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Edici贸n 1

PELIGRO

RAYOS

NUBES RELAMPAGOS


INDICE

PORTADA (FOTO DE LA TIERRA DESDE TRANSBORDADOR ESPACIAL)…………..1

EDITORIAL……………………………………………………………………………………………….3

Sistema Puesta a Tierra……………………………………………………………………………….4

Rayos………………………………………………………………………………………………………6

¿Sabias que?...........................................................................................................8

Sopa de Letras………………………………………………………………………………………..…9

Descargas atmosféricas……………………………………………………………………………..10

Estrategias de protección…………………………………………………………………………..14

Bibliografías………………………………………………………………………………………….…16


EDITORIAL El notable incremento de las descargas atmosféricas en los últimos años exige, y es imperante una toma de conciencia en los sistemas de protección contra descargas atmosféricas (SPCR), es decir el sistema no solo incluye el captor sino que es una cadena de protección cada eslabón de esa cadena debe concatenarse y hacer que cumpla su función la de proteger de las descargas atmosféricas, que inevitablemente deben caer en la estructura, a las personas y bienes materiales. El sistema incluye distintos subsistemas los cuales tienen singularidades y características que a veces se dejan de lado o libradas al azar, se deben realizar con el compromiso de la ejecución de proyectos técnicamente válidos y eficientes.

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Sistema puesta a tierra Los sistemas de puesta a tierra son los que comprenden toda la ligazón metálica directa, estos sin protección alguna de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalación y un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el suelo, su objetivo radica en la seguridad, puesto que consigue que no existan diferencias de potencial peligrosas en un conjunto de instalaciones o edificios. Al mismo tiempo, permite el paso a tierra de las corrientes de falta o de las descargas de origen atmosférico, dándole confianza al usuario. Para su funcionamiento consta de diversos elementos, entre los cuales están; la casa, que sería el elemento a procesar; las líneas de enlace, siendo estas los conductores eléctricos que unen un punto del sistema con los electrodos; la unión del electrodo con la línea de tierra (acoplado con soldadura), que sería el punto de Enlace y finalmente el electrodo, que es el elemento que hace contacto con el suelo. Su objetivo principal es garantizar la protección de las personas a través del cuidado minucioso de equipos e instalaciones, asimismo se mejora la calidad del servicio para que las personas se sientan satisfechas. La importancia de realizar una conexión a tierra de un edificio, casa o cualquier instalación es considerable, ya que en estos hay una gran cantidad de equipos electrónicos y una corriente indeseable o sobre tensión podría causar una perdida muy costosa a estos equipos, en las personas podría ocasionar lesiones graves e incluso hasta la muerte. Otra razón por la que debe instalarse un sistema puesta tierra, eficiente en un edificio es para evitar que las descargas atmosféricas caigan en lugares indeseados y puedan ocasionar algún accidente o dañar los equipos, esto se logra mediante sistemas, pararrayos los cuales deben conectarse directo a tierra, es decir, el conductor que se use para la instalación del pararrayos no debe estar conectado a ningún otro equipo del edificio.

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Una de las razones frecuentes que se citan para tener un sistema bien aterrador, ahondan en proporcionar una trayectoria alternativa, para las corrientes inducidas y de tal modo minimizar el ruido eléctrico en cables. Asimismo suministrar una plataforma equipotencial sobre la cual pueda operar equipo electrónico. Proporcionar una plataforma El sistema de puesta a tierra deberá evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas en las masas metálicas de la instalación, y permitirá el paso a tierra de las corrientes de fuga de los receptores electrónicos, así como de las altas corrientes de descarga de origen atmosférico o de falla.

Medición de resistividad del suelo

- A = Separación sondas - B = Largo de sondas - B menor que A/20 - D =profundidad. medición - Separaciones iguales - Resistividad = 6.28 A.R

