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Un pararrayos o pararrayos ( inglés británico ) es una varilla metálica montada sobre una estructura y destinada a proteger la estructura de la caída de un rayo . Si un rayo impacta la estructura, lo más probable es que golpee la varilla y sea conducido a tierra a través de un cable, en lugar de atravesar la estructura, donde podría iniciar un incendio o provocar una electrocución . Los pararrayos también reciben el nombre de remates , terminales aéreos o dispositivos terminadores de impacto.
En un sistema de protección contra rayos, un pararrayos es un componente único del sistema. El pararrayos requiere de una conexión a tierra para realizar su función protectora. Los pararrayos vienen en muchas formas diferentes, incluidas tiras huecas, sólidas, puntiagudas, redondeadas, planas o incluso con forma de cepillo de cerdas. El principal atributo común a todos los pararrayos es que todos están fabricados con materiales conductores, como el cobre y el aluminio . El cobre y sus aleaciones son los materiales más utilizados en protección contra rayos. [1]
El principio del pararrayos fue detallado por primera vez por Benjamin Franklin en Pensilvania en 1755, [2] quien en los años siguientes desarrolló su invento para aplicaciones domésticas (publicado en 1757) e hizo más mejoras hacia un sistema confiable alrededor de 1760.
A medida que los edificios se hacen más altos, los rayos se vuelven una amenaza mayor. Los rayos pueden dañar estructuras hechas de la mayoría de los materiales, como mampostería , madera , hormigón y acero , porque las enormes corrientes y voltajes involucrados pueden calentar los materiales a altas temperaturas. El calor provoca un potencial de incendio en la estructura y su rapidez también puede provocar daños explosivos .
Es posible que se haya utilizado intencionadamente un pararrayos en la Torre Inclinada de Nevyansk . El chapitel de la torre está coronado por una varilla metálica en forma de esfera dorada con púas. Este pararrayos se conecta a tierra a través de la carcasa de armadura , que atraviesa todo el edificio.
La Torre Nevyansk fue construida entre 1721 y 1745, por orden del industrial Akinfiy Demidov . La Torre Nevyansk fue construida 28 años antes del experimento y la explicación científica de Benjamin Franklin. Sin embargo, se desconoce la verdadera intención detrás del techo de metal y las barras de refuerzo. [4]
En muchas ciudades europeas, la torre de la iglesia, que normalmente era la estructura más alta de la ciudad, era susceptible de ser alcanzada por un rayo. Peter Ahlwardts ("Consideraciones razonables y teológicas sobre truenos y relámpagos", 1745) aconsejó a las personas que buscaban protegerse de los rayos que fueran a cualquier lugar excepto dentro o alrededor de una iglesia. [5]
Existe un debate en curso sobre si una "máquina meteorológica", inventada por el sacerdote premonstratense Prokop Diviš y erigida en Přímětice (ahora parte de Znojmo ), Moravia (ahora República Checa ), en junio de 1754, cuenta como una invención individual del rayo. vara. Según sus teorías privadas, el aparato de Diviš tenía como objetivo prevenir por completo las tormentas, privando constantemente al aire de su electricidad superflua. Sin embargo, el aparato estaba montado en un poste independiente y probablemente estaba mejor conectado a tierra que los pararrayos de Franklin en ese momento, por lo que cumplía la función de un pararrayos. [6] Después de las protestas locales, Diviš tuvo que cesar sus experimentos meteorológicos alrededor de 1760.
En lo que más tarde se convertiría en los Estados Unidos , el conductor de pararrayos puntiagudo, también llamado atractor de rayos o pararrayos , fue inventado por Benjamin Franklin en 1752 como parte de su innovadora exploración de la electricidad . Aunque no fue el primero en sugerir una correlación entre la electricidad y los rayos, Franklin fue el primero en proponer un sistema viable para probar su hipótesis. [7] Franklin especuló que, con una barra de hierro afilada hasta una punta, "Creo que el fuego eléctrico saldría silenciosamente de una nube, antes de que pudiera acercarse lo suficiente para atacar". Franklin especuló sobre los pararrayos durante varios años antes de su experimento con cometas . [ cita necesaria ]
En el siglo XIX, el pararrayos se convirtió en un motivo decorativo. Los pararrayos estaban adornados con bolas de vidrio ornamentales [8] (ahora apreciadas por los coleccionistas). El atractivo ornamental de estas bolas de cristal se ha utilizado en veletas . Sin embargo, el objetivo principal de estas bolas es proporcionar evidencia de la caída de un rayo al romperse o caerse. Si después de una tormenta se descubre que una bola falta o está rota, el dueño de la propiedad debe revisar el edificio, la varilla y el cable de conexión a tierra para detectar daños.
