Proteccion Contra Descargas Electricas

PROTECCION CONTRA DESCARGAS DIRECTAS O APANTALLAMIENTO (SHIELDING)

I.- DEFINICIONES

• Apantallamiento: Son las acciones a tomar para evitar que se produzcan descargas atmosféricas directas o rayos en los equipos de una instalación.

• Guía de un rayo: Trayectoria de un rayo en el aire

• Distancia de descarga(Sm): Longitud del último paso de la guía de un rayo

• Nivel Ceraunico: número promedio de descarga a tierra por unidad de área y por unidad de tiempo en un sitio determinado

II.- FUNCION

Proteger los equipos de una instalación contra descargas atmosféricas directas

III.- FORMACION DE UNA DESCARGA ADMOSFERICA O RAYO

Cuando una nube cargada (positiva o negativamente) se aproxima a otra nube u objeto con carga contraria se da inicio a la formación de un rayo con la aparición de la guía del rayo, a partir de ese momento el rayo progresara a una velocidad aproximada de 1000Km/seg. Una vez superada la distancia de descarga se da inicio a la ionización del aire entre la nube y el objeto, a partir de ese momento ocurre primero una pequeña descarga entre ambos que es seguida por la corriente del rayo, llamada corriente de retorno. Este proceso se muestra en la figura siguiente.

El tiempo de duración del rayo será hasta que se neutralice la carga de la nube. El rayo y sus características son totalmente aleatorios, por tal razón el estudio del mismo se basa en términos de las probabilidades.

La distancia de descarga depende del nivel de contaminación del aire entre la nube y el objeto (presencia de agua, partículas cargadas, etc.).En promedio, la magnitud de la corriente pico de descarga de un rayo se ha establecido como 31KA. Mediante una ecuación se puede determinar la probabilidad de que este valor sea excedido.

IV.- MEDIOS DE APANTALLAMIENTO

Los medios para apantallamiento están basados en los experimentos realizados en 1753 por Benjamín Franklin sobre la propiedad que tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados situados en su proximidad. Y del hecho de que cualquier nube con carga contraria al suelo se descargara a través del objeto más elevado que tenga conexión eléctrica a la tierra. En la actualidad son utilizados las Puntas Franklin o Bayonetas y los Hilos de Guarda.

1. Punta Franklin

En general son varillas de acero que se colocan en los topes de los pórticos o sobre mástiles especialmente construidos, con el extremo inferior conectado a tierra. La punta de la varilla pasa a ser el punto más alto de la instalación que tiene el mismo nivel de potencial que el suelo, por esta razón será el punto más atractivo para cualquier descarga atmosférica en la proximidad, protegiendo de esta manera los equipos que se encuentren debajo de la misma en un radio que conoceremos más adelante.

Ventajas

• Fácil de instalar

• Económicas

• Muy atractivas para los rayos

Desventajas

• Mayor resistencia a la disipación de las corrientes de retorno

• Para subestaciones grandes, se hacen muy costosas

2. Cables de Guarda

Son hilos conductores que se colocan entre pórticos por encima del equipo a proteger y conectados a tierra en ambos extremos. Con ello se logra que cualquier descarga a producirse en el área protegida se realice a través de ellos.

Ventajas

• Brindan protección continua a lo largo de todo el cable

• Presentan menor resistencia a la disipación de la corriente de retorno

• Ayudan a mejorar las condiciones de la red de tierra

V.- METODOS DE DISENO DE LOS APANTALLAMIENTOS

Existen tres métodos utilizados para hacer los cálculos de los apantallamientos: Método de los ángulos fijos, Método de las curvas de Wagner y Método Electrogeometrico; los dos primeros son conocidos como métodos de diseño empíricos.

1. Método de los ángulos fijos

Este método utiliza ángulos verticales para determinar la cantidad, posición y altura de los cables de guarda y/o las puntas franklin. Las figuras siguientes ilustran los métodos utilizados para las puntas franklin y los hilos de guarda

Los valores de los ángulos varían en función del grado de protección requerido en la subestación, pero regularmente se utilizan 45º para α y de 30º a 45º para β.

En la figura siguiente se

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