La diferencia

5. LA DIFERENCIA

SISTEMA COLECTOR DE RAYOS  VS.  SISTEMA PREVENTOR DE RAYOS

Actualmente se conocen dos categorías de equipo para el tratamiento de las descargas eléctricas atmosféricas, los “colectores” que atraen el rayo y los “preventores” que lo eliminan. Para que se entienda como funcionan, es necesario analizar cual es el mecanismo de una descarga eléctrica atmosférica (rayo).

Formación de una Descarga Eléctrica Atmosférica

La separación de una carga eléctrica natural ocurre dentro de una “nube de tormenta”, la cual origina una acumulación de una predominante carga eléctrica negativa en la base de la nube (el 90% de los rayos se da de esta manera, el otro 10% de rayos son de carga eléctrica positiva, los cuales se forman de la misma manera pero tienen polaridad opuesta). Esto sucesivamente genera una acumulación de carga eléctrica positiva, la cual equivale a una “sombra eléctrica”, sobre la superficie de la tierra y las estructuras que se encuentran debajo de la nube de tormenta. A medida que la intensidad del campo eléctrico entre la nube y la superficie de la tierra se incrementa, un “paso líder”, un canal conductivo o relámpago de electrones se desprende de la base de la nube, viajando hacia abajo. A medida que el líder descendente se acerca a la tierra, una flámula o streamer ascendente –el cual es una corriente de iones positivos- es generada en respuesta, y dirigiéndose, hacia el líder descendente en movimiento.

Cualquier objeto en forma de punta bajo la nube de tormenta puede generar una flámula o streamer moviéndose hacia arriba y ser alcanzado por un paso líder. Consecuentemente, varios streamers moviéndose hacia arriba “compiten” para alcanzar a un líder descendente moviéndose hacia abajo. El primer streamer que haga contacto con el líder descendente cierra el circuito eléctrico entre la nube y la tierra, dando  por resultado una transferencia masiva de energía entre la nube y la tierra con un destello del rayo visible y la neutralización temporal de la carga eléctrica de la nube y de la tierra.

Colectores

Los Sistemas Colectores están diseñados para atraer la descarga eléctrica hacia ellos, capturan el rayo y  “conducen” la energía a tierra. Un colector de estos puede generar un streamer ascendente con una fuerza de atracción muy efectiva hacia un líder descendente. Normalmente el streamer intercepta al líder, el cual empieza la transferencia de energía de la nube al Sistema colector y finalmente a la tierra. El equipo diseñado para capturar y desviar a tierra el rayo ha existido por más de 250 años. Se incluyen en esta categoría de colectores las terminales aéreas (varillas pararrayos en variadas configuraciones), (conocidas también como Sistemas Franklin), Emisores de Streamer Temprano (Early Streamer Emmitters)

los cuales incluyen a las varillas radioactivas (en desuso), y otros seis tipos diferentes. Todos ellos con el propósito de aumentar la capacidad de atraer al rayo a la terminal aérea respectiva.

Preventores

Los Preventores han sido diseñados para eliminar el Rayo en la Instalación que ha sido PROTEGIDA contra el impacto directo de un rayo. Los Preventores funcionan colectando la carga eléctrica inducida en la instalación o el sitio a protegerse, y descargando esa carga lentamente en la atmósfera. Descargando la instalación o el sitio que se va a proteger, la diferencia de potencial eléctrico entre la nube de tormenta y la instalación protegida, será reducida al mínimo. Consecuentemente, el potencial resultante es tan bajo que no se alcanza a formar una flámula o (streamer) ascendente desde cualquier estructura. Como se requiere de una flámula ascendente para conectarse con el paso líder descendente como precursora para la descarga eléctrica atmosférica (rayo), donde no se han generado flámulas, no habrá descargas. El equipo del Sistema de Arreglo de Disipación (DAS) o Sistema de Transferencia de Carga (CTS) está diseñado para prevenir los impactos directos de rayo y fue introducido por LEC Inc., al mercado en 1971. Desde entonces, algunos Fabricantes de la competencia en los Estados Unidos de Norteamérica han puesto en el mercado diferentes configuraciones o diseños mal copiados que no han tenido una prueba exitosa.

