1 MANUAL GENERAL DE PARARRAYOS INTEGRADOS[2755]

MANUAL GENERAL DE PARARRAYOS INTEGRADOS "THOR"
I N D I C E
I) Sistema Pararrayos Integrado "THOR".
II) Especificaciones Técnicas "THOR".
1. Análisis de los fenómenos eléctricos atmosféricos.
2. Principio de funcionamiento del Pararrayo Convencional.
3. Presentación del Pararrayo Convencional Tetrapuntal "THOR".
4. Especificaciones generales del Pararrayo Convencional "THOR".
5. Principios de funcionamiento del Pararrayo Disipador Aerodinámico
Ionizante "THOR".
6. Especificaciones generales del Pararrayo Disipador Aerodinámico
Ionizante "THOR".
7. Performance del Pararrayo Disipador Aerodinámico Ionizante "THOR".
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8. Seguridad del Pararrayo Disipador Aerodinámico Ionizante "THOR"
9. Garantías de operación y fabricación.
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III) Especificaciones Técnicas generales de los Pararrayos Autovalvulares
AC y de los Protectores AC y DC:
1. Características técnicas generales de los mismos, tipos y usos.
2. Rangos operativos Min/Max; recomendaciones adicionales de seguridad.
IV) Detalles para los Proyectos e Instalaciones Técnicas en general:
A) División de Telecomunicaciones e Informática:
1. Diseño.
2. Especificaciones.
3. Red conductora del Pararrayo Aerodinámico Ionizante "THOR"
4. Dimensión del cable de la red conductora.
5. Sistema dispersor de carga o puesta a tierra.
6. Planos de obra.
B) División de Arquitectura en edificaciones:
1. Diseño.
2. Especificaciones.
3. Red conductora del Pararrayo Aerodinámico Ionizante "THOR".
4. Sistema dispersor de carga o puesta a tierra.
5. Planos de obra.
C) Construcción e Instalación:
1. Materiales.
2. Montaje.
3. Inspección.
V)
Manual de instalaciones de Puestas a Tierra "THOR-GEL":
1. Definición y objetivo.
2. El terreno como conductor, tablas de resistividades en Ohms-m.
3. Los diseños de puestas a tierra según formación geológica.
4. Resistencia eléctrica de puestas a tierra según servicio.
5. M‚todos para la reducción de la resistencia eléctrica.
6. Mediciones de la resistencia eléctrica de las puestas a tierra.
7. Inspecciones y mantenimiento.
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VI) Laminas y Catálogos ilustrativos en general de toda la Técnica.
I)
SISTEMA PARARRAYOS INTEGRADO "THOR".
El Sistema Pararrayo Integrado "THOR", est constituido de acuerdo a sus funciones por dos tipos
de elementos de protección básicos:
El captador disipador Pararrayos Aerodinámico Ionizante, que brinda protección contra descargas
atmosféricas directas (Rayos); y los Pararrayos Autovalvulares y protectores eléctricos que
protegen contra las inducciones, sobretensiones y picos eléctricos de origen atmosférico o
industrial en las líneas de energía AC, DC y señal DC.
El Sistema Pararrayos Integrado "THOR", ha sido diseñado de tal manera que pueda permitir una
neutralización completa de todo fenómeno eléctrico atmosférico directo o indirecto, y los
fenómenos eléctricos transitorios de origen industrial y ello con el fin de lograr que el usuario
pueda trabajar sin problemas, aún en los casos de encontrarse bajo tormentas eléctricas severas
o con trastornos eléctricos transitorios industriales.
Siempre será necesario estudiar y analizar cada proyecto de uso en forma particular, de tal modo
que se evite la omisión de algún detalle que podría ser importante para la correcta operatividad de
los sistemas de protección proyectado.
PARA-RAYOS S. A. C., Presenta al usuario un Manual práctico que le permita en primer lugar,
conocer el diseño de un Sistema de Pararrayos Integrado, en segundo lugar analizar la
Fenomenología eléctrica atmosférica e industrial, en tercer lugar dar a conocer los principios de
funcionamiento de los Pararrayos de Punta Convencional y Radioactivo, como los Pararrayos
Autovalvulares y los protectores de fenómenos eléctricos transitorios en las líneas de energía y
señal; y en cuarto lugar ofrece información práctica sobre la proyección e instalación de los
distintos sistemas de protección existentes para configurar un sistema de protección integrado
"THOR".
II) ESPECIFICACIONES TECNICAS "THOR"
1) ANALISIS DE LOS FENOMENOS ELECTRICOS ATMOSFERICOS.
La presencia en el suelo o subsuelo de materiales que producen en la atmósfera polarización
natural adicional establece zonas de mayor o menor conductibilidad eléctrica.
El camino de la descarga eléctrica, o rayo, es siempre la trayectoria de mayor conductibilidad en
cada zona. Se estima que la corteza terrestre, tiene una carga eléctrica negativa promedio de
540,000 Coulombs, la densidad superficial de esta carga es de alrededor de 667,000
electrones/cm2, de este modo se puede considerar como despreciable cualquier cantidad de
electricidad conducida a tierra.
La carga eléctrica de la atmósfera, tiene origen en la ionización de las moléculas de aire por
acción de irradiaciones alfa, gama, de electrones, protones, neutrones, rayos cósmicos, etc., que
procede de la radiactividad natural de la tierra, del sol o de algunas estrellas conocidas como
supernovas, el balance de estas cargas presenta signo positivo, quizá s por la facilidad con que
los electrones escapan de la atmósfera a causa de la fuerte energía cinética.
Como la atmósfera no es un medio homogéneo, su ionización tampoco lo es aunque la mayor
parte de las irradiaciones ionizantes sean exógenas a la tierra, la densidad mas elevada de
ionización se presenta en las capas inferiores de la atmósfera (cuanto mayor sea la altitud la
densidad de aire ser mayor), como consecuencia de ser las capas bajas mas densas, se produce
una mayor interacción de las irradiaciones con el alto número de moléculas interpuestas, hecho
que influye en la elevada degradación de la energía de las irradiaciones según estas penetren en
la atmósfera, a medida que la energía se debilita, aumenta el poder de ionización.
La atmósfera se puede dividir en cinco capas de acuerdo a la densidad y la ionización.
A) La capa de iones pesados:
B) La capa de iones ligeros:
C) La estratosfera
D) La ionosfera
E) La electronósfera:
De 0 a 2 Km de altitud.
De 2 a 11 Km de altitud.
De 11 a 80 Km de altitud.
De 80 a 200 Km de altitud.
De 200 a 1200 Km de altitud.
Los iones ligeros son formados, por partículas de vapor de agua cargadas de electricidad positiva
o negativa, la concentración de estas partículas en nubes origina una serie de fenómenos
eléctricos, íntimamente relacionados con la distribución espacial de sus cargas eléctricas.
El desplazamiento de estas masas de agua, así como también, su pulverización, sublimación y
evaporación, provocan la separación de los iones de signo contrario que se concentran en zonas
diferentes y crean dentro de la nube y entre esta y la tierra fortísimos campos eléctricos, que son
el origen de las descargas conocidas como Rayos.
La intensidad de corriente se expresa por la cantidad de electrones o iones por segundo que
atraviesan una sección, por lo tanto, la conductibilidad eléctrica de la atmósfera ser mayor cuanto
mayor sea la densidad de ionización (iones/cm3.).
La tierra y atmósfera en conclusión, poseen características de un capacitor cuyas placas serían la
corteza terrestre y la ionosfera. El dieléctrico lo constituiría la masa de aire con una extensión de
80 Km, de altitud, circulando permanentemente entre las armaduras, se encontraría una corriente
eléctrica de desplazamiento, positiva y descendente, estimada en 1.4 kA. para todo el globo, esta
corriente positiva, que alcanza la tierra, nunca llega a neutralizar su carga. La variación de la
intensidad del campo eléctrico en las proximidades de la tierra, puede ser representada por
superficies equipotenciales, ya que la tierra es buena conductora, y su carga se distribuye
uniformemente, la intensidad del campo eléctrico es la que determina si una descarga lleva o no
peligro; de este modo se tienen los siguientes tipos:
DESCARGAS SILENCIOSAS.- Estas no alcanzan a percibir ni visual, ni auditivamente debido a
la baja aceleración de los electrones desprendidos de los objetos en punta, situados en la
superficie terrestre; ocurren cuando la gradiente de potencial es del orden de 150 v/cm. , con una
intensidad de (-10) 10 A/cm2.x
FUEGO DE SAN TELMO.- Estas se perciben por cierta luminiscencia característica y son del
orden de 1 kv./cm., con una intensidad de (-4) 10 A/cm2.
LUZ DE LOS ANDES.- Estas se perciben en cerros muy altos y generan una luminosidad peculiar
que alcanza varios kilómetros sin producir ruido.
RELAMPAGO.- Estas se perciben dentro de la nube y originan una luminosidad repentina sin
trueno.
Ninguna de estas significan peligro para el hombre.
EL RAYO.- Esta si es una descarga eléctrica mortal y destructora, se forma en una gradiente de
potencial entre la nube y la tierra, alcanzando el campo 10 Kv./cm. Puede iniciarse en alguna
gota de agua situada en la parte inferior de la nube, cuya carga se polariza con el campo eléctrico
existente, de ella se desprenden iones positivos en una dirección y negativos en la otra; estos
electrones liberados toman alta aceleración debido al campo eléctrico y alcanzan velocidades
tales que ionizan las moléculas de aire en su camino; este proceso de ionización se propaga en
una dirección preponderante formando as¡ una corriente eléctrica piloto, muy tenue para ser
visible, esta corriente se puede ramificar y cada rama progresar independientemente, en el mismo
momento en que aquello ocurre, se puede producir la elevación de los iones positivos de la tierra
en dirección nube, cuando la corriente electrónica de la nube se encuentra con la iónica de tierra
se completa el canal de descarga, permitiendo as¡ la descarga principal, es importante observar
que es el primer flujo iónico de tierra que encuentra la corriente piloto, es el que determina la
trayectoria de la descarga principal, la misma que podrá alcanzar un valor pico de hasta 200 kA.
Después de observar estos fenómenos, concluimos que mayores serán las oportunidades de un
punto terrestre para provocar la descarga eléctrica, cuanto más temprano pueda generar un flujo
iónico ascendente. La extensión que alcanza el flujo ascendente lleva el nombre de "Distancia de
Ruptura" y varía con la corriente de descarga subsecuente según los valores indicados en la tabla
siguiente:
DISTANCIA DE RUPTURAS
(m)
16
40
100
250
CORRIENTE DE DESCARGA
(Valor Pico en kA.)
3
10
30
100
El objetivo m s importante de esta tabla es mostrar al usuario, que descargas de baja intensidad
de la corriente piloto pueden pasar muy cerca de un pararrayos convencional sin que este genere
un flujo de conexión o canal de ruptura, permitiendo con ello que la corriente piloto progrese y
obtenga su ruptura o conexión muy próxima a la estructura que se estime protegida.
De modo general, los especialistas saben que las descargas de baja intensidad de la corriente
piloto siguen un curso errático y solo alcanzan las estructuras en ángulo cuando estas completen
el flujo de conexión o canal de ruptura, lo que demuestra que es una falacia suponer que es
confiable el concepto del cono de protección dado por los pararrayos del tipo convencional,
mas aún cuando el proceso es frecuentemente dificultado por el aire, que deforma y estrangula el
canal de ruptura recién formado, en consecuencia el proceso se puede repetir varias veces y por
consiguiente el riesgo también.
