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Protección integral contra el rayo para salas eléctricas

Gran parte de las faenas mineras se encuentra en la zona norte del país, la que está expuesta a los rayos y a las consecuencias de estos fenómenos. Para evitar paros inesperados y garantizar la integridad de sus colaboradores, abordamos en este artículo los componentes que debe considerar una protección integral contra el rayo.

Permanentemente se forman unas 5.000 tormentas a nivel mundial, y la densidad de caídas de rayos depende de la orografía y de la climatología, por lo que esta varía de un lugar a otro y de un período a otro. En Chile, la zona más expuesta a este tipo de fenómenos es el sector cordillerano (cordillera de los Andes) de la XV Región de Arica y Parinacota, I Región de Tarapacá, II Región de Antofagasta y III Región de Atacama. En tanto, el período del año más crítico es el comprendido entre octubre y marzo durante el invierno altiplánico.

Ahora bien, la intensidad media de descarga de un rayo se estima en alrededor de 20-30kA y la máxima en 200 kA.

Los mapas isoceráunicos recogen los datos históricos de densidad de impactos sobre el terreno (Ng) y los tabulan de menor a mayor nivel de riesgo de impacto. En Chile el nivel isoceráunico medio es muy alto en las zonas mencionadas, pudiendo llegar a un máximo de 60 impactos/año/km2. A la luz de estos datos, se debe considerar que, en dichas áreas, existen múltiples faenas mineras e industriales que requieren un sistema para proteger a sus trabajadores y activos, entre los que destacan las salas eléctricas.


Efectos destructivos del rayo

Los efectos del rayo suponen un peligro importante para personas, bienes, equipos y estructuras, por lo que es necesaria su protección. Para las personas o animales, las consecuencias son catastróficas; pueden generar una electrocución y graves quemaduras que pueden provocar la muerte.

Además, pueden derivar en cuantiosas pérdidas económicas:

El impacto directo de un rayo provoca daños en las estructuras (edificios, antenas de telecomunicaciones, industrias, campos fotovoltaicos, etc).

Incendios.

El impacto indirecto de un rayo genera sobretensiones que dañan los equipos conectados a la red eléctrica, red telefónica, red Ethernet, etc., destruyendo y/o provocando interrupción del servicio.


Dadas estas posibles consecuencias, debe calcularse la necesidad de disponer de un sistema de protección contra el rayo (SPCR).


Una protección integral contra el rayo

La normativa define un sistema de protección eficaz contra el rayo como la combinación de elementos y dispositivos para captar (nunca atraer) y conducir el rayo a tierra de una forma segura. Para cumplir con lo mencionado, se deben considerar tres sistemas:

1. Sistema externo: Dispositivo para la captación del rayo
Es necesario proteger una estructura contra el impacto directo del rayo a través de un sistema de captación que sea capaz de direccionar de manera controlada la energía a tierra. Para esto, debemos cumplir con la instalación de un sistema de pararrayos que esté, por lo menos, 2 m por encima de la estructura o área a proteger. En este aspecto, destacan los pararrayos activos con tecnología electrónica PDC/ESE, que a diferencia de los sistemas pasivos de faradización con puntas captadoras, se sirve activamente del gradiente atmosférico para generar una ionización tal que permite aumentar la altura del punto del impacto de rayo, lo que incrementa el volumen protegido. Esto facilita la protección de grandes áreas, simplificando y reduciendo costos de material e instalación.

La selección e instalación de un pararrayos PDC se realiza mediante guías de evaluación de riesgos. Un diseño eficaz y seguro requiere definir el nivel de protección o grado de seguridad necesario, calcular el volumen de la instalación a proteger y, en base a ellos, seleccionar el pararrayos adecuado conforme a las normas UNE 21186:2011 y NFC 17102:2011.

2.- Sistema interno: Protección contra las sobretensiones transitorias
Las sobretensiones transitorias son peaks de tensión que pueden alcanzar valores de decenas de kilovoltios y cuya duración es del orden de microsegundos. A pesar de su corta duración, el fuerte contenido energético puede causar graves problemas a los equipos conectados a la línea, desde su envejecimiento prematuro a su destrucción, provocando interrupciones de servicio y pérdidas económicas. Los orígenes de este tipo de sobretensiones son diversos, como el impacto directo de descargas atmosféricas sobre la protección externa (pararrayos) de un edificio o sobre el tendido eléctrico, o como la inducción de campos electromagnéticos asociados a tales descargas sobre los conductores metálicos. Las líneas exteriores así como las de mayor longitud son las más expuestas a estos campos, por lo que a menudo reciben inducciones elevadas. También es habitual que fenómenos no relacionados con las condiciones atmosféricas, como la conmutación de centros de transformación o la desconexión de motores u otras cargas inductivas, provoquen peaks de tensión en líneas colindantes.

Las sobretensiones transitorias no se producen únicamente en las líneas de distribución eléctrica, sino que también son habituales en cualquier línea formada por conductores metálicos, como las de telefonía, comunicación, medición y datos.

En todas estas redes, el método de protección contra las sobretensiones transitorias consiste en la insta¬lación de un protector o descargador en la línea susceptible de recibir la sobretensión, conectándolo en paralelo entre esta y la tierra. De este modo, en caso de sobretensión transitoria, el protector derivará a tierra el exceso de energía, limitando así el valor del peak de tensión a un valor soportable por los equipos eléctricos conectados.

3.- Sistemas de tierra: Elementos necesarios para disipar las corrientes del rayo
Otro factor principal de una instalación de pararrayos es el sistema de puesta a tierra (SPAT). El SPAT permite derivar de una forma segura a tierra la energía del rayo, disipándola en el terreno de forma que no suponga un riesgo para las personas y equipos de la instalación. Para ello es necesaria una baja resistividad de tierra inferior a los 10O.


Artículo gentileza de InexChile. / www.inexchile.com
Noviembre 2017
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