Ocasionalmente se utilizaron bolas de vidrio macizo en un método que supuestamente evitaba que rayos cayeran sobre barcos y otros objetos. [ cita necesaria ] La idea era que los objetos de vidrio, al no ser conductores, rara vez son alcanzados por un rayo. Por lo tanto, dice la teoría, debe haber algo en el vidrio que repele los rayos. Por lo tanto, el mejor método para evitar que un rayo caiga sobre un barco de madera era enterrar una pequeña bola de vidrio sólida en la punta del mástil más alto. El comportamiento aleatorio de los rayos combinado con el sesgo de confirmación de los observadores aseguró que el método ganara bastante credibilidad incluso después del desarrollo del pararrayos marino poco después del trabajo inicial de Franklin.
Los primeros pararrayos en los barcos debían izarse cuando se preveía el relámpago, y tuvieron una baja tasa de éxito. En 1820, William Snow Harris inventó un sistema exitoso para instalar protección contra rayos en los veleros de madera de la época, pero a pesar de las pruebas exitosas que comenzaron en 1830, la Marina Real Británica no adoptó el sistema hasta 1842, momento en el que la Armada Imperial Rusa ya había adoptado el sistema.
En la década de 1990, los "rayos" fueron reemplazados como se construyeron originalmente cuando se restauró la Estatua de la Libertad en lo alto del edificio del Capitolio de los Estados Unidos en Washington, DC . [9] La estatua fue diseñada con múltiples dispositivos con punta de platino. El Monumento a Washington también estaba equipado con múltiples puntos de rayos, [10] y la Estatua de la Libertad en el puerto de Nueva York es alcanzada por un rayo, que es desviado a tierra.
Un sistema de protección contra rayos está diseñado para proteger una estructura de daños causados por rayos interceptando dichos impactos y pasando de forma segura sus corrientes extremadamente altas a tierra . Un sistema de protección contra rayos incluye una red de terminales aéreas, conductores de conexión y electrodos de tierra diseñados para proporcionar un camino de baja impedancia a tierra para posibles impactos.
Los sistemas de protección contra rayos se utilizan para evitar daños a las estructuras por rayos . Los sistemas de protección contra rayos mitigan el riesgo de incendio que la caída de rayos supone para las estructuras. Un sistema de protección contra rayos proporciona un camino de baja impedancia para la corriente del rayo para disminuir el efecto de calentamiento de la corriente que fluye a través de materiales estructurales inflamables. Si los rayos viajan a través de materiales porosos y saturados de agua, estos materiales pueden literalmente explotar si su contenido de agua se convierte en vapor por el calor producido por la alta corriente. Esta es la razón por la que los rayos suelen destrozar los árboles.
Debido a los altos niveles de energía y corriente asociados con los rayos (las corrientes pueden exceder los 150.000 A) y el tiempo de subida muy rápido de un rayo, ningún sistema de protección puede garantizar una seguridad absoluta contra los rayos. La corriente del rayo se dividirá para seguir cada camino conductor a tierra, e incluso la corriente dividida puede causar daños. Los "destellos laterales" secundarios pueden ser suficientes para provocar un incendio, hacer estallar ladrillos, piedras u hormigón, o herir a los ocupantes de una estructura o edificio. Sin embargo, los beneficios de los sistemas básicos de protección contra rayos son evidentes desde hace más de un siglo. [11]
Las mediciones a escala de laboratorio de los efectos de [cualquier investigación de investigación sobre rayos] no se adaptan a aplicaciones que involucran rayos naturales. [12] Las aplicaciones de campo se han derivado principalmente de prueba y error basadas en la investigación de laboratorio mejor intencionada de un fenómeno altamente complejo y variable.
Las partes de un sistema de protección contra rayos son terminales aéreos (pararrayos o dispositivos terminadores de rayos), conductores de unión, terminales de tierra (varillas, placas o mallas de puesta a tierra) y todos los conectores y soportes para completar el sistema. Los terminales aéreos normalmente están dispuestos en o a lo largo de los puntos superiores de una estructura de techo, y están unidos eléctricamente entre sí mediante conductores de conexión (llamados "conductores de bajada" o " conductores de bajada "), que están conectados por la ruta más directa a uno o más puestos de tierra. o terminales de puesta a tierra. [13] Las conexiones a los electrodos de tierra no sólo deben tener baja resistencia, sino que también deben tener baja autoinductancia .