Al producirse el flujo de conexión del canal de ruptura, empieza la tercera fase o descarga
principal, donde una fuerte descarga salta desde la tierra hacia la nube con una velocidad de
orden de 2,000 Km./seg., iluminando todas las ramificaciones formadas por la corriente piloto de
arriba hacia abajo, dando al observador la impresión que el rayo baja de la nube a la tierra.
Son por estas razones que los especialistas recomiendan que los pararrayos a usarse, sean din
micos con altas posibilidades de ruptura y no est ticos.
2) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL PARARRAYOS CONVENCIONAL
La finalidad del pararrayos es crear una región ionizada alrededor suyo, facilitando una trayectoria
de menor resistencia para la corriente piloto, emitida por la nube, auxiliando as¡ la formación del
canal de descarga y orientando el camino del rayo.
La ionización del aire generado por el pararrayos convencional es posible debido a la existencia
del campo eléctrico entre la nube y la tierra, que actúa provocando una concentración de cargas
eléctricas en el pararrayos y la consecuente emisión de un flujo electrónico bajo la forma de una
descarga silenciosa, cuanto mayor sea el volumen del aire ionizado alrededor del pararrayos,
mayor ser la probabilidad de captación de la corriente piloto, y esta captación se presentar
cuando la diferencia de potencial del campo eléctrico entre nube y tierra llegue a 9\0.7 Kv./m.
El Pararrayos Convencional, inventado en 1752 por Benjamin Franklín, es apenas constituido por
un asta de metal que termina en una punta fina, su emisión electrónica es muy débil y solamente
consigue ionizar un pequeño volumen de aire, en la práctica, la distancia efectiva no pasa los
10Mts. tendiendo el desuso por su reducida rea, ya que la suposición de que el espacio protegido
por el cono de base es igual a dos veces la altura del pararrayos, resulta una verdadera falacia
comprobada muchas veces en nuestros días, pues muchísimas estructuras supuestamente
cubiertas han sido afectadas varias veces, por ello se puede asegurar que el pararrayos
convencional solo ha dado resultados poco satisfactorios en un cono de base igual a una vez la
altura del pararrayos y ello por ser un est tico protector.
3) PRESENTACION DEL PARARRAYOS CONVENCIONAL TETRAPUNTAL "THOR"
La idea de utilizar un Captador Pararrayos Convencional de cuatro puntas o tetrapuntal, busca
mejorar el área de ionización alrededor suyo, facilitando una trayectoria de menor resistencia para
la corriente guía (piloto), pues la ionización producida por el captador convencional de una sola
punta es muy tenue para poder asegurar un radio de protección de una vez su altura.
El campo protegido por un Captador Pararrayos Tetrapuntal es aquel abarcado por un cono que
tiene como vértice el punto m s elevado del Captador Pararrayos, y la generatriz forma un ángulo
de 45 grados con el eje vertical la estructura a ser protegida deber estar dentro del cono.
4) ESPECIFICACIONES GENERALES DEL PARARRAYOS CONVENCIONAL "THOR"
CARACTERISTICAS FISICAS DEL CAPTADOR:
- Estructura de bronce pulido cromado de 4 puntas (tetrapuntal)
- Altura
:43 cm.
- Peso aproximado:
1.300 Kg.
- Dimensiones :
- Estilete Central 25.5 cm. x 7/8".
- Estiletes Laterales 15.5 cm. x 5/8".
- Cuerpo Base 2" x 5/8" x 2 1/2" con conector de cable
1/0 a 4/0 y conexión para niple de 1/2".
DISEÑO:
Se sitúan en el punto predominante de la estructura, elevando el Captador Tetrapuntal hasta un
nivel adecuado en función a la cobertura. El radio de protección se define multiplicando la altura
por 1.5, el valor resultante será el radio con una generatriz de 45 grados.
RED CONDUCTORA:
Se utiliza como línea conductora a tierra el cable de cobre desnudo 1/0 AWG de 19 hilos, la
conducción y fijación del cable ser igual que la indicada en el Aerodinámico Ionizante "TOP", en
función al tipo de estructura.
SISTEMA DISPERSOR DE CARGA (PUESTA A TIERRA):
El sistema dispersor de carga o puesta a tierra tendrá una resistencia de 10 Ohm / m y sé realizar
de acuerdo con la información detallada m s adelante el sistema convencional es solo
recomendado para reas pequeñas.
5) FUNCIONAMIENTO DEL PARARRAYOS IONIZANTE "THOR"
El principio es el mismo, pues la finalidad es crear una región ionizada m s amplia y din mica, el
desarrollo del pararrayos captador disipador aerodinámico ionizante "THOR", elimina la
ineficiencia del flujo de conexión del canal de ruptura que presenta el tipo convencional ya que al
disponer de fuentes radioactivas emite continuamente partículas alfa originando una región
ionizada muy amplia que extiende su acción hasta las nubes por causa del fenómeno de la
multiplicación de iones pares, logrando a su vez reducir en forma considerable la est tica por la
combinación de los iones dentro de su radio de acción y con ello menguar las interferencias en las
ondas de comunicación.
Su alcance depende de la actividad de sus fuentes radioactivas y de la utilización de su cámara
de preionización, pues las fuentes de Americio 241, se encuentran en su parte interna y al
ingresar el aire con la velocidad peculiar que se presenta en una tormenta, crea una turbulencia
originada por la disposición de las aletas de viento del plato inferior; el plato superior posee un
solo orificio de salida, donde se encuentra el asta central o punta pararrayos, que atraviesa el
captador, permitiendo una emisión dirigida hacia la atmósfera con una fuerte expulsión del aire
ionizado.
La emisión aerodinámica de la ionización, es directamente proporcional a la diferencia de
potencial eléctrico entre la nube y la tierra, así como directamente proporcional a la velocidad del
viento, emitiendo iones negativos o positivos opuestos siempre a la polaridad del fenómeno
atmosférico con el fin de disipar o evitar el aumento del potencial eléctrico entre nube y tierra que
puedan causar la descarga, ahora si la diferencia de potencial del campo eléctrico llega a 0.1
Kv./m. el captador formar de inmediato el canal de ruptura, neutralizando la descarga principal sin
producir descargas laterales de baja intensidad que puedan comprometer otras estructuras
aledañas al captador pararrayos "THOR"; esta última función, es posible debido a que el Sistema
Pararrayos Aerodinámico Ionizante "THOR", no permite el incremento del campo eléctrico
atmosférico más allá de 0.1 Kv./m. logrando así que la intensidad eléctrica de la operación de
descarga del Sistema "TOP" Convencional, esta función es conocida con el nombre de
minimización de la diferencia de potencial de descarga.
El diseño Aerodinámico Ionizante "THOR", se desarrolló luego de analizar las limitaciones y
ventajas de todos los equipos de pararrayos ionizantes fabricados en el mundo, también se
analizaron los criterios de fabricación y normalización que se tienen en cuenta en los distintos
países.
Como ejemplo calculamos la carga liberada en los Captadores Aerodinámicos Ionizantes "THOR",
modelos T-100, T-60 y T-25.
FORMULA PARA CALCULAR LAS CARGAS LIBRES:
Q = Ax F b/g x 2 x e.
Q = Carga libre en u c/s.
A = Actividad total de las fuentes.
F = Factor de conversión de unidad .7 x (10) 7. Emisiones/seg. en mCi.
B = Energía media gastada en la formación de una pareja de iones cV/par de iones.
e = Carga de cada ion 1.6 x (-19) 10 c/ion.
MODELO A(mCi) f(emis/seg) b(eV/emis) g(eV/emis) e(c/ion)
T-100 2.25
T-60 1.26
T-100 0.87
3.7 x (10)7 5.4 x (10)6
3.7 x (10)7 5.4 x (10)6
3.7 x (10)7 5.4 x (10)6
34
34
34
Q(uC/s)
1.6 x (-19)10 4.23
1.6 x (-19)10 2.37
1.6 x (-19)10 1.63
Haciendo una comparación entre el Pararrayos Convencional y el Aerodinámico Ionizante
"THOR", obtendremos que el primero establece una corriente de inducción para un campo
superior a 0.7 Kv./m, en tanto que el "THOR" inicia sus contactos en un campo de 0.1 Kv./m,
ofreciendo por su dinamismo, la neutralización del campo, y en el peor de los casos, descargas
de baja intensidad, el resultado es un sistema pararrayos m s seguro y confiable, la cobertura del
Pararrayos Aerodinámico Ionizante "THOR" es 100% segura hasta 100Mts. de radio.
6) ESPECIFICACIONES DEL PARARRAYOS DISIPADOR AERODINAMICO IONIZANTE
"THOR"
MODELOS
T-25
T-60
T-100
RADIO DE COBERTURA
25 m
60 m
100 m
AREA DE COBERTURA
1,963.50 m2
11,309.76 m2
31,416.00 m2
CARACTERISTICAS FISICAS:
ESTRUCTURA
ASTA CENTRAL
CONECTOR DE CABLE
PESO APROXIMADO
: Acero inoxidable quirúrgico
: Cobre electrolito, cromado
: Cobre electrolítico, cromado
: 1.2 Kg
CARACTERISTICAS RADIOACTIVAS:
RADIOISOTOPO
VIDA MEDIA
P. RADIACION
FORMA QUIMICA
FORMA FISICA
: Americio 241
: 458 años
: "Alfa" (gamma y beta despreciable)
: Oxido de Americio
: Sólida fuente de Plata (0.15 a 0.2.mm) sello inferior en oro
(1 micra) y sello de aleación de oro y Paladio (2 micras).
ACTIVIDADES
MODELOS
T-25
T-60
T-100
ACTIVIDADES (mCi.)
0.87
1.26
2.25
DATOS DEL TRANSPORTE:
EMBALAJE
: Cartón corrugado de 3 mm. de espesor.
LARGO
: 27.5 cm.
ANCHO
: 25.5 cm.
ALTURA
: 12.5 cm.
PESO BRUTO
: 1.9 Kg
CATEGORIA DE TRANSPORTE : II Amarilla
INDICE DE TRANSPORTE : 0.1, 0.3, 0.8 mCi. respectivamente
7) PERFORMANCE DEL PARARRAYOS IONIZANTE "THOR"
CARACTERISTICAS:
1).- Los radioisótopos se encuentran dentro de la cámara de preionización.
VENTAJAS: - Mayor duración de los radioisótopos.
- Se elimina el riesgo de exposición a los usuarios.
- Se elimina, el riesgo de contaminación por deterioro o
desprendimiento de los radioisótopos.
- Se elimina el riesgo de contaminación por medio del agua
proveniente de las lluvias que en muchos casos es recolectoda para el
consumo humano
- Se maximiza la ionización del aire.
PRUEBAS : - Los radioisótopos están protegidos contra cuerpos extraños
por estar instalados internamente.
- Concentran los electrones y neutrones, en la cámara de preionización.
- Son remachados al plato superior con la máxima seguridad.
- Solo el aire circulante esta en contacto con el radioisótopo AM-241.
- Su ionización es dirigida solo a la atmósfera, evitando
ionizar al usuario.
2).- El diseño aerodinámico de ionización y el asta central mas prolongado.
VENTAJAS:
- El área de protección tiene una seguridad de 100% (hasta los 100 m ó 31,416 m2
- Se obtiene una distribución totalmente uniforme de la ionización en el campo de protección
del equipo.
- El gran tiempo de vida lo hace prácticamente eterno y por lo mismo rentable en muchos
aspectos.