Deficiencias de los Colectores

La falla de los colectores para capturar el 100% de todas las descargas eléctricas ha sido muy bien documentada. Como ejemplo, el Empire State Building en la Ciudad de Nueva York ha sido impactado varias veces debajo de las varillas pararrayos que se encuentran instaladas cerca del tope del Edificio. Otros ejemplos menos conocidos incluyen: (1) una torre perteneciente al Colegio Militar Real en Ontario, Canada, el cual se incendió después de haber sido impactado por un rayo, a pesar de tener varillas pararrayos convenientemente instaladas en el techo. (2) El Edificio de AT&T en Norfolk, Virginia fue dañado por rayos en la fachada de mármol en una esquina a tan solo 18” de la varilla pararrayos.

Uno de los principales problemas con el Sistema Colector es como conducir un repentino y masivo aumento de energía a tierra. Si el colector es efectivo en la captura del rayo, cuanta energía debe ser conducida con seguridad a tierra?. Cualquier conductor tiene una cierta impedancia para el flujo de la energía eléctrica. Mientras más largo es el conductor, es mayor la impedancia. Algunos cálculos relativamente simples muestran que la impedancia de la energía del rayo para un conductor tan corto como 15 metros, e incluso conductores de mayor diámetro pueden crear una diferencia de voltaje de más de un millón de volts entre el terminal aéreo y la tierra. Esta gran diferencia de voltaje provoca el arco alrededor del conductor de conexión a tierra, el cual puede ser peligroso para las personas y el equipo.

Otro problema con el Sistema Colector son los efectos secundarios del rayo, los cuales son un fenómeno indirecto causado por el impacto del rayo. Uno de los Efectos secundarios son los Pulsos Electromagnéticos (EMP). Un impacto de rayo envía a la atmósfera una gran cantidad de EMP, en todas direcciones y a gran distancia de donde termina el rayo. Estos EMP pueden crear transitorios y sobrevoltajes en cualquier conductor cercano, tales como líneas de energía y líneas telefónicas. Otro tipo de efectos secundarios son los transitorios atmosféricos, transitorios de corrientes de tierra, y la carga estática. Los efectos secundarios 

de los rayos son la causa de la mayoría de los daños causados al equipo eléctrico y electrónico, tales como computadoras, módems, e instrumentos, etc.

La interfase del aterrizaje es también otro problema, con una resistencia de tan solo 5 Ohms junto con una corriente de rayo de 20,000 amperes resulta un voltaje de 100,000 volts a través de los cables de interfase de tierra, y en cualquier interconexión de la instalación.

Ventajas de los Preventores

Los Sistemas de Prevención de rayos tienen la ventaja de NO atraer el rayo. Consecuentemente, no existe el problema de cómo conducir a la tierra en corto tiempo la energía masiva del rayo. De esta manera, el problema de arqueo en el conductor de tierra y otros efectos secundarios son eliminados. Un Sistema de Prevención de rayos usa un Sistema de Aterrizaje e interconexión para conducir la carga de la “sombra eléctrica”, creada por la tormenta hacia arriba para ser descargada a la atmósfera. También se eliminan los Efectos Secundarios de un impacto de rayo, simplemente porque no existe rayo que los genere.