Un ejemplo de estructura vulnerable a los rayos es un granero de madera. Cuando un rayo cae sobre el granero, la estructura de madera y su contenido pueden encenderse por el calor generado por la corriente del rayo conducida a través de partes de la estructura. Un sistema básico de protección contra rayos proporcionaría un camino conductor entre una terminal aérea y la tierra, de modo que la mayor parte de la corriente del rayo siga el camino del sistema de protección contra rayos, con una corriente sustancialmente menor viajando a través de materiales inflamables.
Al principio, los científicos creían que un sistema de protección contra rayos de este tipo en terminales aéreos y "cables de descarga" dirigía la corriente del rayo hacia la tierra para "disiparlo". Sin embargo, la fotografía de alta velocidad ha demostrado claramente que los rayos en realidad están compuestos tanto por un componente de nube como por un componente terrestre con carga opuesta. Durante los rayos "nube a tierra", estos componentes con cargas opuestas generalmente se "encuentran" en algún lugar de la atmósfera muy por encima de la Tierra para igualar cargas previamente desequilibradas. El calor generado cuando esta corriente eléctrica fluye a través de materiales inflamables es el peligro que los sistemas de protección contra rayos intentan mitigar proporcionando una ruta de baja resistencia para el circuito de rayos . No se puede confiar en ningún sistema de protección contra rayos para "contener" o "controlar" los rayos por completo (ni, hasta el momento, para prevenir los rayos por completo), pero parecen ser de gran ayuda en la mayoría de las ocasiones en que se producen rayos.
Las estructuras con estructura de acero pueden unir los miembros estructurales a tierra para brindar protección contra rayos. Un mástil de bandera de metal con su base en la tierra es su propio sistema de protección contra rayos extremadamente simple. Sin embargo, las banderas que ondeen en el asta durante la caída de un rayo pueden quedar completamente incineradas.
La mayoría de los sistemas de protección contra rayos que se utilizan hoy en día son del diseño tradicional de Franklin . [13] El principio fundamental utilizado en los sistemas de protección contra rayos tipo Franklin es proporcionar una ruta de impedancia suficientemente baja para que el rayo viaje hasta llegar al suelo sin dañar el edificio. [14] Esto se logra rodeando el edificio en una especie de jaula de Faraday . Se instala un sistema de conductores de protección contra rayos y pararrayos en el techo del edificio para interceptar cualquier rayo antes de que caiga sobre el edificio.
Un pararrayos es un dispositivo, esencialmente un espacio de aire entre un cable eléctrico y tierra, que se utiliza en sistemas de energía eléctrica y sistemas de telecomunicaciones para proteger el aislamiento y los conductores del sistema de los efectos dañinos de los rayos. El pararrayos típico tiene un terminal de alto voltaje y un terminal de tierra.
En telegrafía y telefonía , un pararrayos es un dispositivo colocado donde los cables ingresan a una estructura, con el fin de evitar daños a los instrumentos electrónicos dentro y garantizar la seguridad de las personas cercanas a las estructuras. Las versiones más pequeñas de pararrayos, también llamados protectores contra sobretensiones , son dispositivos que se conectan entre cada conductor eléctrico en un sistema de energía o comunicaciones y la tierra. Ayudan a impedir el flujo de corriente normal de potencia o señal a tierra, pero proporcionan un camino por el que fluye la corriente del rayo de alto voltaje, sin pasar por el equipo conectado. Los pararrayos se utilizan para limitar el aumento de voltaje cuando una línea eléctrica o de comunicaciones es alcanzada por un rayo o está cerca de un rayo.
En los sistemas aéreos de transmisión eléctrica , se pueden montar uno o dos cables de tierra más ligeros en la parte superior de los pilones, postes o torres que no se utilizan específicamente para enviar electricidad a través de la red. Estos conductores, a menudo denominados cables "estáticos", "pilotos" o "blindados", están diseñados para ser el punto de terminación del rayo en lugar de las propias líneas de alto voltaje. Estos conductores están destinados a proteger los conductores de energía primaria de los rayos .