PRUEBAS :
- Las aletas de viento del plato inferior generan turbulencia contacta con las partículas Alfa que
allí se encuentra.
- El doble sistema de ionización, en la cámara y en la punta del equipo, maximiza su
operatividad, la mayor longitud de la punta aumenta el espacio de concentración de cargas
ionizantes.
- La fuerza con la que se expulsa el aire preionizado permite distribuir la ionización
uniformemente.
3).- Utiliza como fuente sellada el Americio 241.
VENTAJAS:
- La baja actividad hace que la radiotoxicidad sea nula, y por tanto absolutamente inocua.
- El equipo tiene una duración acorde con la vida útil de los radioisótopos.
PRUEBAS :
- De acuerdo a la cadena de desintegración del Americio 24, número de masa 241, y número
atómico 95, su decaimiento hasta la estabilidad es de 458 años.
4).- Esta construido con materiales de alta calidad.
PRUEBAS :
- Los platos est n fabricados en acero inoxidable quirúrgico, calidad 304 1/32, el asta central es
de cobre electrolítico cromado de 5/8", 3/4" y 1 1/4".
8) SEGURIDAD DEL PARARRAYOS IONIZANTE "THOR"
1).- SEGURIDAD DE COBERTURA:
Como Empresa especializada en Sistemas Pararrayos debemos informarles que en el mercado
se están ofreciendo pararrayos de campo ionizantes con protección hasta 250 m de radio por
unidad, lo cual no es correcto ya que no se puede garantizar su óptima operatividad debido a que
los principios estadísticos que rigen el funcionamiento de los Pararrayos Convencionales son
también aplicables a los Pararrayos Radioactivos (Ionizantes).
En los pararrayos clásicos la dependencia entre el radio de cono de protección y la altura de la
punta varía de acuerdo con la responsabilidad de la estructura definida. Un análisis de las
normas aplicables en varios países de Europa y América del Norte, nos indica que la protección
aplicada es de una a dos veces la altura de la punta, según la responsabilidad de la estructura.
La interpretación de esta variación esta en el hecho de que a medida que nos alejamos
lateralmente de la punta, al riesgo de caída de rayo aumenta, para una edificación normal, el radio
de cono de protección se calcula en términos estadísticos para un rayo de energía media (100
KA.).
La adecuación de la actividad de las fuentes radioactivas, para el pararrayos de 100M. de alcance
se basa en los mismos cálculos de probabilidades obtenidas del pararrayos de punta para el radio
de base igual a la altura (una vez su altura), el valor de alcance para el Pararrayos Radioactivo
est en el hecho de que las cargas se ofrecen en estado libre, originadas por ionización y por el
fenómeno de multiplicación de iones, por ello es que se pueden dislocar en una gradiente de
campo (0.1 KV/m) menor que el necesario para uno convencional (0.7KV/m), para descentralizar
as¡ una corriente por inducción.
2.- SEGURIDAD ELECTRICA DE DESCARGA.
En caso de aumentar la actividad contenida en un Pararrayos Radioactivo Ionizante de 100 m de
radio, se necesitar la misma gradiente de campo para dislocar las cargas, pues ‚estas tienen 5
cm. de alcance cualquiera sea su actividad y tipo de fuentes, sin embargo tenemos el doble de
corriente y esta solo se establecerá en caso de ser la gradiente de campo suficiente para
dislocarla; esto corresponde a un aumento relativo, del radio de protección con relación a la
altura, que hace mayor el riesgo de descarga atmosférica dentro del rea supuestamente
protegida.
Existe, además otra dificultad adicional en el trayecto que deber ser recorrido por las cargas
hasta que estas establezcan el contacto entre la punta conectora del pararrayos y la nube, si esta
distancia aumenta, aumentar proporcionalmente el riesgo de interferencia en la gradiente de
campo, que impide un contacto adecuado, con lo que tendríamos entonces un sistema de
protección prestando un "Servicio Riesgoso".
3).- SEGURIDAD DE CONTAMINACION.
La contaminación producida por la exposición de un campo ionizado por una fuente radioactiva es
proporcional a la actividad específica de la fuente, fuente ya que la radiotoxicidad de todo
radionucleido es relativa por la unidad de actividad.
El diseño del Pararrayos "THOR", no ofrece riesgo de contaminación del medio ambiente, pues el
isótopo Radioactivo empleado es el Americio 241 (AM-241), elemento transuránico de número 95,
este elemento emite partículas alfa con energía de 5486 a 5443 MEV, siendo gama solo el 1% y
beta solo 0.21 mre/h, a 30 cm. de distancia del captador.
Si una persona permaneciera a esa distancia por 40 horas a la semana, durante 50 semanas por
12 meses, solo acumulara una dosis de 4.3 x (-7)10 r/h. , que es el 8.6 x (-6) de la dosis permitida
e indicada por la Comisión Internacional de Protección Radiológica de 5 Rems en 12 meses.
Por las razones antes expuestas y por la inspección certificada que pasa
cada unidad "THOR", en el Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN) garantizamos la
inocuidad de cualquier unidad "THOR", basándose en estas consideraciones "THOR", eliminó la
posibilidad de producir cualquier tipo de Pararrayos Radioactivas con alcance superior a los 100
m de radio que pueda desprestigiar la calidad de su marca dejando de ofrecer seguridad al
usuario.
9) GARANTIAS DE OPERACION Y FABRICACION
El Captador Pararrayos Aerodinámico Ionizante "THOR", es fabricado de acuerdo con el estudio
de fabricación y utilización de Pararrayos Radioactivas EUR 4292 f. de la comisión de
Comunidades Europeas Controlatom 1970, además el Captador Aerodinámico Ionizante "THOR",
es controlado en su fabricación por la Autoridad Nacional de Energía Nuclear (IPEN), que otorga
un Certificado de Análisis Espectrométrico por nivel de radiación y prueba de fuga de todos los
captadores "THOR", fabricados en nuestras plantas.
El Pararrayos Ionizante "THOR", garantiza una protección al 100% dentro del radio de acción
correspondiente a cada modelo, siempre y cuando la instalación del sistema sea realizada,
dirigida o inspeccionada por PARA-RAYOS S.A.C., esta garantía estará sujeta a las condiciones
correspondientes para cada caso, según el tipo particular de instalación.
NOTA: Para mayor información, sírvanse consultar con la Gerencia Técnica.
III) ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS PARARRAYOS
PROTECTORES PARA LINEAS DE ENERGIA O SEÑAL AC/DC.
AUTOVALVULARES
Y
GENERALIDADES DE LOS FENOMENOS ELECTRICOS TRANSITORIOS DE ORIGEN
ATMOSFERICO, NUCLEARES E INDUSTRIALES.
Las líneas de energía que llegan a sus aparatos eléctricos y/o electrónicos pueden ocasionarle
desagradables sorpresas, algunas provenientes de fuentes naturales y otras causadas por el
hombre, los equipos industriales crean fenómenos eléctricos instantáneos o pasajeros, los de
radiofonía generan ruidos tipo EMI o interferencias de radio frecuencia.
Diversos estudios efectuados por IBM, AT&T, COMPUTERWORLD, etc., revelan que, la mayor
parte de las anomalías en las líneas de fuerza, que afectan los equipos, son el resultado de
algunas formas de influencia externa, añadida a la fuerza eléctrica suministrada por el servicio
público; estas anomalías se conocen como fenómenos eléctricos transitorios.
Las líneas de corriente continua y alterna que alimentan equipos eléctricos y/o electrónicos; así
como, líneas telefónicas y de transmisión de datos, conducen fenómenos eléctricos transitorios de
mayor velocidad y voltaje que los calculados en los estabilizadores y filtros de voltaje; sistemas de
protección contra cortos de corriente, como los UPS no son para la eliminación de estos tipos de
fenómenos, pues además de la energía en 50 a 60 Hz, usted experimentar sobretensiones de
voltaje, picos de alto voltaje, ruidos de alto voltaje e interferencia de radiofrecuencia, con una
velocidad que varía de 1 microsegundo a 5 nanosegundos, por lo cual estos fenómenos no ser n
detectados y eliminados por los sistemas tradicionales de protección
La tecnología actual (eléctrica y electrónica) de estado sólido, con su masiva integración de
componentes electrónicos conlleva a un equipamiento m s vulnerable, debido a los bajos voltajes
de operación interna, y a sus componentes son fácilmente destruidos por los altos valores de
estos fenómenos.
Los fenómenos eléctricos transitorios se clasifican en atmosféricos, nucleares, e industriales; y la
subdivisión de estos fenómenos depende de su amplitud, energía, velocidad y frecuencia de la
ocurrencia; sus principales características los definen en:
1.- INDUSTRIALES: (SOBRETENSIONES PICOS Y OLEADAS).
Este término cubre los fenómenos originados por conmutación eléctrica; así como, por maniobras
operativas de reposición abrupta del suministro eléctrico y por contactos accidentales; las causas
m s frecuentes de los fenómenos industriales son:
A.- Arranque y parada de motores eléctricos.
B.- Encendido de luces de neón o sodio.
C.- Conexión y desconexión en unidades de conmutación eléctrica.
D.- Contactos de interruptores en circuitos inductivos.
E.- Operación de relé‚s de apertura.
F.- Contactos falsos y/o accidentales.
G.- Circuitos eléctricos intermitentes.
Estos fenómenos generan sobrevoltajes transitorios de varios Kv. en un tiempo de un
microsegundo, poniendo en peligro equipos eléctricos y/o electrónicos conectados a las redes.
2.- ATMOSFERICOS: (INDIRECTOS A, B, Y DIRECTOS C.).
A.- DESCARGAS ELECTROMAGNETICAS: (ESTATICA DE NUBES TORMENTOSAS).
La corriente est tica producida por una nube tormentosa, provoca el aumento del campo
electrostático hasta 50Kv/m, provocando microchispeos en el aire, los mismos que generan
pulsos electromagnéticos muy rápidos, creando inducciones en las redes de transmisión,
elevando con ello el potencial eléctrico de ‚estas.
B.- DESCARGAS ELECTROSTATICAS: (ESTATICA DE UN SER HUMANO).
Las descargas electrostáticas pueden generarse en una persona, ya que un ser humano actúa
como un capacitor, de 100 a 300 pico Faradios (pF); debido a la fricción una persona puede
acumular hasta 15 Kv. y descargar en pocos nanosegundos una corriente de 10 A.
Todos los circuitos integrados son sensibles a esta clase de fenómenos eléctricos transitorios; los
cuales perjudican información contenida en ellos, así como, la contenida en discos y diskettes.
C.- FENOMENOS ATMOSFERICOS DIRECTOS: (DESCARGAS DIRECTAS DE RAYOS).
Desde la ‚poca de Benjamín Franklin (1749), se estudia estos fenómenos, que son una
amenaza creciente para nuestra sociedad de tecnología electrónica.
Básicamente, el rayo es generado entre dos campos eléctricos de cargas opuestas: entre nube y
tierra.
El rayo puede tener una longitud de varios Km y progresa en saltos sucesivos entre tierra y nube,
siguiendo un canal altamente ionizado, que contamina la atmósfera con un campo eléctrico de 45
a 50 Kv. por metro y su carga eléctrica es de 70,000 a 250,000 Amperios circulando por el canal
ionizado, con una velocidad de 1 a 5 mil‚simas de segundo.