El Sistema de Transferencia de carga o Dissipation Array System (CTS/DAS)

El DAS es a nivel mundial el Sistema de Prevención contra Descargas Eléctricas Atmosféricas más efectivo y  está soportado por un Diseño de Ingeniería y Cálculo para cada Sitio Específico. El DAS fue desarrollado al principio como un Sistema Operativo en 1971. Desde entonces ha sido instalado para proteger Estaciones Retransmisoras de Comunicaciones, Refinerías, Centros de Cómputo, Hospitales, Plantas de Generación de Energía, Líneas de Transmisión y Distribución de Energía y cualquier otra Instalación vulnerable a los Rayos. Actualmente existen más de 40,000 Sistemas CTS/DAS instalados en todo el mundo. El DAS es el único Sistema de PROTECCIÓN contra Descargas Eléctricas Atmosféricas GARANTIZADO por un CERTIFICADO DE FUNCIONALIDAD y numerosas Cartas de Referencia de Usuarios como: NASA, MOBIL OIL, CHEVRON,  FEDERAL EXPRESS, TELECOM MALASIA, ETC., ETC.

Todos los elementos del Sistema están Aprobados por: UNDERWRITERS LABORATORIES INC., HITACHI TECHNO ENGINEERING CO. LTD, NEGRP – NFPA – 1999, LAPEM – CFE – 2000, Y OTROS. Y CUMPLEN CON LAS NORMAS: ANSI/UL – 467 –1993, NFPA – 780 – 1995, API –RP –2003 1998, IEEE – PC1C – 99 – 03.

CONCLUSIÓN:

Es muy claro el riesgo y la peligrosidad de un Rayo en las Instalaciones y en el Equipo. UN RAYO SE PUEDE PREVENIR. La decisión es suya “Quiere Ud. que sus Instalaciones sean impactadas por un Rayo, o sería mejor PREVENIRLO?. Más de 40 años PRUEBAN que se puede y se ha evitado. 

Proceso de formación de una descarga eléctrica atmosférica (rayo)

Protección contra descargas eléctricas atmosféricas

4. PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS

Con el uso generalizado de los Equipos Electrónicos en los Sistemas Automatizados, no solamente en la Industria en General (Producción de Bienes y Servicios, Generación Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica, Petroquímica, Refinación, Telecomunicaciones, etc. etc.), y en los Servicios Domésticos; se ha hecho indispensable la PROTECCIÓN contra los Impactos Directos de las Descargas Eléctricas Atmosféricas (Rayos) y los Efectos Secundarios derivados de las mismas en puntos o Áreas Específicas, 

Hace más de 40 años existe en el Mercado un Sistema de PROTECCIÓN contra Descargas Eléctricas Atmosféricas basado en un Principio de Electrostática descubierto a fines del siglo XIX y que se conoce como el Principio de la Punta de Descarga que se describe de la manera siguiente: “Cuando se encuentra una punta o una estructura terminada en punta, inmersa en un Campo Eléctrico, esa punta empezará a ionizar las moléculas del aire a su alrededor a medida que ese campo eléctrico crece”. Basado en este Principio se ha desarrollado durante los últimos 40 años ese Sistema de Protección de tal forma que actualmente no se puede pensar en Fallas de PROTECCIÓN contra Rayos. La Infraestructura Tecnológica actual adecuadamente aplicada garantiza esa PROTECCIÓN, como lo garantiza un Programa Espacial para Instalar una Plataforma o Laboratorio en el Espacio o enviar un Hombre a la Luna.

Desafortunadamente lo que no se puede Garantizar es la aplicación correcta de los Avances Tecnológicos y lo que es peor ni siquiera la aplicación correcta de un CONCEPTO. Por ejemplo analicemos el concepto PROTECCIÓN. En su definición más genérica debe entenderse como: ELIMINAR RIESGOS.

Una Descarga Eléctrica Atmosférica o Rayo es un Riesgo y si tratamos de PROTEGER un área específica contra los Rayos, lo indicado es eliminarlos, NO ATRAERLOS.