Estos conductores están conectados a tierra ya sea a través de la estructura metálica de un poste o torre, o mediante electrodos de tierra adicionales instalados a intervalos regulares a lo largo de la línea. Como regla general, las líneas eléctricas aéreas con voltajes inferiores a 50 kV no tienen un conductor "estático", pero la mayoría de las líneas que transportan más de 50 kV sí lo tienen. El cable conductor de tierra también puede soportar cables de fibra óptica para transmisión de datos.
Las líneas más antiguas pueden usar pararrayos que aíslan las líneas conductoras de la conexión directa con tierra y pueden usarse como líneas de comunicación de bajo voltaje. Si el voltaje excede un cierto umbral, como durante la terminación de un rayo en el conductor, "salta" los aisladores y pasa a tierra.
La protección de las subestaciones eléctricas es tan variada como los propios pararrayos y, a menudo, es propiedad de la compañía eléctrica.
Los radiadores de mástil de radio pueden estar aislados del suelo mediante un explosor en la base. Cuando un rayo impacta en el mástil, salta este hueco. Una pequeña inductividad en la línea de alimentación entre el mástil y la unidad de sintonización (generalmente un devanado) limita el aumento de voltaje, protegiendo al transmisor de voltajes peligrosamente altos. El transmisor debe estar equipado con un dispositivo para monitorear las propiedades eléctricas de la antena. Esto es muy importante, ya que tras la caída de un rayo podría quedar carga, dañando el hueco o los aisladores.
El dispositivo de vigilancia desconecta el transmisor cuando la antena muestra un comportamiento incorrecto, por ejemplo debido a una carga eléctrica no deseada. Cuando se apaga el transmisor, estas cargas se disipan. El dispositivo de vigilancia hace varios intentos de volver a encenderse. Si después de varios intentos la antena continúa mostrando un comportamiento inadecuado, posiblemente como resultado de daños estructurales, el transmisor permanece apagado.
Idealmente, la parte subterránea del conjunto debería residir en un área de alta conductividad del terreno. Si el cable subterráneo es capaz de resistir bien la corrosión , se puede cubrir con sal para mejorar su conexión eléctrica con tierra. Si bien la resistencia eléctrica del pararrayos entre la terminal aérea y la Tierra es motivo de gran preocupación, la reactancia inductiva del conductor podría ser más importante. Por este motivo, el recorrido del conductor de bajada es corto y las posibles curvas tienen un radio grande. Si no se toman estas medidas, la corriente del rayo puede formar un arco sobre una obstrucción resistiva o reactiva que encuentre en el conductor. Como mínimo, la corriente del arco dañará el pararrayos y puede encontrar fácilmente otra ruta conductora, como el cableado o las tuberías del edificio, y provocar incendios u otros desastres. Los sistemas de puesta a tierra sin baja resistividad al suelo aún pueden ser efectivos para proteger una estructura contra daños por rayos. Cuando el suelo tiene poca conductividad, es muy poco profundo o inexistente, se puede aumentar el sistema de puesta a tierra añadiendo varillas de tierra, un conductor de contrapeso (anillo de tierra), cables radiales que sobresalgan del edificio o barras de refuerzo de concreto del edificio. Se utiliza para un conductor de tierra ( tierra Ufer ). Estas adiciones, aunque aún no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la [dispersión] del rayo hacia la tierra sin dañar la estructura. [dieciséis]
Se deben tomar precauciones adicionales para evitar descargas laterales entre objetos conductores sobre o dentro de la estructura y el sistema de protección contra rayos. El aumento de la corriente del rayo a través de un conductor de protección contra rayos creará una diferencia de voltaje entre este y cualquier objeto conductor que se encuentre cerca de él. Esta diferencia de voltaje puede ser lo suficientemente grande como para causar un peligroso destello lateral (chispa) entre los dos que puede causar daños importantes, especialmente en estructuras que albergan materiales inflamables o explosivos. La forma más eficaz de prevenir este daño potencial es asegurar la continuidad eléctrica entre el sistema de protección contra rayos y cualquier objeto susceptible de sufrir un destello lateral. Una unión efectiva permitirá que el potencial de voltaje de los dos objetos suba y baje simultáneamente, eliminando así cualquier riesgo de descarga lateral. [17]
Se utiliza una cantidad considerable de material para fabricar los sistemas de protección contra rayos, por lo que es prudente considerar cuidadosamente dónde una terminal aérea proporcionará la mayor protección. La comprensión histórica de los rayos, a partir de declaraciones de Ben Franklin, suponía que cada pararrayos protegía un cono de 45 grados. [18] Se ha descubierto que esto no es satisfactorio para proteger estructuras más altas, ya que es posible que un rayo caiga sobre el costado de un edificio.