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Rayos Un rayo es una descarga eléctrica que golpea la tierra, proveniente de la polarización que se produce entre las moléculas de agua de una nube (habitualmente las cargas positivas se ubican en la parte alta de la nube y las negativas en la parte baja), cuyas cargas negativas son atraídas por la carga positiva de la tierra, provocándose un paso masivo de millones de electrones a esta última. La velocidad de un rayo puede llegar a los 140.000 km por segundo. En el punto de entrada a la tierra, el rayo puede destruir, de acuerdo a su potencia y a las características del suelo, un radio de 20 metros. Los rayos se pueden clasificar de acuerdo a su inicio y destino en: Nube a Tierra, los más típicos y espectaculares. Intranubes, es decir dentro de una misma nube. Aparecen como relámpagos con algunos truenos. Internubes, de una nube a otra, con grandes truenos. Las Causas y Proceso Globales del Fenómeno Rayo La causas principales del fenómeno rayo son: la radiación solar y la formación de las capas atmosféricas; pero en particular la ionosfera así como las nubes de la troposfera. Por otro lado, la radiación desde estas capas, de la ionosfera a las nubes y desde éstas hasta el nivel del suelo, así como la disipación por un proceso electrolítico en el suelo. El Tiempo y el Angulo de Caída de la Descarga Adicional a una errónea previsión del ángulo de la descarga atmosférica, el tiempo de propagación en las estructuras (torres por ejemplo) , más el tiempo de propagación en el terreno (impedancia, resistividad y capacidad de cargas) provocan el rebote hacia las instalaciones, cuando no corresponden a la oferta de la nube, que es de muy alta carga (hasta 200,000,000 Volts y hasta 100,000 A) en tan solo 50 micro seg.

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Medidas de Seguridad y Emergencia Antes de que comiencen los Rayos · No deje de mirar el cielo. Observe si el cielo se oscurece, si hay relámpagos o si el viento cobra fuerza, Escuche si hay truenos. · Si Ud. puede escuchar los truenos, Ud. está lo suficientemente cerca de la tormenta como para que le alcance un rayo. Diríjase inmediatamente a un lugar seguro. · Sintonice la radio que transmite información meteorológica (NOAA), la radio comercial o la televisión para recibir los últimos pronósticos del tiempo. Si se acerca la tormenta… · Busque refugio dentro de un edificio o de un automóvil. Mantenga las ventanas cerradas y evite los automóviles convertibles. · Las líneas de teléfono y las cañerías de metal pueden conducir electricidad. Desenchufe los aparatos electrodomésticos. Evite usar el teléfono y los electrodomésticos. (El dejar las luces prendidas, sin embargo, no aumenta el riesgo de que su casa sea alcanzada por un rayo). · Evite bañarse, ducharse o usar agua corriente para cualquier otro propósito. Si un rayo alcanza a una persona . . . · Las personas alcanzadas por un rayo no mantienen la descarga eléctrica y se les puede asistir sin riesgo. · Pida ayuda por teléfono. Haga que una persona llame al 911 ó al número local para emergencias (Servicios Médicos de Urgencias). · La persona lesionada recibió una descarga eléctrica y puede tener quemaduras por donde la alcanzó el rayo y por donde la electricidad abandonó su cuerpo. Verifique si tiene quemaduras en ambas partes.

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1.Estratiformes (estratos): son nubes planas y de poco espesor, debidas a corrientes de elevación el aire 2.Cirriformes (cirros): formadas por cristales de vapor de agua. Tienen forma filamentosa muy tenue. Se 3.Cumuliformes (cúmulos): son planas en su parte inferior y presentan cúpulas en la superior, debidas a f

¿Sabias que…? Hace 250 años, durante una tormenta, un hombre desafió a la lluvia y salió a campo abierto. Llevaba una cometa que en su cola tenía amarrada una pequeña llave de metal, la cometa comenzó a volar entre las sombras y la lluvia. Instantes después se escuchó un terrible trueno. El hombre vio cómo un resplandor interceptaba la llave atada en la cola de la cometa. El experimento demostraba que el metal atraía el poder destructor de los rayos.

Una gloria (o anthelion) es un fenómeno óptico producido por la luz retrodispersada (una combinación de difracción, reflexión y refracción) sobre su fuente por una nube de diminutas gotas de agua de tamaño uniforme. Una gloria tiene múltiples anillos coloreados. La mayor parte de la gente sólo ve un anillo. La gloria, sin embargo, puede mostrar varios anillos cuando la nube se compone de gotas lo bastante uniformes.

Estratiformes (estratos): son nubes planas y de poco espesor, debidas a corrientes de elevación el aire muy débiles. Se forman en las capas bajas de la troposfera. Cirriformes (cirros): formadas por cristales de vapor de agua. Tienen forma filamentosa muy tenue. Se forman en las capas más altas de la troposfera. Cumuliformes (cúmulos): son planas en su parte inferior y presentan cúpulas en la superior, debidas a fuertes elevaciones de aire. Estas nubes se formas en la zona intermedia de la troposfera. Un tipo de estas son los cumulonimbos, llamadas comúnmente nubes de tormenta , de tonos oscuros son las encargadas de producir precipitaciones y tormentas.

