Modulo 7 pararrayos

PARARRAYOS
Lyncole XPT™ Aterramiento
“La Unión de Ciéncia y Aterramiento” ™

Lyncole XPT™ Puesta A Tierra
“La Union de Ciencia y Aterramiento” ™

El propósito de la protección contra descargas atmosféricas
(rayos) es interceptar las descargas, controlar y dirigir su energía
masiva de tal manera que haga menos cantidad de daño o
perjuicio. Nosotros escogemos como y donde entregamos la
energía del rayo a la tierra.
El Propósito Fundamental de Sistemas de
Protección contra Rayos (SPR)

El índice de rayos en Bolivia
Índice de rayos en Sudamérica por NASA.
La acumulación de datos de los dos
satélites
LIS & OTD indican un alto índice de rayos
/ año / Km2 en la mayoría de Bolivia.
El índice para Cochabamba, es entre 15-20
rayos/año/ Km2 ; En el trópico el índice es
entre 30-40.

Formas de calcular el riesgo
• No hay un solo método de calcular
• Todos los métodos son empíricos
• Los elementos de calculación incluyen:
– Área del predio
– Uso del predio / estructura
– Tipo de construcción
– Contenidos / consecuencias de catástrofe
– Grado de aislamiento
– Tipo de suelo

Ejemplos de tipos de calculación
de riesgo
• Stahmann: Probabilidad-corriente pico
• Singapore Estándar CP33: Los cinco factores
claves
• IEC 62305-2: Manejo de Riesgo. Nuestro
favorito.
– Muchas variables
– Un programa para calcular
– Reconocido por los expertos internacionales

Análisis de Riesgo
• A pesar de las variaciones y métodos de
cálculos, podemos decir que el riesgo en la
mayoría de Bolivia es apreciable.
• Hay varios factores que no están en los
métodos como “cableado cruzado” “falta de
neutro-a-tierra” “antenas de WiFi / WiMax sin
protección” etc.
• Nuestra recomendación es “proteger según el
valor potencial de pérdida”

Calculadora de Riesgo IEC

Una casa en Huayllani

Detalles de cálculo de riesgo

Protección hasta hermética si tiene la
necesidad y la plata para hacerla

Pararrayos: 250+ años de
experiencia
• Las normas surgen de cientos de años de
experiencia internacional
• Las normas para pararrayos coinciden
aunque vienen de Europa, Norteamérica,
Asia
• Las más extensas normas son de Europa y la
IEC (Ginebra): IEC 62305-Serial
• La norma NFPA-780 y su par UL-96A no son
tan extensas pero más accesibles y prácticas

Pararrayos: ¿cómo protegen?
1. El rayo está buscando la tierra
2. Los rayos caen en saltos determinados
3. Rayos son atraídos a puntos agudos, esquinas y
bordes
4. El sistema de pararrayos forma una “semi-jaula”
Faraday para evitar que el rayo entre a su edificio
5. El sistema de pararrayos NO atrae rayos sino da un
camino a la tierra que nosotros escogimos

Cómo cae un rayo….
• Un “líder escalonado” descendente baja de la
nube buscando tierra
• Sus saltos son de aproximadamente 50m cada
salto, pero pueden variar
• Cada salto toma ~50 microsegundos
• Su velocidad es ~1.5 x 106 m/s
• Al acercarse a la tierra, induce un líder ascendente
• Cuando se encuentran un líder al otro, la corriente
de retorno fluya: un rayo
• La corriente es ~20kA promedio pero hay casos
conocidos de 200kA
• El número de rayos por evento son entre 3-4
promedio

Líder escalonado

Foto de líderes escalonados
Se puede ver los
saltos apenas
visibles de
ambos los
líderes
descendentes y
ascendentes
antes de
“conectar.”

Rayos que caen y suben….

Distancia del salto final vs. Corriente Pico
El promedio de corriente
pico es ~20 kA
Corriente Pico (kA)
SaltoFinal(m)

Conceptos Básicos
Líder
descendienteAscendiente

Dirección del
flujo de electrones
Conceptos Básicos

Conceptos Básicos
– Corriente Potencial = 18kA/rayo (promedio)
– Duracion = 45 µs
– Mediana de tiempo de subida = 1.8 µs
– El trueno es el sonido de el aire calentándose y
expandiendose rapidamente.