El Dr. Tibor Horváth desarrolló un sistema de modelización basado en una mejor comprensión de la terminación de los rayos, llamado método de la esfera rodante. Se ha convertido en el estándar según el cual se instalan los sistemas tradicionales Franklin Rod. Para comprender esto se requiere conocimiento de cómo se "mueven" los rayos. Cuando el líder de un rayo salta hacia el suelo, avanza hacia los objetos conectados a tierra más cercanos a su trayectoria. La distancia máxima que puede recorrer cada paso se llama distancia crítica y es proporcional a la corriente eléctrica. Es probable que los objetos sean golpeados si están más cerca del líder que esta distancia crítica. Es una práctica estándar aproximar el radio de la esfera a 46 m cerca del suelo. [19]
Es poco probable que el líder golpee un objeto fuera de la distancia crítica si hay un objeto sólidamente conectado a tierra dentro de la distancia crítica. Las ubicaciones que se consideran seguras de los rayos se pueden determinar imaginando los caminos potenciales de un líder como una esfera que viaja desde la nube hasta el suelo. Para la protección contra rayos, basta con considerar todas las esferas posibles, ya que tocan puntos potenciales de impacto. Para determinar los puntos de impacto, considere una esfera rodando sobre el terreno. En cada punto se simula una posición de líder potencial. Es más probable que caiga un rayo donde la esfera toca el suelo. Los puntos sobre los que la esfera no puede rodar ni tocar están más a salvo de los rayos. Se deben colocar protectores contra rayos donde impidan que la esfera toque una estructura. Sin embargo, un punto débil en la mayoría de los sistemas de desvío de rayos es el transporte de la descarga capturada desde el pararrayos hasta el suelo. [20] Los pararrayos suelen instalarse alrededor del perímetro de los tejados planos o a lo largo de las cimas de los tejados inclinados a intervalos de 6,1 mo 7,6 m, dependiendo de la altura del pararrayos. [21] Cuando un techo plano tiene dimensiones superiores a 15 m por 15 m, se instalarán terminales de aire adicionales en el medio del techo a intervalos de 15 mo menos en un patrón de cuadrícula rectangular. [22]
La forma óptima de la punta de un pararrayos ha sido objeto de controversia desde el siglo XVIII. Durante el período de confrontación política entre Gran Bretaña y sus colonias americanas, los científicos británicos sostenían que un pararrayos debería tener una bola en su extremo, mientras que los científicos estadounidenses sostenían que debería tener un punto. Hasta 2003 [actualizar], la controversia no se había resuelto del todo. [23] Es difícil resolver la controversia porque los experimentos controlados adecuados son casi imposibles, pero el trabajo realizado por Charles B. Moore , et al., [24] en 2000 ha arrojado algo de luz sobre la cuestión, al encontrar que los materiales moderadamente redondeados o contundentes Los pararrayos con punta actúan como receptores de impacto marginalmente mejores. Como resultado, se instalan varillas con punta redonda en la mayoría de los sistemas nuevos en los Estados Unidos, aunque la mayoría de los sistemas existentes todavía tienen varillas puntiagudas. Según el estudio,
Los cálculos de las intensidades relativas de los campos eléctricos sobre varillas afiladas y romas expuestas de manera similar muestran que, si bien los campos son mucho más fuertes en la punta de una varilla afilada antes de cualquier emisión, disminuyen más rápidamente con la distancia. Como resultado, a unos pocos centímetros por encima de la punta de una varilla roma de 20 mm de diámetro, la intensidad del campo es mayor que en una varilla similar y más afilada de la misma altura. Dado que la intensidad del campo en la punta de una varilla afilada tiende a estar limitada por la fácil formación de iones en el aire circundante, la intensidad del campo en varillas romas puede ser mucho más fuerte que la de distancias superiores a 1 cm en varillas más afiladas.
Los resultados de este estudio sugieren que las varillas de metal moderadamente desafiladas (con una altura de la punta y un radio de curvatura de la punta de aproximadamente 680:1) son mejores receptores de rayos que las varillas más afiladas o muy desafiladas.
