Los mecanismos del rayo son muy complejos. De manera simplificada, se trata de una descarga eléctrica de gran energía provocada por un reequilibrio del potencial entre nubes o entre nubes y suelo. Las corrientes de rayo alcanzan valores de 10 a 100 kA, con tiempos de aumento de unos pocos microsegundos.

El rayo provoca daños considerables; centenares de edificios, líneas telefónicas y eléctricas quedan inutilizados cada año como consecuencia de este fenómeno, mientras que miles de animales y decenas de personas son víctimas de rayos. El riesgo local de tormenta viene determinado por el nivel ceráunico, que es el número de días en el que se ha oído el trueno durante un año. Las regiones montañosas son las más expuestas. En la práctica, se usan mapas de densidad de caídas de rayos, establecidos con observaciones de los últimos quince años (red metereológica), que cuantifican la cantidad de impactos por año y por km2.

Los efectos del rayo se dividen en directos e indirectos.


• Efectos directos. La fulminación provoca en el punto de impacto efectos térmicos directos (fusión, incendio) debidos al arco eléctrico; efectos térmicos y electrodiná- micos inducidos por la circulación de la corriente del rayo; y efectos de deflagración (onda de choque y soplo de aire) producidos por el calor y la dilatación del aire.

La protección contra los efectos directos del rayo se basa en la captación y el transporte de la corriente a tierra (pararrayos, varillas de captura, etc.).

Es importante considerar que los choques de rayos negativos descendentes son los más frecuentes, y que la corriente de descarga varía desde algunas decenas a un centenar de kA.

Un "precursor" traza un canal conductor descendiendo de la nube hacia el suelo y la descarga de rayo se efectúa "de vuelta" del suelo hacia la nube. Cuando el precursor sube, el choque de rayos se llama ascendente.

Los choques de rayos ascendentes positivos son más frecuentes en el invierno, pero más escasos (10%); no obstante, son los más violentos (varios centenares de kA). Se desarrollan a partir de una prominencia natural o artificial.


• Efectos indirectos: Un choque de rayo contra el suelo causa una subida en potencial de la tierra que puede propagarse a la instalación (remontada de tierra). La fulminación de las líneas aéreas implica la propagación en las redes AT y BT de sobretensiones de varios millares de voltios. A la descarga del rayo también se asocia un campo electromagnético de amplio espectro y de frecuencia que, al acoplarse con los elementos conductores (estructuras de edificio, instalaciones eléctricas), da nacimiento a corrientes inducidas destructivas.

La protección contra los efectos indirectos se basa esencialmente en la utilización de pararrayos, en la equipotencialidad de las masas y la dimensión de la malla de los edificios.

Prácticamente todas las conmutaciones en las redes industriales, y particularmente las de elevada potencia, producen sobretensiones, que son provocadas por la interrupción brusca de la corriente.

Las líneas y los transformadores se comportan entonces “selfinductions” (autoinducciones). La energía aplicada en forma de transitorios depende de las características del circuito conmutado, y el tiempo de subida es del orden de unas decenas de microsegundos, con un valor de varios kV.

Los regímenes transitorios, que pueden constituir fuentes de sobretensiones y de sobreintensidades, pueden generarse como consecuencia de la activación o de la desactivación de cargas. Los transitorios más comunes tienen que ver con los transformadores, motores, condensadores y baterías.

La activación de un transformador genera una corriente de llamada de 10 a 20 In, con una componente aperiódica amortiguada. Esto provoca una sobretensión en el secundario por acoplo capacitativo y efectos oscilatorios como consecuencia de las capacidades y de las inductancias entre espiras.

La desconexión (o la apertura) de un transformador crea una sobretensión transitoria debido a la interrupción de la corriente en un circuito inductivo. Esta sobretensión puede crear recebados de arco en los dispositivos de corte, los cuales deben escogerse en consecuencia.

Por regla general, las sobretensiones de este tipo solo se tienen en cuenta para las fallas entre la alta tensión y la masa del centro de transformación AT/BT. La solución para evitar daños a los equipos eléctricos ocasionados por sobretensiones son los limitadores de sobretensión, cada vez más exigidos por las normas internacionales. Para ser eficaz en la protección contra sobretensiones transitorias, su posición en la instalación, así como su tipo, deben ser apropiados para el nivel de riesgo: tipo 1 (T1) y 2 (T2), de acuerdo a estándares internacionales para instalaciones de baja tensión.