Para poder eliminar un Riesgo, primero debemos conocer cual es ese riesgo, descubrir  su esencia, su funcionamiento y después seguir una estrategia para eliminarlo. Si el riesgo es un Rayo, debemos por tanto estar ciertos de que un Rayo es UN ARCO ELECTRICO. Sabemos que un arco eléctrico se produce cuando se rompe o vulnera la resistencia eléctrica del aire entre dos polos de un sistema eléctrico. Entre esos dos Polos existe un campo eléctrico, con la variación de la densidad de ese campo eléctrico la diferencia de potencial puede llegar a crecer lo suficiente para romper el dieléctrico del aire y producir el ARCO ELECTRICO.

En la naturaleza, una descarga eléctrica se da entre grandes concentraciones de Carga Eléctrica de diferente polaridad. Puede ser entre: NUBE Y NUBE (90%), NUBE Y TIERRA (7 %) y entre TIERRA Y NUBE (3%). Analizando las descargas eléctricas entre NUBE y  TIERRA y  las de TIERRA a NUBE, se ha podido observar que la gran mayoría de ellas se genera en estructuras u objetos puntiagudos que están conectados de manera firme a la Tierra Física y que además tienen características de conductividad eléctrica, buena o regular dependiendo del material que las conforme, siendo mejores conductores los metales.

De estas observaciones pudo Benjamín Franklin en 1752 INVENTAR su Punta Pararrayos. Al descubrir que las nubes estaban cargadas de electricidad negativa ( - ) en la base y electricidad positiva (+ ) en el tope, emitió su Teoría de las cargas eléctricas POSITIVA y NEGATIVA. Sin embargo fue hasta 1827 (75 años después) cuando el Físico Alemán George Simon Ohm DESCUBRIO la RESISTENCIA ELECTRICA de los materiales, lo que le permitió deducir la LEY de OHM que relaciona los Parámetros eléctricos: Voltaje, Corriente y Resistencia (V=IR).

A partir de ese momento se pudo manejar la Electricidad e ir Descubriendo y Registrando en Leyes y Principios los efectos y el comportamiento de este fenómeno Físico.

Surge así lo que se conoce como Principio de la Punta de Descarga enunciada como sigue: “toda punta o estructura puntiaguda inmersa en un campo eléctrico empezará a ionizar las moléculas de aire a su alrededor a medida que se incrementa la densidad de ese campo eléctrico” y en la que se menciona el fenómeno de la IONIZACION. Favor de leer con detenimiento el Blog # 1 para entender el fenómeno IONIZACION.

Al presentarse este Fenómeno Físico de IONIZACION aparecerá en las “puntas” inmersas en un campo eléctrico una corriente de ionización que irá en aumento con el crecimiento de la densidad de ese campo eléctrico hasta saturar la capacidad de la punta y generar las condiciones propicias para la ruptura del dieléctrico del aire entre la Célula de Tormenta (Nube de Tormenta) y la Punta conectada a la Tierra Física; generando el arco eléctrico. Ver lámina adjunta con los diferentes modos de Ionización.

Fases de la descarga de punta.

De acuerdo con la Curva de ionización, entre 0 y 10 Kv./m., de elevación de la densidad del campo eléctrico no se aprecia prácticamente ninguna corriente de ionización, entre 10 y 50 Kv./m., la corriente de ionización aparece en el modo conocido como Incandescente o Corona y después de los 50 Kv./m., aparece un modo de ionización conocido como Canalizador en el que aparece la corriente de ionización (+) en forma de flámulas o streamers ascendentes. En este mismo momento, aparece una corriente negativa ( - ) descendente de la nube hacia abajo, llamada “paso líder” o relámpago, debido a la densidad del campo eléctrico y a la acelerada ionización, este paso líder desciende rápidamente hasta alcanzar a las flámulas ascendentes cerrando el circuito eléctrico o canal de descarga del rayo formando el arco eléctrico lo que ocurre a diferencias de potencial de 10⁸  Volts o más. Se ha medido la corriente eléctrica en el canal de descarga del rayo la cual varía de 200 a 500 KA. La duración promedio de un rayo es del orden de los 26 μs.