Además, influirá la altura del pararrayos respecto a la estructura a proteger y a la propia Tierra. [25] [26]
La teoría de la transferencia de carga establece que se puede evitar que un rayo caiga sobre una estructura protegida reduciendo el potencial eléctrico entre la estructura protegida y la nube de tormenta. Esto se hace transfiriendo carga eléctrica (como desde la cercana Tierra al cielo o viceversa). [27] [28] La transferencia de carga eléctrica de la Tierra al cielo se realiza mediante la instalación de productos de ingeniería compuestos de muchos puntos sobre la estructura. Se observa que los objetos puntiagudos realmente transferirán carga a la atmósfera circundante [29] [30] y que se puede medir una corriente eléctrica considerable a través de los conductores ya que la ionización ocurre en el punto cuando hay un campo eléctrico presente, como ocurre cuando las nubes de tormenta están por encima.
En los Estados Unidos, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) actualmente no [ ¿cuándo? ] respalda un dispositivo que puede prevenir o reducir la caída de rayos. El Consejo de Normas de la NFPA, tras una solicitud de un proyecto para abordar los sistemas de matriz de disipación[tm] y los sistemas de transferencia de carga, denegó la solicitud para comenzar a formular normas sobre dicha tecnología (aunque el Consejo no excluyó el desarrollo futuro de normas después de que fuentes confiables demostraran la validez de la tecnología y la ciencia básicas). [31]
La teoría de la emisión temprana de serpentinas propone que si un pararrayos tiene un mecanismo que produce ionización cerca de su punta, entonces su área de captura de rayos aumenta considerablemente. Al principio, entre 1930 y 1980 se utilizaron pequeñas cantidades de isótopos radiactivos ( radio-226 o americio-241 ) como fuentes de ionización [32] , que posteriormente fueron sustituidos por diversos dispositivos eléctricos y electrónicos. Según una de las primeras patentes, dado que los potenciales de tierra de la mayoría de los protectores contra rayos son elevados, la distancia del camino desde la fuente hasta el punto de tierra elevado será más corta, creando un campo más fuerte (medido en voltios por unidad de distancia) y esa estructura será más propensa a la ionización y descomposición. [33]
AFNOR, el organismo nacional de normalización francés, emitió una norma, NF C 17-102, que cubre esta tecnología. La NFPA también investigó el tema y hubo una propuesta para emitir una norma similar en Estados Unidos. Inicialmente, un panel independiente de la NFPA declaró que "la tecnología de protección contra rayos [Early Streamer Emission] parece ser técnicamente sólida" y que había una "base teórica adecuada para el concepto y diseño de la terminal aérea [Early Streamer Emission] desde un punto de vista físico". punto de vista". [34] ) El mismo panel también concluyó que "el sistema de protección contra rayos recomendado [norma NFPA 781] nunca ha sido validado científica o técnicamente y los terminales aéreos de varilla Franklin no han sido validados en pruebas de campo en condiciones de tormenta".
En respuesta, la Unión Geofísica Estadounidense concluyó que "[e]l Panel Bryan no revisó esencialmente ninguno de los estudios y la literatura sobre la efectividad y la base científica de los sistemas tradicionales de protección contra rayos y se equivocó en su conclusión de que no había base para la Norma". . AGU no intentó evaluar la efectividad de ninguna modificación propuesta a los sistemas tradicionales en su informe. [35] La NFPA retiró su borrador de edición propuesta de la norma 781 debido a la falta de evidencia de una mayor efectividad de los sistemas de protección basados en emisiones Early Streamer en comparación con las terminales aéreas convencionales.
Los miembros del Comité Científico de la Conferencia Internacional sobre Protección contra Rayos (ICLP) han emitido una declaración conjunta manifestando su oposición a la tecnología de Emisión Temprana de Streamer. [36] ICLP mantuvo una página web con información relacionada con ESE y tecnologías relacionadas hasta 2016. [37] Aún así, el número de edificios y estructuras equipados con sistemas de protección contra rayos ESE está creciendo, así como el número de fabricantes de terminales aéreas ESE de Europa, América, Medio Oriente, Rusia, China, Corea del Sur, países de la ASEAN y Australia. [ cita necesaria ] [38]
Los rayos que caen sobre una estructura metálica pueden variar desde no dejar evidencia (excepto, tal vez, un pequeño agujero en el metal) hasta la destrucción completa de la estructura. [39] Cuando no hay pruebas, analizar las huelgas es difícil. Esto significa que un impacto sobre una estructura no instrumentada debe confirmarse visualmente, y el comportamiento aleatorio de los rayos dificulta tales observaciones. [39] [40] [41] [42] También hay inventores trabajando en este problema, [43] [44] como a través de un cohete relámpago . Si bien es posible que en el futuro no se realicen experimentos controlados, se están obteniendo muy buenos datos mediante técnicas que utilizan receptores de radio que vigilan la "firma" eléctrica característica de los rayos utilizando antenas direccionales fijas. [45] [46] [47] [48] A través de técnicas precisas de sincronización y triangulación, los rayos se pueden localizar con gran precisión, por lo que los impactos sobre objetos específicos a menudo se pueden confirmar con confianza.