Componentes del SPR
El Sistema de Protección Contra Rayos estará
integrado por:
– Terminales Aéreas
– Mínimo 30 cm Por encima del Objeto Protegido
– Arreglados en una cuadrícula según la geometría de la “esfera
rodante”
– Cobre o aluminio
– Conductores Bajantes (Un mínimo de dos)
– Multi-hebra/tejido o correa
– Cobre / Cobre-revestido/ (Aluminio)
– Electrodos
– Varillas/Anillo/Radiales/Placas/Conductor incrustado en concreto
– Clase I (25 metro o menos) o Clase II (> 25 metros)

Protección como una “jaula” Faraday

Tabla de parámetros de materiales

ÁNGULO DE PROTECCION

Ubicación de Pararrayos según el criterio
de la “esfera rodante.”
• Proviene de:
a) 200+ años de experiencia;
b) observaciones científicas modernas de los
“saltos” de rayos;
c) El salto defina el radio de una esfera
• Tiene que imaginar una esfera rodante. Su
diámetro varia con la norma / aplicación.
• Si la esfera toca el edificio/ protuberancia tiene
que proteger con un pararrayo.
• El espacio / área debajo de la esfera está
protegido.

Colocación de los Terminales Aéreos
La Zona de Protección contra la caída de rayos se puede definir
mediante el modelo de la esfera rodante.

Esfera rodante
NFPA 780

Diámetro de la esfera rodante
• USA NFPA-780: 92m diámetro
• USA Dptos Energía & Defensa: 66m diámetro
• Inglaterra BS 66551 Edificios con explosivos u
electrónica muy sensible: 40m diámetro
• IEC 62305:
kA D % Protección
Nivel I 3 40m 99
Nivel II 5 60m 75
Nivel III 10 90m 50
Nivel IV 15 120m 50

Esfera Rodante
– Lo que sea que toque está
sujeto a un impacto
– En el área entre puntos la
esfera toca el 96% de la zona
protegida
Altura no protegida
Protegido
Torre

TECHOS PLANOS O
LIGERAMENTE INCLINADOS
• Un techo con un ancho de 13 m o menos y con una
inclinación de menos de 1 / 8
• Un techo con un ancho que excede los 13m y con una
inclinación de menos de 1/4

DETERMINACION DE LA INCLINACIÓN DEL
TECHO
Ejemplo: Si Sube= 3 unidades, y ejecutar = 12 unidades Inclinación =
3/12 = 1/4

Los Básicos de Pararrayos
NFPA-780

Ubicación de pararrayos-ejemplos
•A: 6 m máximo para pararrayo de 30 cm; 7.6 m para
pararrayo de 60 cm
•B: 60 cm máximo del rincón o borde del techo

Ubicación de pararrayos-ejemplos
•Los conductores siempre tienen que bajar (el rayo está buscando
tierra / la pachamama)
•El radio de curva nunca puede ser menos que 20 cm; mejor que sea
30 cm o más

Ejemplo de la Colocación de los Terminales
Aéreos
Buena
Mala

Conductores bajantes
• Las normas exigen dos conductores a tierra /
Puesta a Tierra (PAT) como mínimo
• Tienen que estar en lados / rincones opuestos
• Para cada 30m de circunferencia del edificio
tiene que tener un conductor de bajada
• Cada bajante tiene que terminar en una PAT.
Tal PAT tiene que ser una jabalina como
mínimo.
• Muchas veces la jabalina está unida a un anillo
que rodea el edificio

Ejemplo de Conductores Bajantes
43m
28m
28m
28m.
28m
Nota: El sistema de
techo requerido fué
omitido en la ilustración
Perímetro Total : 155m
Requerido por los conductores: 5
No exceder Distancia Promedio: 33m

Estructuras metálicas como
pararrayos
• Cualquier objeto metálico de grosor 5mm o
más es un “pararrayo en sí”
– Pasamanos / gradas
– Tanques, techos, edificios metálicos
– Mástiles
– Torres metálicos
• Tal objeto tiene que tener sus conductores a
la tierra como cualquier otro pararrayo

Es el Rayo CA o CC?
– La mayor parte de la
energía es CC, pero el
tiempo de subida rápida
genera una importante
energía de RF.
– Debido a esto, la energía viaja sobre la
superficie del conductor
?

– Por lo tanto, se establecen los conductores
utilizados para la protección contra rayos no
deben tener curvas pronunciadas.
Los Conductores Bajantes
Corriente del
Impacto de
Rayo
EMF de acoplamiento
inductivo libre
Campo
Magnetico
N0!

Los Conductores Bajantes
– Doblarse apropiadamente requiere unas 30 cm
de radio y sin curvas de menos de 90 grados
30 cm de radio
Corriente
SI!

Instalación típica
Conductores
de bajada
Pararrayo con punto
desafiliado
Conexión a otros
pararrayos

Pararrayo con punto puntiagudo
Es un pararrayo de 60 cm (o más) un
poco alejado del borde del nivel abajo.
Supone que han calculado con la
esfera que la ubicación es adecuada.
Se nota que el conductor hace una
curva gradual. El conductor es de
filamentos múltiples. Así es mucho
más fácil manipular.
Hay estudios recientes que muestran
que un punto más desafiliado es un
poco mejor para descargar el rayo. No
hay ninguna ventaja de pararrayos con
“dedos” múltiples. (Pero cuestan más
y “parecen” más eficaces...... caveat
emptor.)