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Sopa de letras… L

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Descargas Atmosféricas Las descargas atmosféricas en líneas de distribución son mucho más críticas que en líneas de transmisión, debido a que su nivel de aislamiento es mucho menor. Los daños causados por descargas atmosféricas en líneas de distribución, son debidos a descargas directas sobre los conductores de fase o sobre los neutros o cables de guarda, en caso de existir, o son debidos a descargas indirectas que no impactan directamente la línea pero alteran el campo electromagnético a su alrededor, induciendo sobre tensiones en la misma. Las descargas atmosféricas son una amenaza potencial para los Sistemas de Potencia. Puede ocasionar disparo de líne as de transmisión debido a impacto de rayos ya sea en los co nductores de guarda o en los conductores de potencia. El impacto de rayos en los conductores de guarda puede ocasio nar descargas retroactivas o backflashovers a través de la cadena d e aisladores en una línea de transmisión. Por otro lado, los impact os de rayos en los conductores de fase son ocasionados debido a f allas de apantallamiento. CLASIFICACIÓN DE LOS FENÓMENOS ELÉCTRICOS ATMOSFÉRICOS a)Rayo Intra nube: es el tipo más común de descarga. Ocurre entre centros de carga opuestos dentro de la misma nube de tormenta. b)Rayo entre nubes: ocurre entre centros de carga en dos diferentes nubes con la descarga recorriendo el espacio de aire que hay entre ellas, que puede llegar a de 20 Km. c)Rayo nube - tierra: es el más dañino y peligroso aunque, por fortuna, no es el más común. La mayoría se originan cerca del centro de carga negativo de la nube de tormenta y liberan carga negativa hacia la tierra. Será en este tipo en el que nos centremos. Existen otros fenómenos eléctricos tales como las descargas de efecto corona, comúnmente conocidas como "fuegos de San Telmo", pero tienen mucha menor intensidad.

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Las Descargas Atmosféricas en Líneas de Distribución Daños Causados Transformadores de distribución, cortacircuitos y fusibles, interruptores de aceite, conductores de línea y aisladores. Adicionalmente, pueden transferir impulsos a la red secundaria debido a la capacitancia entre devanados de los transformadores, afectando equipos domésticos.

Descarga Directas 1.Sobreconductores Las descargas directas sobre los conductores de fase producirán, casi con certeza, un flameo directo de las cadenas aisladoras, ocasionando una falla usualmente monofásica. El flameo inminente se puede visualizar si tenemos en cuenta que la impedancia característica de una línea de distribución, es aproximadamente 400 , y que un rayo promedio tiene una corriente pico aproximadamente de 30 KA (figura 2), con lo cual la sobretensión pico promedio inducida en la línea, es: V = 30 KA x 400 = 6000 KV. Este tipo de descargas tienen características importantes desde el punto de vista que puede causar daños como: -Si la magnitud de la tasa de crecimiento de la corriente de la descarga tiene un valor suficientemente alto, puede romper el aislamiento interno de los aisladores en puntos de la línea ubicados en cercanías del punto de impacto de la descarga (alrededor de 50 mts.). -Si la magnitud de la corriente de retorno de la descarga tiene suficiente valor, producirá flameo al aire y en consecuencia una falla monofásica que obligará la salida del circuito, con el consiguiente deterioro de la calidad del servicio. -Si la distancia entre pararrayos y transformadores es excesiva, la reflexión de ondas en los bornes de los transformadores incrementa la tensión excesivamente en esos puntos, rompiendo su aislamiento interno. 2.Sobre cables de Guarda o Torres Cuando la descarga directa golpea el cable de guarda o la torre, se presentan varios fenómenos: - La onda electromagnética producida por la descarga viaja a lo largo del conductor de guarda, e induce, debido al acople inductivo y capacitivo con los conductores de fase, una sobretensión en estos últimos que puede causar un flameo fase-tierra.