La energía de un rayo suele oscilar entre 1 y 10 mil millones de julios . Esta energía se libera normalmente en un pequeño número de golpes separados, cada uno con una duración de unas pocas decenas de microsegundos (normalmente de 30 a 50 microsegundos), durante un período de aproximadamente una quinta parte de segundo. La gran mayoría de la energía se disipa en forma de calor, luz y sonido en la atmósfera.
Las aeronaves están protegidas por dispositivos montados en la estructura de la aeronave y por el diseño de sistemas internos. Los rayos generalmente entran y salen de una aeronave a través de la superficie exterior de su estructura o a través de mechas estáticas . El sistema de protección contra rayos proporciona caminos conductores seguros entre los puntos de entrada y salida para evitar daños a los equipos electrónicos y proteger el combustible o la carga inflamables de chispas .
Estos caminos están construidos con materiales conductores. Los aisladores eléctricos sólo son efectivos en combinación con una ruta conductora porque los rayos bloqueados pueden exceder fácilmente el voltaje de ruptura de los aisladores. Los materiales compuestos se construyen con capas de malla de alambre para que sean suficientemente conductores y las juntas estructurales se protegen realizando una conexión eléctrica a través de la junta.
Los cables blindados y las carcasas conductoras brindan la mayor protección a los sistemas electrónicos. La corriente del rayo emite un pulso magnético que induce corriente a través de los bucles formados por los cables. La corriente inducida en el escudo de un bucle crea un flujo magnético a través del bucle en la dirección opuesta . Esto disminuye el flujo total a través del circuito y el voltaje inducido a su alrededor.
La ruta conductora del rayo y el blindaje conductor transportan la mayor parte de la corriente. El resto se pasa por alto los componentes electrónicos sensibles mediante supresores de voltaje transitorio y se bloquea mediante filtros electrónicos una vez que el voltaje de paso es lo suficientemente bajo. Los filtros, al igual que los aisladores, solo son efectivos cuando los rayos y las sobrecorrientes pueden fluir a través de una ruta alternativa.
Una instalación de protección contra rayos en una embarcación comprende un protector contra rayos montado en la parte superior de un mástil o superestructura, y un conductor de puesta a tierra en contacto con el agua. Los conductores eléctricos se conectan al protector y bajan hasta el conductor. Para una embarcación con casco conductor (de hierro o acero), el conductor de puesta a tierra es el casco. Para una embarcación con casco no conductor, el conductor de puesta a tierra puede ser retráctil, estar unido al casco o unido a una orza .
Algunas estructuras tienen inherentemente mayor o menor riesgo de ser alcanzadas por un rayo. El riesgo para una estructura es función del tamaño (área) de una estructura, la altura y el número de rayos por año por mi 2 para la región. [49] Por ejemplo, un edificio pequeño tendrá menos probabilidades de ser alcanzado que uno grande, y un edificio en un área con una alta densidad de rayos tendrá más probabilidades de ser alcanzado que uno en un área con una baja densidad. de rayos. La Asociación Nacional de Protección contra Incendios proporciona una hoja de trabajo de evaluación de riesgos en su estándar de protección contra rayos. [50]
La evaluación del riesgo de rayos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) consta de cuatro partes: pérdida de seres vivos, pérdida de servicio al público, pérdida de patrimonio cultural y pérdida de valor económico. [51] La pérdida de seres vivos se considera la más importante y es la única pérdida que se tiene en cuenta para muchas aplicaciones industriales y comerciales no esenciales.
La introducción de los sistemas de protección contra rayos en las normas permitió a varios fabricantes desarrollar sistemas de protección con multitud de especificaciones. Existen múltiples estándares de protección contra rayos internacionales, nacionales, corporativos y militares.