Esta carga eléctrica que contamina la atmósfera, se inducen en las líneas de transmisión AC o
DC, con corrientes del orden de los 2,500 voltios por segundo, a una distancia de 3.7 Km de la
caída o choque del rayo; siendo la inducción de mayor o menor intensidad de acuerdo a la
distancia de la caída o choque
En las infraestructuras donde se usan pararrayos de puntas convencionales el voltaje de las
inducciones eléctricas se reducen en un 20%; y cuando se utilizan pararrayos ionizantes o
Radioactivas, estas se reducen en un 60% de la carga inducida.
El impacto del rayo en las líneas de alta o media tensión son provocadas por el
electromagnetismo del flujo eléctrico y estas son dañadas directamente por el rayo.
En primer lugar originar que los cables y aisladores sean parcial o totalmente destruidos; debido
a la onda del impacto de la carga eléctrica, y en segundo lugar esta recorrer por los conductores
hacia los equipos conectados a la red, tales como generadores, transformadores, y tableros.
El nivel del daño del choque del rayo depende de la distribución y el estado de las protecciones
eléctricas entre la red y los equipos..
Es necesario proteger las redes mediante la colocación con distintos tipos de protectores de
líneas eléctricas, como cables de guarda, pararrayos autovalvulares, cut-out's, de acuerdo con el
nivel de tensión nominal de cada uno de los servicios. (alta, media, baja AC y DC en cada nivel
de ohm/metro ya que de lo contrario las cargas permanecer n en las líneas m s tiempo del
necesario y pueden ocasionar una caducidad prematura del protector o su total destrucción.
3.- NUCLEARES: (DESCARGAS DE EXPLOSIONES NUCLEARES Y SOLARES).
Las explosiones nucleares efectuadas por el hombre provocan pulsos nucleares
electromagnéticos generando un campo eléctrico de hasta 30 Kv./M. en cual irradia una zona de
1,200 Km de radio, con una velocidad de 10 nanosegundos a 1 micro segundo.
Las explosiones solares generan también campos electromagnéticos de hasta 1 kV/m. el cual
irradia todas las partes del globo terráqueo.
El nivel de voltaje que alcanzan las redes y equipos, dependen directamente de la proximidad
del mismo, y de las características del campo electromagnético.
LOS PERJUICIOS ORIGINADOS POR LOS FENOMENOS ELECTRICOS TRANSITORIOS SON:
DESTRUCCION:
* Destrucción de componentes metálicos.
* Destrucción de las tarjetas principales de PC's.
* Destrucción de junturas de rupturas semiconductora.
* Destrucción de triacs/tyristores por variación de sobrevoltajes (dv/dt).
OPERACION INCORRECTA:
* Operación aleatoria de latches, tyristores o triacs.
* Pérdida parcial de archivos de datos.
* Error de programas de procesamiento de datos.
* Error de transmisión de datos.
CADUCIDAD PREMATURA.
* Los equipos expuestos a sobrevoltajes tienen una vida útil m s corta.
La solución más confiable para eliminar los devastadores efectos de estos fenómenos y sus
graves consecuencias, son los distintos tipos de protecciones que a continuación detallamos.
1) CARACTERISTICAS.
Las funciones principales de los Pararrayos Autovalvulares y Protectores AC/DC son, dispositivos
destinados a descargar inducciones producidas por los fenómenos eléctricos atmosféricos, y las
sobretensiones producidas por maniobras en las líneas de energía o señal.
El fenómeno del rayo, más allá de sus descargas directas, genera otros fenómenos perjudiciales
como son las inducciones que provocan sobretensiones de alta intensidad y de corta duración en
las líneas de energía y de señal, áreas y subterráneas debido a diferencias de potencial entre los
campos eléctricos existentes entre la atmósfera y la tierra.
Las inducciones provocan sobretensiones muy altas en una red o circuito de energía o señal, y al
no tener una válvula de protección que descargue a tierra este fenómeno eléctrico transitorio en
forma eficaz y segura; los equipos eléctricos y electrónicos conectados a estas se destruyen.
Los Pararrayos Autovalvulas y Protectores son dispositivos que contienen un aislamiento de
resistencia eléctrica calculada a la tensión nominal del servicio AC, o voltaje nominal DC; esta
resistencia actúa, como válvula eléctrica que permite conectar la línea de energía o señal con
tierra, en el momento en que esta excede la tensión o voltaje nominal, hasta él limite de tolerancia
de la red o línea de alimentación de los equipos eléctricos y/o electrónicos. (Ello se denomina:
Voltaje de Ruptura).
Es por ello que los Protectores y/o Pararrayos autovalvulares deben ser proyectados de acuerdo
con el servicio de la tensión o voltaje nominal, de la línea de energía o señal, considerándose el
limite de tolerancia de los equipos conectados a la línea o red, para su apertura de descarga a
tierra.
No es recomendable sobredimensionar el voltaje o tensión nominal de los Pararrayos
Autovalvulas o protectores, creyendo que con ello habrá una mayor capacidad de descarga a
tierra, ya que la válvula de resistencia eléctrica se aperturará (RUPTURA) por encima de los
límites de tolerancia de los equipos conectados a la línea o red, perjudicando los mismos como si
no tuvieran pararrayos protectores.
Para aumentar la capacidad de descarga a tierra de un pararrayos o protector por razones de
inducciones o sobretensiones muy severas, ser conveniente solicitar a fábrica unidades de mayor
capacidad de descarga o de lo contrario se colocar n una, dos ¢ m s unidades por línea; de tal
modo que si cada unidad por ejemplo tuviera 5 kA de capacidad de descarga y las descargas
fueran del orden de 15 kA se colocaran tres unidades standard como mínimo o cuatro para una
mayor seguridad, a una descarga de 20 kA que pudiera sorprender.
De este modo el máximo de descarga de los protectores o pararrayos estar n por encima de los
15 kA y ello sin perjudicar la sensibilidad de apertura (RUPTURA) mínima a tierra necesaria al
limite de tolerancia de los equipos.
Esto ser aplicado en los casos de alto consumo, observando que ello no sea por la alta
resistencia de su puesta a tierra, ya que ello implicaría que las descargas no se disipen en tierra
sino m s bien destruyen los protectores o pararrayos; esto es aplicado para cualquier tipo de
protector o pararrayos autoválvula de cualquier servicio de alta, media y baja tensión.
NOTA: Ver las características eléctricas de los pararrayos y protectores de las l minas finales del
presente manual.
La calidad de un pararrayo autoválvular y protector es muy importante ya que de este dependerá
la protección de los equipos que dan un servicio importante y tienen un costo también importante.
La calidad de los pararrayos y protectores est n dados por su marca, ya que esta representa
muchos años de experiencia en su fabricación y pruebas de laboratorio, así como, pruebas en el
mercado mundial de consumo, que den fe de la calidad por la demanda.
2) RANGOS OPERATIVOS.
Los Pararrayos Autovalvulares y protectores se fabrican en corriente alterna (AC) para los
servicios de alta, media y baja tensión con los siguientes voltajes:
ALTA TENSION: 36, 42, 48, 52, 58, 70, 74, 78, 84, 88, 98 Kv.
MEDIA TENSION: 3, 6, 9, 10, 12, 15, 18, 21, 22, 24, 27, 30 Kv.
BAJA TENSION: 1,000, 650. 440, 220, 110v.
CORRIENTE CONTINUA DC:
Los protectores, contra inducciones y sobretensiones se fabrican en corriente continua (DC) con
los siguientes voltajes:
0.8, 6, 12, 15, 24, 48, 90, 170 V.
Además existen protectores AC y DC que no solo protegen contra inducciones de origen
atmosférico y sobretensiones de origen industrial, sino también contienen otras protecciones
como son, supresores de picos eléctricos RMS, supresores de ruidos eléctricos y supresores de
ruidos de radio frecuencia; además estos tienen tiempos de respuesta de 20 a 5 nanosegundos y
pueden solicitarse con circuitos de monitorización de control a distancia, para el cambio de sus
repuestos de fusibles en los momentos de deterioro por el exceso trabajo
Todas las unidades poseen características eléctricas distintas como son:
Voltaje nominal, el voltaje de apertura a tierra (RUPTURA), la capacidad de descarga a tierra el
tiempo de respuesta, etc.; todas ellas podrán ser observadas en las características eléctricas de
los catálogos de los fabricantes, que salen en las l minas del final del manual.
RECOMENDACIONES IMPORTANTES:
En conclusión existen Pararrayos Autovalvulares y protectores para todo tipo de servicio y ellos
deben emplearse según su rango nominal, según la capacidad de descarga necesaria, según el
tiempo de respuesta necesaria, y el nivel de apertura mínima necesaria para la descarga a tierra
en función a la tolerancia, y ello de acuerdo con el servicio de la línea o red de energía o señal.
Por ejemplo:
Se protegerá una Hidroeléctrica con sus unidades para alta tensión as¡ también, se protegerán las
subestaciones de transformación en la media tensión y en la baja tensión se protegerán con
unidades colocadas en el tablero principal y subtableros según las tensiones; posteriormente se
protegerán las líneas de corriente continua de los equipos de teléfonos, computadoras, antenas
de radio, alarmas, etc.; cada sistema en su rango, ya que uno no protege al otro por las
diferencias de voltajes y tolerancias.
IV) PROYECTOS E INSTALACIONES TECNICAS.
A.- DIVISION DE TELECOMUNICACIONES E INFORMATICA:
1) DISEÑO.
- AMBITO DE APLICACION.- Instalaciones de protección contra descargas atmosféricas directas
rayos desde el captador hasta su conexión con el disipador de carga, o puesta a tierra, así como,
también la protección contra inducciones y sobretensiones eléctricas de origen atmosférico en las
líneas de energía o señal con protectores y pararrayos autovalvulas.
- INFORMACION PREVIA A CONSIDERARSE.- Condiciones geológicas de la resistividad
eléctrica del terreno y su altitud sobre el nivel del mar.
Estos puntos definir n el tipo de dispersor de carga que m s convenga, horizontal o vertical, as¡
como, el número de electrodos (plancha-platina-pica-conductor) y productos químicos a usar para
obtener una resistencia eléctrica de 5 Ohms en el contacto con tierra.
- CARACTERISTICA DE LA ESTACION.- Altura de la torre, altura y ubicación de las antenas
solas o en la torre, ubicación y conducción de líneas coaxiales y eléctricas en la torre, tipo de
torre, dimensiones de su base y de su vértice, dimensiones de los materiales que conforman la
torre, distancia entre la torre ¢ antena y la caseta de equipos, dimensiones de la caseta, voltaje de
llegada a la estación y voltajes de los equipos de comunicación e iluminación, en alterna y
continua.
- CRITERIO DE DISEÑOS.- Ser necesaria la instalación de Pararrayos Integrados "THOR", en
las zonas geográficas de lluvias constantes o temporales que exceden los 30 días anuales,
donde habrá que realizar la interligación total de todas las masas metálicas y eléctricas de la
torre y de la caseta, con el sistema dispersor de carga o neutro común a tierra de la estación y la
torre.
El diseño de la estación, se hará de tal manera que toda la estación quede dentro del volumen
protegido por el Pararrayos Aerodinámico Ionizante "TOP", además se buscará que las líneas
eléctricas est‚n protegidas con pararrayos autovalvulas y protectores según las tensiones de
servicios en AC y DC conectando la tierra de estos últimos a la tierra común de la estación, la
tierra común estar configurada por los distintos servicios de puestas a tierra de la estación;
separada de la tierra del pararrayos de campo o ionizante en 6 m como mínimo e interligadas
ambas tierras con conductor #6 desnudo, para evitar las diferencias de potencial entre las
puestas a tierra.