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Inducción por Acople


La descarga impacta en el vano del cable de guarda o en la torre, repartiéndose entre los cables de guarda y la puesta a tierra del poste. Dado que usualmente la puesta a tierra en líneas de distribución es muy pobre (reduciéndose a enterrar una varilla copperweld), la resistencia de puesta a tierra del poste es usualmente alta (mayor de 20 ), con lo cual una corriente de rayo relativamente baja producirá un apreciable incremento de tensión entre el conductor de puesta a tierra (o el cable de guarda) y los conductores de fase. Descarga Indirectas Las descargas indirectas son aquellas que no impactan directamente la línea, pero que retornan por un canal ionizado cercano a la línea (dentro de un radio de aproximadamente 200 m). El cambio brusco del campo electromagnético producido por la circulación de la corriente de retorno induce en la línea una sobretensión. las descargas indirectas constituyen la principal causa de daños por descargas atmosféricas, no solo en líneas de distribución sino en instalaciones domiciliarias y de computadores. ¿Porque se generan estas Descargas? Se generan debido a que los vientos convectivos dentro de una nube de tormenta impulsan hacia arriba pequeñas gotitas de agua, que chocan con cristales de hielo y gotas más grandes que vienen en descenso, generando un desbalance de carga por fricción.

así se forman los rayos, en una tormenta

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Las Descargas Atmosféricas en Líneas de Transmisión Daños Causados •Sobretensiones inducidas. al igual que las descargas indirectas en líneas de distribución es cuando el rayo no impacta sobre la línea activa o conductor de guarda. •Descargas retroactivas. al igual que las descargas directas en líneas de distribución es cuando el rayo impacta directamente sobre la línea activa o conductor de guarda.

Características -Son impredecibles e incontrolables. -Son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos. -No existe un nivel constante de amperaje lo que dificulta a la hora de elegir los equipos de protección o los aislamientos necesarios y adecuados. -Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. -Al incidir ya sea directa o indirectamente en las líneas de energía son más críticas y prejudiciales en las líneas de distribución que en líneas de transmisión, debido a que el nivel de aislamiento en las líneas de distribución es mucho menor. -Los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia, La longitud media de un rayo es de 3 Km y la energía media total por descargas es de 30 x 108 J. La duración media de una descarga se considera que es de aproximadamente 30. SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN CONDUCTORES DE FASE Y DE GUARDA Una nube que, supongamos, tenga una carga negativa, actúa de tal manera que va separando las cargas positivas y negativas en los conductores de fase. Las cargas positivas se concentrarán en la zona cercana a la nube, mientras que las negativas libre de atracción, seguirán su recorrido por toda la línea. Cuando la nube se descargue repentinamente por medio de un relámpago o un rayo, las cargas positivas concentradas se liberarán porque ya no son atraídas por las nubes. Esta circunstancia provoca en la línea la aparición de sobretensiones proporcionales a las cargas, que se propagan a ambos lados de la línea en forma de ondas viajeras. La protección contra este tipo de sobretensiones consiste en la construcción de jaula de Faraday alrededor de los conductores de fase lo que técnicamente es imposible y muy costoso pero la presencia de cable de guarda en las líneas ha demostrado actuar como jaula de Faraday rediciendo así las fallas provocadas por estas sobretensiones.

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Estrategias de Protección Estrategias de Protección para Personas -Todos los caminos de circulación de las personas deben estar dentro del área protegida. -Uso de alfombras conductoras puestas a tierra reducen diferencias de potencial. -Asegurar separaciones seguras entre conductores de descarga y personas.

Estrategias de Protección para los Arboles Los árboles que crecen aislados o que tienen una altura tal que sobrepasan cualquier estructura, son un blanco de las descargas atmosféricas. Por ello, para esos casos se recomienda protegerlos como si fuesen una estructura.

Estrategias de Protección para Edificios -Captores aéreos determinan el punto de la descarga.

-Cables y hasta la misma estructura (torre / edificio) conducen la descarga hasta un sistema de disipación. - Sistema de disipación : Conjunto de jabalinas, anillos y radiales que aseguran el pasaje de la corriente de la descarga hasta la tierra.

