Módulo II
Descargas Atmosféricas
Sistema Externo de Protección
Tormentas Eléctricas
El rayo
¿Qué es?
Estudiado desde 1752 (Franklin).
El rayo es una descarga eléctrica
transitoria de alta corriente cuya
trayectoria principal se mide en
kilómetros.
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.
El rayo
¿Cómo se forma?
Acumulación de cargas en un
sistema de nubes cercano al
suelo.
Alcanza magnitudes muy altas y
comúnmente presenta polaridad
negativa en la parte baja de la
nube.
Las partículas de hielo en la parte
superior de las nubes se
encuentran cargadas en
promedio de manera positiva.
Las partículas de agua más
pesadas en la parte inferior de la
nube están cargadas en
promedio de manera negativa.
El rayo
¿Cómo se forma?
Ocurre de manera interna.
Por la interacción de distintos
procesos hidrometeoros.
La nube se compone de carga
negativa en la parte inferior de la
nube.
Carga positiva en la parte
superior.
Pequeñas zonas positivas en la
base de la nube, que son
comúnmente despreciables.
El 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.
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.
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.
Componentes
Fases de Descarga
1. Ruptura Preliminar.
2. Formación del Líder Descendente.
3. Formación de Líderes Ascendentes.
4. Enlace
5. Descarga de Retorno
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).
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.
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.
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.
El rayo
¿Qué es un trueno?
Liberación de energía audible,
durante la descarga de retorno.
El canal se calienta por encima
de 28,000[ °C], provocando un
cambio de presión entre 10 y 100
atmósferas.
Es tan rápido el cambio que
genera una onda de choque que
finalmente se convierte en una
onda de sonido ordinaria
propagándose.
Viaja a unos 340[m/s]
El rayo
¿Qué es un Relámpago?
Liberación de energía luminosa
durante la descarga de retorno.
La velocidad de esta luz es de
unos 300,000,000[m/s].
El ojo humano percibe el
relámpago con la formación del
canal.
Escuchar el trueno toma varios
segundos para llegar a nuestros
oídos.
Es posible estimar la distancia a la
que impactó un rayo multiplicando
el tiempo transcurrido entre el
relámpago y el trueno por 340.
Problemática
Descargas
1. Directas.
Fuego, Destrucción.
2. En líneas de Transmisión.
Impulsos eléctricos en ambas direcciones, por inducción o
descarga directa.
3. Pulso Electromagnético.
Inducido en conductores por el campo generado por el rayo.
4. Corrientes en el Suelo.
Redistribución de cargas en el suelo. Gradientes de
Potencial. Arqueo e Incendios.
Protección
Sistema Externo
1. Esfera Rodante.
2. Ángulo de Protección.
3. Malla
4. Cebado
5. Transferencia de Carga
6. Tecnología Total Ground
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:
1. Terminales Aéreas.
2. Conductores de Bajada.
3. Electrodos de Puesta a Tierra
Tecnología Total Ground
Total Ground
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.
Tecnología Total Ground
Kits de Pararrayos
MODELO
INCLUYE:
KDA-05 KDA-03 KDA-01
KDA-LU
DIÁMETRO DE PROTECCIÓN 300 m
200 m
160 m
80 m
Punta Pararrayos
TG-05
TG-03
TG-01
KDA-LU
Electrodo
TG-1000 TG-700 TG-100K TG-100AB
Bobina LCR
1
1
1
1
Acoplador
TGC04 TGC04 TGC01
H2Ohm (Saco 11kg)
8
4
1
1
Mástil c/aislador 1.20 m
1
1
1
1
Brújula y Nivel
1
1
1
1
El Sistema Pararrayos Total Ground
intercepta, conduce y disipa la corriente
del rayo y de elementos internos
mediante uniones, blindaje y puesta a
tierra.
Tecnología Total 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 ”
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 ”
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 ”
Tecnología Total Ground
Accesorios
Jaula de Faraday
Desconectador
Punta tipo
Franklin
Punta tipo
Maciza
Base
Triangular
Base
Para Punta
Tipo Maciza
Base
Circular
Abrazadera
Punta tipo
Dipolo
Conector de
Varilla a Cable
TGVC
Tecnología Total Ground
Accesorios
Mástil
Abrazadera
para Mástil
Bases para Mástil
Aislador de
Cable
Pararrayos
Contador de
Descargas
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 for the Installation of Lightning Protection Systems.
EIA/TIA 607, Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications.
IEEE 142, Grounding of Industrial and Comercial Power Systems.
IEEE 1100 , Powering and Grounding Electronic Equipment.
NOM es Obligatoria, NMX es Voluntaria
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.
a)
b)
c)
d)
Tubería Metálica Subterranea para Agua…
Estructura Metálica del Edificio…
Electrodo Empotrado en Concreto…
Anillo de Tierra… “
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 25083 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.”
S PT E
S ist em a d e p ro t ec c ió n
c o n t ra t o rm en t as eléc t ric as
Normatividad
S ección 4 . 2
RIES G O
V alo rac ió n d e ries g o
NMX-J-549-ANCE-2005
No
In st alac ió n
de un
S EPT E
Si
S ección 4 . 3 . 2
T erm inales aéreas
T ip o u b ic ac ió n y alt u ra
S ección 4 . 3 . 3
C onduct ores de bajada
T ip o c an t id ad y u b ic ac ió n
S ección 4 . 3
S EPT E
S ección 4 . 3 . 4
S PT
S ist em a d e p u est a a t ierra
S ección 4 . 4 . 1
UE
U n ió n eq u ip o t en c ial
S ección 4 . 4
S IPT E
S ección 4 . 4 . 2
Puest a a t ierra (N )
Pu n t o s d e c o n ex ió n (n o rm al)
S ección 4 . 4 . 3
SSTT
S u p res o res d e
s o b ret en sió n t ran sit o ria
Fig. 1. NMX-J-549
M em oria t écnica
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.
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.
Normatividad
NMX-J-549-ANCE-2005
4.3.4 Sistema de Puesta a Tierra
4.3.4.1
4.3.4.2
4.3.4.3
4.3.4.4
4.3.4.5
4.3.4.6
4.3.4.7
4.3.4.8
4.3.4.9
Electrodos de Puesta a Tierra
Electrodos de Puesta a Tierra Comunes
Diseño del SPT
Factores para un SPT
Métodos Prácticos para Mejorar la Eficiencia de un SPT
Resistencia de Puesta a Tierra
Electrodos de Puesta a Tierra en Suelos de Alta Resisitividad
Reducción de Peligro de Choque Eléctrico
Cálculo y Mediciones del Sistema de Puesta a Tierra
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.
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: …”
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
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…
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
Proyección
4.2 Valoración de Riesgo
Proyección
4.2 Valoración de Riesgo
Proyección
4.2 Valoración de Riesgo
Proyección
4.2 Valoración de Riesgo
Frecuencia Media Anual Permitida de Rayos Directos
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
Proyección
Planta
Lugares para
proteger:
•Área construida
contra descargas
atmosféricas
Proyección
Dibujo
Proyección
Zonas de Protección
Descargar

Módulo II protección atmosférica