En aquellos casos donde la estación estuviese colocada a gran altitud sobre el nivel del mar, en
una zona de cumbre donde las incidencias de los fenómenos eléctricos atmosféricos sean
severas y que la resistencia eléctrica del terreno fuese muy alta, se tomarán consideraciones
especiales como son el blindaje de las líneas eléctricas y coaxiales de la estación en forma
completa con tubo conduit, que se realiza conectando estos blindajes con la tierra común de la
estación; la tierra común estar conformado por 4 y 8 radiales de cables de cobre desnudo 2/0 de
20 a 30Mts. de longitud cada uno, enterrados a 60cms. de profundidad y distribuidos en 4
direcciones de ser posible, de tal manera que se obtenga una gran superficie de contacto.
2) ESPECIFICACIONES.
- COBERTURA.- El Sistema Pararrayo Aerodinámico Ionizante "THOR", cubre una semiesfera de
radio de 25, 60 y 100Mts. según el modelo también ofrece cobertura a un cono de eje vertical de
45 grados, cuyo vértice se encuentra en la cima de la semiesfera
- Símbolos y aplicaciones (Ver L minas).
- CAPTADOR IONIZANTE.- Se situará en el punto predominante de la estación sobre la misma
torre o sobre un poste independiente cuando la antena a protegerse no lo permita por su
configuración (Antenas Parabólicas chicas de tal manera que el Captador Ionizante "THOR", est‚
3 metros por encima del punto m s alto de la estación, incluyendo la luz de baliza y separado de
esta por lo menos 30 cm. si es que el pararrayos se coloca en la misma T.
- AUTOVALVULAS.- Se colocarán los Pararrayos Autovalvulares en los servicios eléctricos de
tensiones media y baja que alimentan a la estación en media tensión, los pararrayos se instalarán
antes de los cut-out del transformador y en baja tensión, en el tablero que alimenta los equipos
eléctricos y electrónicos, incluyendo la línea de salida de la luz de baliza a la torre; todas las
líneas de energía, señal DC y de líneas coaxiales de antenas, también se protegerán con
protectores o descargadores DC.
- RED CONDUCTORA.- Estar conformada, por las líneas conductoras de descargas a tierra que
provengan de los distintos servicios de protección de la estación, líneas como la de los
Pararrayos Autovalvulas, las líneas de conexiones de masa metálicas y carcazas de equipos, que
estar n conectadas independientemente según su servicio a la puesta a tierra de estación, (cada
servicio con su propia línea hasta los electrodos o aro de interligación de electrodos).
NOTA; Ver láminas.
3) RED CONDUCTORA DEL PARARRAYOS DISIPADOR AERODINAMICO IONIZANTE
"THOR".
- EN TORRE.- La red conductora del Pararrayos Ionizante "THOR", se colocará por la parte
exterior de la torre, y su eje de conducción se ubicará totalmente opuesta al eje de conducción de
las líneas eléctricas y coaxiales siendo estas últimas colocadas al interior de la torre.
La red de conducción ir, sujeta con soportes separadores provistos de aislador carrete de resina
epóxica, y se mantendrá una separación de 25 o 20 cm. en todo su recorrido, al llegar a la base
de la torre la línea podrá estar protegida con un tubo de F.G. de 2' y posteriormente ser conectada
al aro de interligación de puestas a tierra de la torre.
Los aisladores carretes de los soportes separadores no se usan como aislante sino como un
aditamento mecánico para evitar la fricción y la corrosión galvánica entre el cobre y el fierro; y la
separación de la línea conductora es necesaria para los efectos de la onda expansiva en los
momentos de descarga en su base en el lado opuesto a la línea conductora del pararrayos, la
torre tendrá una línea que conecte su estructura, con el aro de interligación de puestas a tierra,
para mantener un mismo potencial eléctrico en los momentos de descargas.
- EN POSTE INDEPENDIENTE.- La red conductora del Pararrayos Ionizante se colocará por el
interior del poste, desde la punta hasta su base, par luego conectarse con la puesta a tierra del
sistema pararrayos, y esta puesta estará interligada con los otros servicios de puestas a tierra de
la estación o caseta con cable #6 AWG desnudo a fin de mantener un mismo potencial eléctrico y
una menor resistencia eléctrica.
4) DIMENSIONES DE CABLE DE LA RED CONDUCTORA.
PARARRAYOS IONIZANTES.- La dimensión del cable de cobre desnudo de 19 hilos, se calculará
de manera práctica mediante la división entre 25 de la altura de ubicación del captador pararrayos
con relación al terreno; su resultado indicar la capacidad del cable a colocar.
EJEMPLOS:
1. Altura 22 m/25 = 0.88 (redondeo) = 1/0 AWG.
2. Altura 40 m/25 = 1.6 (redondeo) = 2/0 AWG.
3. Altura 100 m/25 = 4
= 4/0 AWG.
NOTA; El resultado con una fracción de 0.5 se considerará el número inmediato superior.
PARA TORRES COLOCADAS SOBRE EDIFICIOS.- Donde el captor este instalado a mas 40 m
de altura se usaran dos bajantes de descarga, con las mismas dimensiones del cable que arroje
el cálculo antes detallado, las curvas efectuadas en la conducción del cable, no tendrán un radio
inferior a 20 cm y serán colocadas lo más directamente posible, hasta llegar a tierra.
PARARRAYOS AUTOVALVULAS Y PROTECTORES.- Se usara cable de cobre desnudo de 50
mm2 de sección, como línea conductora a tierra de los pararrayos y para los protectores de
energía o señal DC la línea de descarga será de 10 mm2 forrado, todos en forma independiente
hasta el aro de interligación de electrodos de la caseta o estación de telecomunicaciones.
MASAS METALICAS.- Para la masa de la torre se colocará un cable de la misma dimensión del
pararrayos ionizante, para las masas metálicas de carcazas de equipos, tableros u otras
estructuras metálicas de la caseta, se utilizará cable de 10 mm2 forrado.
LINEA DE INTERLIGACION DE PUESTA A TIERRA.- Para la interligación entre las puestas a
tierra del pararrayos ionizante y las puestas a tierra de la estación o caseta de los equipos se
utilizará el cable 10 mm2 desnudo
5) SISTEMA DISPERSOR DE CARGA O PUESTA A TIERRA
El sistema dispersor o puesta a tierra del Pararrayos Ionizante, puede estar compuesto de uno,
dos o m s electrodos (plancha-pica-platina-cable), siendo el número de ellos proporcional, a la
resistividad del terreno. La resistencia eléctrica de la puesta a tierra del Pararrayos Ionizante
"THOR", deber ser de 5 Ohm por metro, en su contacto con tierra; para la puesta a tierra de los
Pararrayos Autovalvulares BT, protectores y carcazas de equipos de comunicación de la estación
o caseta, ser de 10 Ohm; estas resistencias eléctricas de 5 y 10 Ohm ser obtenidas en forma
individual antes de la interligación de las dos tierras, de modo que la interligación no influya en la
trayectoria de las descargas fuertes del RAYO hacia la tierra de la estación.
Para obtener un estimado del número de electrodos a emplear y de sus dimensiones, es
necesario aplicar las técnicas del Manual de Instalaciones de Puestas a Tierra "THOR-GEL", m s
adelante detallados.
La masa de toda estructura metálica considerable por su volumen que se encuentre dentro del
campo protegido, deber conectarse con la puesta a tierra del pararrayos ionizante, mediante
cable # 6, que recorrer a - 60 cm. del nivel de tierra, esta conexión es necesaria para ecualizar
eléctricamente las masas con el sistema de pararrayos ionizante, y evitar descargas laterales
sobre estas estructuras metálicas.
El punto más importante del Sistema Pararrayos Integrado "THOR", es su contacto a tierra, o
puesta a tierra, pues de ella depende mucho su correcta operación, esta deber tener
mantenimiento cada 4 años al igual que el chequeo de todos contactos eléctricos del sistema.
6) PLANOS DE OBRA. é
PLANTA.- Se indicará la ubicación del pararrayos ionizante "THOR", y de los Pararrayos
Autovalvulares, la red conductora de los mismos y la puesta a tierra con sus distintos elementos
representados por, sus símbolos y códigos. Se adjuntará en la leyenda una relación de los
distintos elementos con sus códigos y cantidades a usar.
ELEVACION.- Se representará la instalación verticalmente, indicando la cobertura por elevación
de la semiesfera, el nivel y ubicación del captador ionizante, las autovalvulas y protectores con
sus líneas conductoras a tierra y accesorios empleados hasta la puesta de tierra.
La puesta a tierra del pararrayos ionizante y la estación, describir n en forma completa indicando
en ella sus medidas y distancias entre electrodos.
NOTA; Ver láminas.
DETALLES.- Se representaran gráficamente todos los detalles de elementos contactos y
montajes con el fin de ilustrar mejor el proyecto.
B.- DIVISION DE ARQUITECTURA.
1) DISEÑO.
AMBITO DE APLICACION.- Instalaciones de protección contra descargas eléctricas atmosféricas
directas (rayos), desde el captador hasta su conexión con el dispersor de carga o puesta a tierra
as¡ cómo, también la protección contra inducciones y sobretensiones eléctricas de origen
atmosférico o picos en la RMS de origen industrial en las líneas de energía o señal con
protectores y pararrayos autovalvulas.
INFORMACION PREVIA A CONSIDERAR.- Condiciones geológicas y de resistividad eléctrica del
terreno, altitud sobre el nivel del mar; ‚stos puntos definir n el tipo de dispersor de carga según m
s convenga, horizontal o vertical, as¡ cómo, el número de electrodos (platina, barra o cable) y
productos químicos a usar para obtener una resistencia el‚ctrica, de 5 Ohm por metro en el
contacto con tierra.
CONDICIONES URBANISTICAS.- Altura máxima del conjunto de estructuras a proteger,
protuberancias circundantes como árboles, torres, postes u otras estructuras contiguas, estos
puntos definir n el nivel y ubicación del captador ionizante en el conjunto de estructuras
incluyendo las distancias entre los volúmenes circundantes al captador disipador pararrayos
ionizante, el mismo que sea de un mínimo de 3M. por encima y 10M. de separación.
CARACTERISTICAS Y USO DEL CONJUNTO DE ESTRUCTURAS.- Características
volumétricas, tipo estructura, tipo de cubierta y los usos del conjunto, estos puntos definir n el
mayor o menor riesgo de las estructuras en función a la altura longitud y material de construcción,
as¡ también, los usos que podrán ser domésticos, industriales de bajo o alto riesgo como
explosivos, combustibles y productos tóxicos, para estos últimos se tomarán consideraciones
especiales con el departamento técnico de PARA-RAYOS S.R.L.
CRITERIO DE DISEÑOS.- Ser necesaria la instalación de pararrayos integrados "THOR", en las
zonas geográficas de lluvias constantes o temporales que excedan los 30 das anuales. Ser
obligatorio el uso en edificaciones de tres pisos así cómo, en instalaciones públicas, industriales,
comerciales y muy especialmente en aquellas en las que se manipulen sustancias tóxicas,
radioactivas explosivas o materiales fácilmente inflamables.