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Estrategia de Proteccion para Torres de Comunicación Una manera es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ahí un conductor de cobre por toda la longitud de la torre. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto, se corroe el acero, además otro inconveniente es la inductancia del cable tan largo que crea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a tierra. Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte superior y conectores adecuados para su conexión al acero estructural. Sin embargo esto puede crear interferencia en antenas de radio y se puede evitar la recepción en determinadas zonas. Estrategia de Proteccion de Líneas de Comunicación Subterráneas Los cables de telecomunicaciones enterrados no están totalmente inmunes a los efectos de la actividad de las descargas atmosféricas. El efecto de protección de tierra depende en gran parte de la conductividad del suelo. Así la corriente de descarga penetra solamente en el interior de los cables y produce el potencial perturbador real entre los conductores y la pantalla mediante una caída de tensión a través de su resistencia serie, siendo su curva corriente/tiempo una réplica de la corriente por el canal de descarga. El mejor método de protección es usar cable con doble apantallamiento, con la pantalla externa de malla conectada en los dos extremos a masa, y solo la pantalla interior de uno de los extremos. Estrategia de Proteccion de Líneas Aéreas La protección de líneas aéreas de distribución se logra por medio de un hilo de guarda y, mediante apartarrayos en las líneas vivas. El primer método es aceptable en donde el terreno por donde pasa la línea tiene un baja resistividad y, el segundo método, en terrenos donde se tienen resistencia a tierras de electrodos de 25 a 250ohms. Estrategia de Protección de Subestaciones Eléctricas Las subestaciones de potencia son protegidas por puntas pararrayos colocadas sobre las estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas que rematan en la subestación. Los hilos de guarda están conectados directamente a la malla de tierra de la subestación. En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla (lattice), la mismas estructuras forman una jaula de Faraday de protección.

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Biografías Benjamín Franklin (Boston, 17 de enero de 1706 Filadelfia, 17 de abril de 1790) fue un político, científico e inventor estadounidense. Fue uno de los Padres Fundadores de Los Estados Unidos. Ese hombre, Benjamín Franklin, es una de las personalidades más creativas del siglo XVIII en Norteamérica. Fue escritor, ensayista, editor, político, diplomático y filántropo, y es considerado el padre de la Independencia americana. Nacido en Boston el 17 de enero de 1706, Franklin fue a la escuela solo hasta los 10 años. Convertido en autodidacta, trabajó como aprendiz de impresor, oficio que pronto dominó, y años después se dio a conocer como editor al establecer su propia imprenta. Viajó por Europa e inició su carrera como escritor. A los 24 años se le consideraba un intelectual de alto nivel. Franklin fue una persona sumamente generosa, que gozaba de fama, fortuna y juventud. Promovió mejoras sociales, siempre buscando una vida mejor para la colectividad. Entre las instituciones que creó, se cuenta la primera biblioteca, en 1731. El primer cuerpo de policía a sueldo y una fuerza de bomberos voluntarios, en 1744. En 1751 fundó también la Academia de Filadelfia que después se convertiría en la Universidad de Pensilvania. Como diplomático y político realizó también una distinguida carrera.

Además de todo esto, Benjamín Franklin destacó como científico. Sobresalieron sus investigaciones relativas a una fuerza casi desconocida por aquel entonces: la electricidad. Su experimento para atraer una descarga eléctrica a través de una cometa durante una tormenta, fue tan famoso que muchos científicos quisieron repetirlo, con tan mala suerte que muchos murieron electrocutados en el intento. Además del pararrayos, Franklin inventó una estufa para la calefacción doméstica, y las gafas bifocales. Cuando Estados Unidos logró su independencia de Inglaterra, ayudó a redactar la Constitución de los Estados Unidos de América.

El 17 de abril de 1790 murió en la ciudad de Filadelfia, satisfecho de haber gozado de una vida repleta de sabiduría y generosidad.

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Michael Faraday, (Newington, 22 de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agosto de 1867), fue un físico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica . Fue discípulo del químico Humphry Davy, y ha sido conocido principalmente por su descubrimiento de la inducción electromagnética, que ha permitido la construcción de generadores y motores eléctricos, y de las leyes de la electrólisis, por lo que es considerado como el verdadero fundador del electromagnetismo y de la electroquímica. En 1831 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubierta por Oersted), y ese mismo año descubrió la inducción electromagnética, demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo, investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales que llevan su nombre: •La masa de la sustancia liberada en una electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través del electrolito masa = equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t). Las masas de distintas sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes. •Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento. Se denomina faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de un voltio, su símbolo es F. El efecto Faraday Faraday llevó a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviación del plano de polarización de la luz como resultado de un campo magnético, al atravesar un material transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interacción entre el magnetismo y la luz.

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Mejor estar protegido , a que un rayo te caiga en la cabeza… “María Fernanda Cevallo”

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Descargas Atmosfericas y Rayos

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