gradientes de Potencial. Arqueo e Incendios.

16. Protección Sistema Externo Esfera Rodante. Ángulo de Protección. Malla Cebado Transferencia de Carga Tecnología Total Ground

17. Tecnología Total Ground Beneficios 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: • Terminales Aéreas. • Conductores de Bajada. • Electrodos de Puesta a Tierra

18. Tecnología Total Ground Total Ground

19. Aplicaciones Protección 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.

20. Tecnología Total Ground Kits de Pararrayos El Sistema Pararrayos Total Ground intercepta, conduce y disipa la corriente del rayo y de elementos internos mediante uniones, blindaje y puesta a tierra.

21. Tecnología Total Ground Kits de Pararrayos • TG-05/TG-03 • Material: Aluminio • Resistividad Eléctrica del Aluminio: • 2.82 X 10-8 Ohms-m • Dimensiones: • Altura Punta: 23 cm • Diámetro mayor: 18 cm • Diámetro rosca interna: 5/16 ” • TG-01 • Material: Acero Inoxidable • Resistividad Eléctrica del Acero Inoxidable: • 72 X 10-8 Ohms-m • Dimensiones: • Altura Punta: 20.5 cm • Diámetro mayor: 13 cm • Diámetro rosca interna: 3/8 ” • KDA-LU • Material: Aluminio • Resistividad Eléctrica del Aluminio: • 2.82 X 10-8 Ohms-m • Dimensiones: • Altura Punta: 23 cm • Diámetro mayor: 14 cm • Diámetro rosca interna: 5/16 ”

22. Tecnología Total Ground Accesorios • Jaula de Faraday • Desconectador • Punta tipo Franklin • Base • Triangular • Punta tipo Maciza • Abrazadera • Base • Para Punta • Tipo Maciza • Base • Circular • Punta tipo Dipolo • Conector de Varilla a Cable TGVC

23. Tecnología Total Ground Accesorios • Aislador de Cable Pararrayos • Abrazadera para Mástil • Mástil • Contador de Descargas • Bases para Mástil

24. Normatividad Normas – Estándares – Recomendaciones 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 fortheInstallation of LightningProtectionSystems. EIA/TIA 607,Grounding and BondingRequirementsforTelecommunications. IEEE 142, Grounding of Industrial and Comercial Power Systems. IEEE 1100 ,Powering and Grounding Electronic Equipment. NOM es Obligatoria, NMX es Voluntaria

25. Normatividad NOM-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. Tubería Metálica Subterranea para Agua… Estructura Metálica del Edificio… Electrodo Empotrado en Concreto… Anillo de Tierra… “

26. Normatividad NOM-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.”

27. Normatividad NMX-J-549-ANCE-2005 Fig. 1. NMX-J-549

28. Normatividad NMX-J-549-ANCE-2005 • 4.3.2 Terminales Aéreas • Las 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 Bajada • Se 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.

29. Normatividad NMX-J-549-ANCE-2005 • 4.3.2 Terminales Aéreas • Las 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 Bajada • Se 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.

30. Normatividad NMX-J-549-ANCE-2005 • 4.3.4 Sistema de Puesta a Tierra • 4.3.4.1 Electrodos de Puesta a Tierra • 4.3.4.2 Electrodos de Puesta a Tierra Comunes • 4.3.4.3 Diseño del SPT • 4.3.4.4 Factores para un SPT • 4.3.4.5 Métodos Prácticos para Mejorar la Eficiencia de un SPT • 4.3.4.6 Resistencia de Puesta a Tierra • 4.3.4.7 Electrodos de Puesta a Tierra en Suelos de Alta Resisitividad • 4.3.4.8 Reducción de Peligro de Choque Eléctrico • 4.3.4.9 Cálculo y Mediciones del Sistema de Puesta a Tierra

31. Normatividad NMX-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.

32. Normatividad NMX-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: …” • Barra de Puesta a Tierra... • Conexión del Neutro… • Conductores… • Tableros Derivados con Barra de Neutro y Tierra… • Barra de Puesta a Tierra para Gabinetes de Electrónica… • Conductores Derivados… • Red de Puesta a Tierra para Piso Falso… • Puesta a Tierra de Supresores de Transitorios…

33. Normatividad NMX-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

34. Proyección 4.2 Valoración de Riesgo

35. Proyección 4.2 Valoración de Riesgo

36. Proyección 4.2 Valoración de Riesgo

37. Proyección Frecuencia Media Anual Permitida de Rayos Directos 4.2 Valoración de Riesgo Estructuras Comunes Frecuencia Nd Residencia 0.04 Granja 0.02 Tanque Elevado 0.04 Edificio de Servicio 0.02 Hospital, Asilo, Reclusorio 0.02 Industriales 0.01 Museos 0.02 Telecomunicaciones 0.02

38. Proyección Planta • Lugares para proteger: • Área construida contra descargas atmosféricas

39. Proyección Dibujo

40. Proyección Zonas de Protección