Las estructuras metálicas como tanques, torres, techos de calamina con tijerales de metal, as¡
como, otras estructuras considerables expuestas a la intemperie y a las descargas eléctricas y
que lleven o no lleven su propia puesta a tierra, deber n conectarse a la puesta a tierra m s
próxima del sistema pararrayos ionizante; el diseño de la instalación se hará de tal manera que la
estructura o las estructuras queden dentro del rea protegida por el Pararrayos Ionizante "THOR",
manteniendo siempre una interligación de las masas metálicas con el sistema pararrayos, con el
fin de evitar las diferencias de potencial eléctrico entre estas.
2) ESPECIFICACIONES.
- COBERTURA.- El Sistema Pararrayos Aerodinámico Ionizante "THOR", cubre una semiesfera
de radio de 25, 60 y 100 m según el modelo, además cubre un cono de eje vertical de 45 grados,
cuyo vértice se encuentra en la cima de la semiesfera.
- SIMBOLOS Y APLICACIONES (En láminas).
- CAPTADOR IONIZANTE.- Se situará en el punto predominante de la estructura o conjunto de
estructura a 3 m por encima de la estructura o nivel más alto del conjunto, considerando en ellos
postes, torres y tanques, el mástil se sujetará a muros techos o el poste autosoportante sobre una
base bisagra, anclada a una zapata de concreto por medio de una jaula fraguada a nivel de +
0.10 m del terreno natural.
3) RED CONDUCTORA DEL PARARRAYOS AERODINAMICO IONIZANTE "THOR".
Esta se utilizará, como elemento conductor en el Sistema Pararrayos Ionizante y se conducirá de
preferencia por el exterior de la estructura, separándola de la misma en 25 cm cuando la
estructura sea de concreto y ser adosada a la misma cuando esta sea metálica en su totalidad.
La red conductora podrá ser empotrada en una estructura de concreto mediante un ducto de 2' o
50mm. y esta red conductora se conectar con los fierros de la columna, cuando el ducto est‚ en
esta, con el fin de ecualizar las masas metálicas de la estructura.
Se calculará de manera práctica la dimensión del cable de cobre desnudo de 19 hilos mediante la
división de la altura de ubicación del captador pararrayos con relación al terreno entre 25 y su
resultado indicar la capacidad del cable.
Ejemplos:
1.- Altura 22 m/25 = 0.88 (redondeo) = 1/0 AWG.
2.- Altura 40 m/25 = 1.6 (redondeo) = 2/0 AWG.
NOTA; Cuando el resultado supere el 0.5 se considerará el número inmediato superior.
Para edificios de concreto que exceden los 43 m se colocarán dos redes de conducción con la
misma dimensión del cable que arroje el cálculo antes detallado; para torres metálicas se podrá
aplicar siempre los mismos cálculos.
Ejemplo:
1.- Altura 100 m/25 = 4 = 4/0 AWG.
Las curvas efectuadas en el cable no serán cortantes ni superiores a 1/4 de circunferencia y, al
llegar a tierra estarán protegidas con un tubo protector de 2" con altura de 2 a 3 m
4) SISTEMA DISPERSOR DE CARGA O PUESTA A TIERRA.
El sistema dispersor o puesta a tierra del Sistema Pararrayos Ionizante, est compuesto por uno,
dos o m s electrodos, plancha, pica, platina y conductor siendo el número de ellos proporcional a
la resistividad del terreno; la resistencia eléctrica del dispersor de carga del Sistema Pararrayos
Ionizante ser de 5 Ohm por metro en su contacto con tierra, y para obtener un estimado del
número de electrodos a emplear y sus dimensiones es necesario aplicar las técnicas del Manual
de Instalaciones de Puestas a Tierra m s adelante detalladas.
La masa de toda estructura metálica considerable por su volumen y que se encuentre dentro
del campo protegido, deber conectarse con el dispersor de carga mediante cable # 6, que
recorrer a -60 cm del nivel de tierra, esta conexión es necesaria ecualizar elipticamente las
masas con el sistema de pararrayos y evitar descargas laterales; será también necesario
interligar todas las puestas a tierra de masas del conjunto a fin de lograr una tierra común,
obteniéndose con ello una menor resistencia eléctrica en tierra.
El punto más importante del Sistema Pararrayos "THOR", es su contacto a tierra, o puesta a
tierra, pues de ella depende mucho su correcta operación y deberá tener un mantenimiento cada
4 años al igual que un chequeo de todos sus contactos eléctricos y partes del sistema.
5) PLANOS DE OBRA.
- PLANTA.- Se indicará la ubicación del o de los captores ionizantes "THOR" y de la red
conductora con sus distintos elementos representados por sus símbolos y códigos, se adjuntará
en la leyenda una relación de los distintos elementos con sus códigos y cantidades a usar.
- ELEVACION.- Se representará la instalación verticalmente indicando la cobertura por elevación
de la semiesfera, el nivel de ubicación del captador y las partes y accesorios del sistema hasta la
puesta de tierra.
- DETALLES.- Se representarán gráficamente todos los detalles de elementos contactos y
montajes, con el fin de ilustrar mejor el proyecto.
VER LAMINAS.
C.- CONSTRUCCIONES E INSTALACIONES.
1) MATERIALES.
Los materiales que conformar n las partes y piezas del Sistema Pararrayos Aerodinámico
Ionizante "THOR", ser n de primera calidad ya que el captador "THOR" est diseñado bajo
características físicas y radioactivas con un estimado promedio de vida de 458 años; por lo cual
los demás elementos tendrán que ser de calidad similar. El tubo empleado en la construcción de
mástiles, postes y tubos protectores ser de F.G. Standard de agua, fabricado bajo normas ISO,
los fierros empleados para la construcción de bases soportes y abrazaderas ser n de fierro dulce
galvanizado por inmersión en caliente, así como, el aislador de los soportes serán de resina
epóxica (baquelita).
El cable, electrodos, así como conectores serán de cobre electrolítico de 99% de pureza y 100%
de conductibilidad. El tratamiento electrolítico de puestas a tierra será ejecutado con Dosis
Química "THOR-GEL", que garanticen óptimos resultados en la reducción de la resistencia
eléctrica del suelo a la transmisión de electricidad con una absoluta estabilidad química y eléctrica
garantizada por 4 años; y una vida útil de la misma de 20 a 25 años.
2) MONTAJE.
El montaje de todas las partes y piezas se hará con mucha responsabilidad, para ello estar
dirigido por un técnico especialista en pararrayos o por un Ingeniero Eléctrico de experiencia en el
campo, quien deber tomar la decisión de algunos detalles no considerados en el Proyecto.
3) INSPECCION.
La inspección del sistema instalado deber comprender lo siguiente;
A.- La verificación del nivel del captor ionizante con relación al techo o estructura m s alta del
edificio, o del conjunto de estos; el captador siempre deber estar 3Mts. por encima de todo
techo, poste, líneas eléctricas, torres y tanques elevados.
B.- La verificación de los contactos del cable o red de conducción en los puntos del captador y
electrodos, evitándose empalmes en la línea o red de conducción a tierra (red por tramos
empalmados no es recomendable).
C.- La verificación del cable colocado o red conductora, en función de curvas no cortantes, de
separación en el concreto, de fijación de los soportes o grapas del tensado y de la capacidad de
sección del cable.
D.- La verificación de la calidad del tubo, metales, galvanizado y aisladores de resina epóxica.
E.- La verificación de la resistencia eléctrica del contacto de la puesta de tierra, mediante la
medición con el medidor de Puesta a Tierra con escala máxima de 1,000 ohm esta medición
deberá arrojar 5 Ohm.
Para evitar riesgos, la resistencia eléctrica de la puesta a tierra debe ser menor que 10 Ohms
(5Ohms), de acuerdo con los patrones prefijados por las normas de Europa y América; en
caso de edificaciones para materiales explosivos o fácilmente inflamables, la resistencia no
deber sobrepasar de 5 Ohms.
De este modo aconsejamos, el mantenimiento preventivo y correctivo a través de inspecciones
realizadas por peritos en forma periódica, que determinen el tipo de inspección y la toma de
resistencia eléctrica de la puesta a tierra, en período que comprenden de 2 a 4 años conforme
con el tratamiento químico usado, convencional o con "THOR-GEL", respectivamente.
V) MANUAL DE INSTALACIONES DE PUESTAS A TIERRA "THOR-GEL"
1) DEFINICION Y OBJETIVO
Se entiende por Puesta a Tierra toda ligazón conductora directa sin fusible y de sección
suficiente, que une determinados elementos o partes de una instalación con el potencial de tierra.
La conexión con el terreno se realiza mediante un electrodo o grupo de ello, enterrados en el
suelo.
El objetivo o misión de una puesta a tierra puede ser de distintos tipos; en la practica sirve para
proteger de contactos accidentales las partes de una instalación no destinada a estar bajo
tensión; y, para disipar sobretensiones de origen atmosférico o de origen industrial, ya sea por
maniobra o por perdida de aislamiento.
La Puesta a Tierra limita la tensión que con respecto a tierra pueda aparecer en cualquier
elemento conductor de una instalación y asegura con ello la correcta actuación de los dispositivos
de protección de la instalación eléctrica.
Con ello, la Puesta a Tierra cumplirá las siguientes misiones:
- Proteger a las personas, limitando la tensión que respecto a tierra puedan alcanzar las masas
metálicas.
- Proteger a personas equipos y materiales, asegurando la actuación de los dispositivos de
protección como pararrayos, descargadores eléctricos de líneas de energía o señal as¡ como,
interruptores diferenciales.
- Facilitar el paso a tierra de las corrientes de defecto y de las descargas de origen atmosférico u
otro.
PARTES QUE COMPRENDEN LAS PUESTAS A TIERRA:
Todo sistema de Puesta a Tierra, debe constar de las siguientes partes:
- Toma de Tierra o Puesta a Tierra.
- Línea principal de tierra.
- Derivaciones de las líneas principales de tierra.
- Conductores de protección.
NOTA; Los m‚todos de conexiones eléctricas de alta y baja tensión pueden verse en el Tomo V
del nuevo Código Nacional Eléctrico y los m‚todos de conexiones en instrumentación, pueden
verse en la monografía sobre las conexiones de tierra y masa en instrumentación de la Asociación
Española para el control de la calidad, Comité‚ de Metrología, Biblioteca Intintec 389/C5 (Código).
2) EL TERRENO COMO CONDUCTOR.
Normalmente, el terreno es un deficiente conductor, pues sus componentes son (en estado seco)
aislantes. La conducción de la corriente se realiza principalmente a través del electrolito, que
forman las sales y el agua contendidas en el terreno natural.
La resistividad del terreno se mide generalmente en Ohm-m. equivalente a la resistencia que
presenta al paso de la corriente en un cubo de terreno de 1 m de arista. Esta resistividad es
un valor muy variable en función a:
- La composición del terreno
- Al contenido de sales disueltas
- Al contenido de humedad
- A la temperatura
- A la calidad del compacto.
La resistividad del terreno ser el factor determinante de la resistencia de cualquier toma de tierra
y para conocer su valor real, el único sistema aceptable es efectuar la medición de la resistividad
o resistencia de paso de la corriente, no obstante, puede realizarse una primera aproximación con
la tabla I, que da a título de orientación, unos valores de resistividad para ciertos tipos de
terrenos, los cálculos pueden efectuarse utilizado los valores medios indicados en la Tabla II.
Se entiende que los cálculos efectuados a partir de estos valores no dan m s que un valor muy
aproximado de la resistencia de tierra del electrodo.
La medida de resistencia de tierra de este electrodo puede permitir aplicando las fórmulas dadas
en la Tabla III, estimar el valor medio local de la resistividad del terreno; el conocimiento de este
valor ser muy útil para trabajos posteriores efectuados en unas condiciones análogas.