Pararrayos y conductores
Radio de 20 cm mínimo (30
cm es mejor)
Ejemplo de instalación
donde el rayo tiene que
subir de la grada.

Materiales para Elaborar un SPR
– Los sistemas de protección deberán ser de
materiales que son resistentes a la corrosión o
aceptablemente protegidos contra la corrosión.
– Cobre u Aluminio
– NO materiales de cobre en superficies o tocando
aluminio
– Aluminio no se puede tocar el suelo si sea el bajante
– Recomendamos materiales con el sello de UL o su
equivalente de Europa (su vida y maquinaria puede
depender del material de elaboración)

Instalación Típica
Tapajuntas de aluminio:
Terminal del Aire y conductores tienen que ser aluminio también

Terminales de Tierra
– Cada conductor bajante tiene que terminar en un electrodo
dedicado al SPR
– Terminales de Tierra permitidos por la NFPA 780:
– Jabalinas (recomendamos solamente cobre)
– ½ pulgadas x 3m mínimo & a una profundidad de 3.5m
– Donde se usan multiples varillas conectadas, la separación
entre electrodos debe ser 2 veces la lontigitud (donde sea
practicable)
– Electrodos de Hormigón Encerrado
– Anillo de conductor enterrado
– Placa de electrodos (Opcional en suelo superficial)

Mantener el Plano Equipotencial
– Los electrodos de PAT de la instalación eléctrica y los del
sistema de comunicación NO deben ser usados en lugar de
las jabalinas del SPR. Cada bajante termina en una jabalina.
– Se requiere que los electrodos de los distintos sistemas de
aterramiento estén unidos por un solo punto.
– Esto mantendrá un potencial de tierra común.
– Para estructuras excediendo los 30 m de altura, las
conexiones del sistema SPR y otros medios de comunicación
a tierra debe estar en la forma de un conductor de circuito
cerrado. Es decir, cada 30 m en edificios altos se una un
“punto” (circuito cerrado) equipotencial.

Cualquier conductor es un inductor!
Torre de Radio Comunicaciones Inductancia

Ejemplo de una Torre
360kV
180kV
90kV
270kV
28kV
Caída de potencial
de la torre con una
inductancia de
40H y una
descarga de 2s,
18kA

Rayos en el suelo
*NLSI

Si hay Lucro, hay Estafadores
El problema de pararrayos falsos

Tipos de sistemas de
protección contra rayos
– Tradicionales: Terminales de Aire Tradicionales
(tipo Franklin)
– No Tradicionales:
– Sistemas de transferencia de carga
– Cebado temprano
– Platos voladores (y más allá que la realidad)

Pararrayos no convencionales
• En los últimos 20-30 años surgieron reclamos de
pararrayos exóticos de ‘zonas de protección’ muchas
más amplias que los pararrayos de Franklin.
• No hay ningún pizca de verdad científica de ellos.
TODOS los organismos del mundo los rechazaron. En
los USA ni pueden ofrecer publicidad sobre sus
“zonas de protección mayores” después de varias
demandas judiciales.
• En Bolivia se aprovechan de la falta de normas para
ganar su lucro al poner vidas y bienes en peligro.

Los pararrayos NO tradicionales NO son
reconocidos por las normas más destacadas
– Protección contra rayos no tradicional no tiene
una base científica probada por experimento
– No reconocido por IEC 62305, NFPA 780, UL,
IEEE, normas militares, normas de aeropuertos,
etc.
– Condenados como “falsa ciencia” por varios
comités científicos y/o de ingenieros
internacionales
Los no tradicionales incluyen sistemas de
transferencia de carga y cebado temprana

Imágenes de pararrayos no convencionales
Si no grazna como pato, probablemente no es un
pato…… [Si no parece como un pararrayo Franklin, probable-
mente no es un pararrayo Franklin.]
Este ESE costó $1800.
El material de un
Franklin: aprox. $50.
Lugar: Zona minera
de Perú.

Resumen de pararrayos
• Las normas son basadas en 250+ años de
experiencia comenzando con Franklin.
• Hoy tocamos los básicos. Si haya dudas o
preguntas sobre su proyecto estamos listos para
ayudarle proveer un nivel de seguridad.
• Recuerda: los rayos son caprichosos. No se puede
garantizar seguridad absoluta. Pero si tiene la
plata y paciencia, se puede proveer protección de
un alto nivel de seguridad.

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