T A B L A
I
NATURALEZA DEL TERRENO
Terrenos Pantanosos
Limo
Humus
Turba húmeda
Arcilla plástica
Marga y Arcilla compactas
Margas de Jurásico
Arena Arcillosa
Arena silícea
Suelo Pedregoso cubierto césped
Suelo Pedregoso desnudo
Calizas Blandas
Calizas Compactas
Calizas Agrietadas
Pizarras
Roca de mica y cuarzo
Granito y gres procedente alteraciones
Roca Ignea
RESISTIVIDAD OHMIOS/M.
De algunas unidades a 30
20 a 100
10 a 150
5 a 100
50
100 a 200
30 a 40
50 a 500
200 a 300
300 a 500
1500 a 3000
100 a 300
1000 a 5000
500 a 1000
50 a 300
500
1500 a 10000
5000 a 15000
NOTA; Los valores mínimos y máximos varían en función al % de humedad y al contenido de
sales naturales, como a la calidad y cantidad de ellos en el terreno
T A B L A
II
NATURALEZA DEL TERRENO
VALOR MEDIO DE RESISTIVIDAD
Terrenos cultivables, fértiles, terraplenes compactos y húmedos.
Terrenos cultivables poco fértiles terraplenes
Suelos pedregosos desnudos, arena seca permeable
Suelos rocosos fraccionados
Suelos rocosos compactos
T A B L A
50
500
3000
6000
14000
III
FORMULAS PARA CALCULOS DE PUESTAS A TIERRA:
1) ELECTRODO O PICA VERTICAL.
r
R = Resistencia
---r = Resistividad
L
L = Longitud del electrodo
2) PLANCHA O PLACA VERTICAL U/O HORIZONTAL.
R=
R=
r
---P
x 0.8
R = Resistencia
r = Resistividad
P = Perímetro de la placa
0.8 = Factor
3) ANILLO O CABLE UNICO HORIZONTAL.
R=
2r
---L
=
R = Resistencia
r = Resistividad
L = Longitud del anillo o cable
4) MALLA SIMPLE DE CABLE HORIZONTAL.
R=
r
---L
=
R = Resistencia
r = Resistividad
L = Longitud total de todo el
cable que forma la malla.
EVALUACION DEL TERRENO A TRABAJAR.
Los estratos geológicos de un terreno natural son muy variados en función al lugar y a la zona
geográfica de su ubicación; es por ello que es indispensable realizar una evaluación del terreno a
trabajar, con el fin de establecer la formación de los estratos geológicos, así como, de su
resistividad o resistencia eléctrica específica al paso de la corriente.
Para ello ser necesario realizar algunas excavaciones en el terreno que permitan observar su
configuración geológica y medir la resistividad o resistencia específica de cada estrato, con el fin
de determinar el diseño de puestas a tierra m s apropiado a las características del terreno a
trabajar.
Las mediciones de resistividad o resistencia eléctrica específica de los terrenos en superficie dan
valores del estrato geológico superficiales y no de aquellos que est n por debajo; para ello existen
fórmulas y factores correctivos que pueden determinar en teoría valores muy aproximados, pero
es mejor determinarlos en forma práctica y real, midiendo la resistividad o resistencia específica
de cada estrato geológico y evitar los errores teóricos.
Si en la evaluación se obtuviesen dos o más estratos geológicos con los cuales vamos a trabajar
en el diseño de puesta a tierra; ser conveniente promediar los valores de los mismos y trabajar
con este promedio los cálculos del diseño.
FACTOR DE RIESGO EN LA MEDICION DE LA RESISTIVIDAD O RESISTENCIA ESPECIFICA
Los terrenos o estratos geológicos no son nunca homogéneos, pues estos varían en su espesor y
en su contenido de partes o componentes, as¡ como, en su contenido de humedad y de sales
naturales de un punto a otro; para poder asumir este factor de riesgo en las mediciones ser
necesario considerar un 25% m s de margen de error en las mediciones de cada estrato
geológico antes de considerarse el promedio resultante de los distintos estratos.
3) LOS DISEÑOS DE PUESTAS A TIERRA.
Los diseños de puestas a tierra, se harán después de haber realizado la evaluación del terreno y
las mediciones, incluyéndose el factor de riesgo y el promedio de la resistividad o resistencia
específica resultante.
El diseño se hará tratando de aprovechar los estratos de menor resistividad o resistencia
específica, considerándose que para los servicios de pararrayos y sistemas eléctricos de alta y
media tensión la profundidad mínima ser de 0.60 m y ello debido a la tensión de paso.
Los diseños de puestas a tierra de penetración profunda se harán cuando los estratos geológicos
profundos sean de menor resistividad eléctrica que los medios y los superficiales, la longitud de
los electrodos ser n lo suficientes para poder alcanzar la capa freática del agua existente en el
subsuelo.
Los diseños de puestas a tierra de penetración media se harán cuando los estratos medios sean
de menor resistividad eléctrica que los profundos, la longitud de los electrodos ser n iguales al
espesor de los estratos aprovechables, evitando que ellos hagan contacto en los estratos
profundos de mayor resistividad.
Los diseños de puestas a tierra superficiales se harán cuando los estratos superficiales sean de
menor resistividad eléctrica que los medios y los profundos, la longitud de los electrodos ser n
iguales al espesor del estrato aprovechable, evitando que ellos hagan contacto en el estrato
medio de mayor resistividad.
Los tres tipos de diseños tratados anteriormente, obedecen a las distintas características de los
terrenos, estos diseños pueden ser de uno o varios electrodos y ello estaría en función a la
resistividad eléctrica del terreno y a la resistencia eléctrica deseada a obtener.
Resistencias eléctricas del orden de 20 a 30 Ohms no son difíciles de obtener, pues ellas se
pueden obtener con diseños standard de 1 a 2 electrodos conectados en paralelo y la distancia
entre ejes ser de 2 a 5 veces la longitud del electrodo m s largo a emplearse, esta distancia ser
mayor cuando menor sea la resistencia deseada a obtenerse.
Resistencias eléctricas del orden de los 5 a 10 Ohms. son un poco mas difíciles de obtenerse y
ello dependiendo de la resistividad eléctrica del terreno, por lo general para llegar a estos valores
son necesarios de 3 a 4 electrodos conectados en paralelo, siendo la distancia entre sus ejes de 2
a 5 veces la longitud de los mismos; la distancia igualmente ser mayor cuando menor sea la
resistencia deseada a obtenerse.
Resistencias eléctricas del orden de 1 a 3 Ohm son mucho más difíciles de obtenerse y ello
dependiendo de la resistividad eléctrica del terreno; por lo general para llegar a estos valores son
necesarios el uso de 4 a 6 electrodos colocados e interconectadas a una malla de cable de cobre
desnudo formando cuadrados de 2 a 5 veces la longitud de los electrodos; esta malla no solo ir
conectado en paralelo los electrodos sino que también llenar las partes medias y centrales de
todo el conjunto del rea de la puesta a tierra, la distancia entre electrodos y/o cables de la malla
ser mayor cuando menor sea la resistencia deseada a obtenerse.
NOTA; Los cables de cobre desnudo que conectan en paralelo los electrodos o que forman la
malla, ir n a la misma profundidad mínima de los electrodos y directo en conexión con la tierra, al
igual que los electrodos zarandeado y tratando la tierra químicamente.
ELECTRODOS TIPOS- DIMENSIONES MINIMAS- CARACTERISTICAS TECNICAS.
En principio puede considerarse electrodo a cualquier objeto de alta conductibilidad íntimamente
ligado con el terreno, siendo el problema base que se plantea la falta de presi¢n externa entre los
dos elementos a unir (electrodo y tierra).
Los electrodos pueden ser de distintos tipos, placa-platina-pica-conductor; en todo caso, deben
cumplir las siguientes características técnicas:
-
Resistencia a la corrosión por su enterramiento
Fácil instalación para el tipo de terreno
No causar corrosión galvánica con otros elementos de contacto (cobre fierro).
No causar corrosiones descontroladas con el tratamiento electrolítico de la puesta a tierra,
usar preferentemente sales que contengan agentes reguladores de PH de los suelos.
T A B L A
IV
DIMENSIONES MINIMAS DE ELECTRODOS DE TIERRA
MATERIAL
FORMA
DIMENSIONES MIN.
POSICION
PROFUNDIDAD
Cu. o Br.
Plancha
250 x 2000 x 2mm. Horizontal o V. 0.30 a 0.60m.
Cu. o Br.
Pica
5/8" x 1m.
Vertical
0.30 a 0.60m.
Cu. o Br.
Platina
50 x 3000 x 2mm. Horizontal o V. 0.30 a 0.60m.
Cobre Conductor # 2-33.63 mm2. Horizontal
0.30 a 0.60m.
RESISTENCIAS ELECTRICAS DE PUESTAS A TIERRA SEGUN SERVICIO.
Las resistencias eléctricas según el servicio se dividen en:
1) ATMOSFERICAS:
- Pararrayos de punta, servicio de descargas atmosféricas directas (Rayos).
A) Convencionales
B) Ionizantes
10 Ohms.
5 Ohms.
- Pararrayos Autovalvulas, servicio de inducciones y sobretensiones eléctricas.
A) Alta y media tensión
B) Baja tensión
20 Ohms.
15 Ohms.
2) ELECTRICOS:
Servicio de neutro de red, masas, elementos
protección 25 Ohms.
metálicos distintos de las masas y red de
3) ELECTRONICOS:
Servicio de neutro de circuitos de equipos, electrónicos, masas y relés de producción 10 Ω.
NOTA: Las resistencias dadas son las standard ellas podrán ser variadas según las
especificaciones técnicas del fabricante de los equipos.
5) METODOS PARA LA REDUCCION DE LA RESISTENCIA ELECTRICA.
Existen distintos m‚todos para lograr la reducción de la resistencia eléctrica pero todos ellos
presentan un punto de saturación que es conveniente conocer para evitar diseños
antieconómicos.
Los m‚todos para la reducción son los siguientes;
a) El aumento del número de electrodos en paralelo
b) El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos
c) El aumento de la longitud de los electrodos
d) El aumento del di metro de los electrodos
e) El cambio del terreno existente por otro de menor resistividad
f) El tratamiento químico electrolítico del terreno.
Las reducciones según m‚todos y sus puntos de saturación son:
a) El aumento del número de electrodos en paralelo.- La acción de aumentar el número de
electrodos conectados en paralelo disminuye el valor de la "Resistencia Equivalente", pero esta
reducción no sigue la simple ecuación de resistencias en paralelo; presentando un punto de
saturación cuando el número de electrodos se aumenta por encima de 6 electrodos, esto se
debe al efecto de "Resistencia Mutua", que ocurre cuando se introducen los electrodos en el
terreno a cierta distancia, con una mayor separación entre electrodos se encuentra una mayor
reducción, pero se sigue presentando el punto de saturación por encima de 6 electrodos.
Ahora bien, veamos el % de reducción que se presentar con la acción de aumentar el número
de electrodos, a partir de un primer electrodo base:
- Con el segundo electrodo se lograr una reducción del 40%
- Con el tercero se lograr una reducción del 55%
- Con el cuarto se lograr una reducción del 67%
- Con el quinto se lograr una reducción del 73%
- Con el sexto se lograr una reducción del 77%
A partir del séptimo ser de 78% y para el octavo ninguna, por lo que el punto de saturación se
encuentra a m s de 6 electrodos.
b) El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos.- Normalmente la distancia entre ejes de
los electrodos debe ser como mínimo el doble de la longitud de los electrodos; pero en los casos
donde se requiera obtener resistencias eléctricas muy bajas y haya disponibilidad de rea de
terreno, las distancias entre ejes de los electrodos, deber n ser lo máximo posible; pues a mayor
distancia entre ejes de electrodos, mayor ser la reducción de la resistencia a obtenerse; y ello
por el fenómeno de la resistencia reciproca entre electrodos.
c) El aumento de la longitud de los electrodos.- Aumentando la longitud de penetración efectiva en
el terreno es posible alcanzar capas m s profundas, que normalmente presentan una m s baja
resistividad que las presentadas en las capas superficiales; esto se puede verificar en la mayor
parte de los terrenos, debido al mayor porcentaje de humedad, en las capas profundas, donde se
encuentran la capa freatica de agua. Lo contrario a esto ocurriría en el caso de que los terrenos
tuvieran capas inferiores compuestas por terrenos rocosos y pedregosos, ya que ellos tienen muy
alta resistividad y además de no poder clavar los electrodos.
Los resultados de la reducción en estos casos, estar dada por la resistividad del terreno
profundo, el mismo que podrá ser comprado con el primer electrodo colocado en la penetración
profunda, a partir de ello el % de reducción de los demás electrodos en paralelo ser igual a lo
indicado anteriormente, incluyéndose el punto de saturación por encima de 6 electrodos, as¡
como, por la separación entre ellos de acuerdo a la longitud empleada e n los electrodos.
d) Aumentando el diámetro de los electrodos.- Al aumentar el diámetro de los electrodos de 5/8" a
3/4" se obtendrá una pequeña reducción del valor de la resistencia y esta ser como sigue;
- Con el segundo electrodo se obtendrá una diferencia de 11% de reducción
- Con el tercero se obtendrá una diferencia de 18% de reducción
- Con el cuarto se obtendrá una diferencia de 22% de reducción
- Para el quinto ya no habrá reducción por el diámetro, lo que ser su
punto de saturación
e) Cambio del terreno existente por otro de menor resistividad.- Los terrenos pueden ser
cambiados en su totalidad, cuando ellos son rocosos pedregosos, calizas, granito, etc. que son
terrenos de muy alta resistividad y pueden cambiarse parcialmente cuando el terreno est
compuesto por componentes de alta y baja resistividad; de modo que se supriman las partes de
alta resistividad y se reemplacen por otros de baja resistividad; uno de estos procedimientos es
realizado con el zarandeo del terreno donde se desechan las piedras contenidas en el terreno.
El camino total o parcial del terreno deber ser lo suficiente para que el electrodo tenga un radio
de buen terreno que sea de 30 a 50 cm en todo su contorno así como, en su fondo de tal manera
que permita una buena conexión con el terreno.
La resistencia crítica de un electrodo se encuentra en un radio o contorno que va de 30 a 50cms.
de este, por lo que se tendrá sumo cuidado con las dimensiones de los pozos para los electrodos
proyectados.
La compactación del terreno también es factor importante ya que el electrodo tendrá que estar
bien adherido al terreno, evitando hacer un falso contacto que aumente la resistencia por su falta
de adherencia.
La limpieza del electrodo también es factor importante, ya que el electrodo tiene siempre adherido
a el, grasa, aceite y a veces hasta pinturas, lacas o barniz, que ofrecen resistencia al contacto con
tierra, para suprimir todo ello es necesario lijarlos y lavarlos bien a fin de dejarlos totalmente
limpios.
Los % de reducción en este caso son difíciles de deducirlos, debido a los factores que intervienen,
como son resistividad del terreno natural, resistividad del terreno de reemplazo total o parcial,
adherencia por la compactación y limpieza del electrodo, pero daremos una idea porcentual m s o
menos en función al tipo de terreno y al cambio total o parcial.
- Para terrenos de alta resistividad donde se cambie el terreno de los pozos en forma total, el
porcentaje puede estar entre 50 a 70 % de reducción de la resistividad natural del terreno.
- Para terrenos de media resistividad donde se cambie el terreno de los pozos en forma parcial o
total, el porcentaje de reducción puede estar como sigue:
* Cambio parcial de 20 a 40% de reducción de la resistividad natural del
terreno.
* Cambio total de 40 a 60% de reducción de la resistividad natural del
terreno.
- Para terrenos de baja resistividad donde se cambiar el terreno de los pozos en forma parcial, el
porcentaje de reducción puede estar entre 20 a 40% de reducción de la resistividad natural del
terreno.
La saturación en este caso sería si cambiamos mayor volumen de tierra que la indicada, los
resultados serán casi los mismos y el costo ser mucho mayor, lo cual no lo justifica.
f) El tratamiento químico electrolítico del terreno de los pozos.- El tratamiento químico electrolítico
de las puestas a tierra es uno de los m‚todos mas prácticos y económicos para la reducción de la
resistencia eléctrica de las puestas a tierra, este tipo de tratamiento consiste en incorporar al pozo
o los pozos electrolitos que mejoren la conductibilidad de la tierra y ello para que reduzcan la
resistencia eléctrica de las mismas.
Estos tratamientos químicos no deben ser realizados con sales puras ni con cantidades
exageradas, ya que ello sería contraproducente por el factor de corrosión de los electrodos que se
echarían a perder en poco tiempo, mas aun con la acidez natural de los suelos; los tratamientos
químicos realizados con sales puras también tienen otro factor deficiente y este es su estabilidad
química y eléctrica, pues al diluirse con el agua o la humedad de los terrenos, estos se precipitan
por su mayor peso atómico, saliendo del área del electrodo, lo que permitiría el aumento de la
resistencia y si se mantuviera seca la puesta a tierra para evitar ello, la resistencia aumentaría
pues las sales no actúan como un buen electrolito en estado seco, es por ello que se les
incorporaban carbón vegetal con el fin de que este sirviera como absorbente de las sales
disueltas y de la humedad; esta técnica antigua trajo muchos problemas en los períodos de
verano o sequía por el aumento de la resistencia.
La técnica moderna ha desarrollado un componente químico denominado "THOR-GEL", especial
para el tratamiento químico electrolítico de las puestas a tierra, este componente viene usándose
ya mas de 10 años con muy buenos resultados, debido a que el compuesto químico electrolítico
posee sales concentradas de metales y aditivos que neutralizan la corrosión de las sales
incorporadas, como también aditivos para regular el PH de los suelos y la acidez de los suelos.
Este compuesto posee otra ventaja que al unirse en el terreno se forma un compuesto gelatinoso
que le permite mantener una estabilidad, química y eléctrica por 4 años, además es higroscópico,
absorbe la humedad y crece en su formación gelatinosa, enrraizándose en el terreno lo que
facilita una potencialización adecuada de los electrodos y por ende una mejor rea de contacto y
de influencia en el terreno.
La vida media de la puesta a tierra con el producto "THOR-GEL", será
manteniéndola cada 4 años.
de 20 a 25 años,
TABLA DE RESULTADOS DE REDUCCION
Los resultados de reducción de la resistencia eléctrica inicial de las puestas a tierra, han sido los
siguientes:
RESISTENCIA INICIAL Ω
600
300
100
50
20
10
% REDUCCION
95
85
70
60
50
40
RESISTENCIA RESULTANTE Ω
30
45
30
20
10
6
Los resultados antes detallados, han sido obtenidos con la aplicación de una dosis de 5 Kg. que
reemplaza a 270 Kg. de productos convencionales ( sal y carbón).
La saturación en el tratamiento químico "THOR-GEL" se presenta en la tercera dosis.
Los resultados antes detallados reducen ostensiblemente la cantidad de electrodos necesarios,
as¡ como, el transporte de materiales, facilitando además el mantenimiento periódico.
TABLA DE TIEMPO DE APLICACION Y REDUCCION
TIEMPO DE APLICACION
1 Día
5 Días
24 Días
45 Días
90 Días
% DE REDUCCION
47.30
73.33
83.33
89.00
95.00
RESISTENCIA OBTENIDA Ω
7.9
4
2.5
1.65
0.75
TABLA DE ESTABILIDAD QUIMICA Y ELECTRICA DEL PRODUCTO "THOR-GEL"
TIEMPO DE APLICA-
RESISTENCIA Ω
% DE INCREMENTO O REDUCCION
DE LA RESISTENCIA Ω
CION - MESES
3
8
16
20
34
40
52
54
56
0.75
0.81
0.74
0.79
0.80
0.75
0.98
1.47
2.65
---+8
-8
+6
+2
-6
+30
+50
+80
* PUNTO MAXIMO DE ESTABILIDAD 48 MESES.
NOTA; Las pequeñas fluctuaciones son climatológicas y el gran incremento de las resistencia a
los 54 meses, es presentado por la disolución y precipitación del GEL.
6) MEDICIONES DE LA RESISTENCIA ELECTRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA
Las mediciones de la resistencia eléctrica de las puestas a tierra deben ser realizadas con
equipos de medición de resistencia de puesta a tierra de tres o cuatro sondas. Estos equipos
deberán estar provistos de estacas de pruebas o sondas de medición que son clavadas en el
terreno a 5 y 10 m. o a 10 y 20 m. según sean las dimensiones del conjunto de puesta a tierra, se
entiende que estas medidas deben ser tomadas a partir del lado extremo del conjunto, de tal
modo que las sondas no est‚n paralelas al conjunto de tierra sino m s bien opuesta a ella y
siempre que se pueda las sondas estar n en un mismo eje, de no poderse, el ángulo no debe ser
menor de 120 grados.
Las sondas al clavarse en tierra deber n quedar ajustadas y no flojas de modo que hagan un buen
contacto y para ello deber n humedecer el terreno donde se clavo las estacas; las estacas o
sondas no deber n estar cercanas a tubos de metal enterrados de agua £ otro servicio, ya que
ese tubo podría estar pasando cercano a la puesta a tierra en medición y por ello tener una
lectura errónea.
Cuando una puesta a tierra quedar rodeada por piso de cemento o en una zona pavimentada, se
dejar n puntos de sondeo colocados en las medidas antes mencionadas de tal manera que se
pueda efectuar las mediciones de control en cualquier momento.
Estos puntos deber n tener un di metro de 2" a 3", que atraviesen el concreto o pavimento hasta
el terreno natural, en ‚l se eliminar n las piedras con el fin de que las estacas puedan ser clavadas
con facilidad y dar un buen contacto. Los puntos de referencia podrán estar cubiertos con tapas
de registros de bronce enroscable a fin de que queden estéticamente en el ambiente.
7) INSPECCIONES Y MANTENIMIENTOS.
Las inspecciones y los mantenimientos deben ser realizados periódicamente como sigue:
Las inspecciones deben realizarse anualmente, con el fin de comprobar la resistencia y las
conexiones, esta labor debe ser efectuada en verano o en tiempo de sequía con el fin de
evaluarlas en el momento m s critico del año por falta de humedad.
El mantenimiento periódico debe realizarse cada 4 años incorporando un nuevo tratamiento con
"THOR-GEL" este tratamiento es preventivo y no correctivo ya que a partir de los 4 años la
resistencia aumentar progresivamente hasta perder su estabilidad química y por lo tanto
eléctrica; 5 años es considerado un mantenimiento correctivo.
NOTA: Para cualquier información adicional específica, consulte con nuestro Departamento
Técnico, que estar dispuesto a servirlos.
VI) LAMINAS Y CATALOGOS ILUSTRATIVOS.