Siempre que fluye una corriente eléctrica a través de un conductor o semiconductor, se forma a su alrededor un campo electromagnético y este es directamente proporcional a la corriente que fluye. Debido a la rápida interrupción de la corriente eléctrica del rayo y a la rápida variación de la densidad del campo eléctrico se generan “pulsos electromagnéticos” (EMP) y “pulsos electrostáticos”  (ESP) los cuales se difunden en el área de influencia del rayo abarcando grandes áreas. Estos  EMP y  ESP, se inducen en todos los materiales conductores y no conductores en el área de influencia del rayo creando grandes sobrevoltajes. (Efectos Secundarios).

Los Efectos Secundarios de un Rayo entre otros son:

Voltajes Transitorios de Surge.

Corrientes Circulantes de Tierra.

Pulsos Electromagnéticos y

Pulsos Electrostáticos.

El Impacto directo del rayo y los Efectos Secundarios derivados de este representan un Alto Riesgo para cualquier instalación, razón por la cual se debe establecer un Sistema de PROTECCIÓN  contra rayos que elimine todos estos Riesgos. 

ACTUALMENTE SE CONOCEN DOS SISTEMAS PARA TRATAR LAS DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS:

EL SISTEMA COLECTOR y

EL SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA  o DAS / CTS

(DISSIPATION ARRAY  SYSTEM)/(CHARGE TRANSFER SYSTEM)

EL SISTEMA COLECTOR está formado por Varillas o Puntas Pararrayos (“Franklin”), con variantes como son los Pararrayos Dipolo, Pararrayos Ionizantes (todas las puntas son ionizantes si están inmersas en un campo eléctrico), etc. etc. Sistemas formados con este Tipo de Pararrayos tienen una alta eficiencia para ATRAER las descargas eléctricas atmosféricas, es decir, son muy efectivos. El problema es como se desvían o conducen a tierra 500 KA que fluyen en el canal de descarga del rayo. Más aún cuando se ha descubierto que las frecuencias de las corrientes de un rayo varían entre 10 KHz y 250 MHz., y por tanto durante este fenómeno se presenta el “Efecto Skin”. 

EL SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA (CTS) o DAS (DISSIPATION ARRAY SYSTEM), es un Sistema Diseñado y calculado para TRANSFERIR a la Atmósfera, basado en el Principio de la Punta de Descarga, la carga eléctrica inducida por una nube de tormenta en el Área que deseamos PROTEGER, descargando eléctricamente esa área y por tanto sin una diferencia de potencial entre la célula de tormenta (nube de tormenta) y la tierra, el resultado es que nunca se generara un arco eléctrico, en este caso no habrá Rayo.

Al TRANSFERIR  la carga eléctrica del área PROTEGIDA a la atmósfera, se creará una “carga espacio” o “plasma de Iones” (+) sobre el área PROTEGIDA, el aire y la densidad y peso específico de los iones (+), los hará ascender hasta encontrarse y neutralizarse con los iones ( - ) de la base de la nube de tormenta. La carga espacio o plasma de iones forma además un blindaje temporal entre la nube de tormenta y el área protegida.

Es muy importante hacer notar que la carga espacio o plasma de iones ( + ) no tiene temperatura por lo que no se puede pensar en un punto de riesgo para incendios o explosiones. 

Cualquiera de los DOS Sistemas mencionados, el Sistema Colector o el Sistema de Transferencia de Carga (CTS)  o Disipador requieren de un SISTEMA de TIERRA  de Muy Baja Impedancia para poder funcionar con efectividad. El Sistema Colector no requiere de un Circuito o Red de Tierras específico,  a diferencia del Sistema de Transferencia de Carga que requiere de un Circuito Colector de Corrientes de Tierra que debe instalarse en el Perímetro del área PROTEGIDA y que marcará el alcance de PROTECCIÓN del área. Además deberá estar interconectado con cada uno de los elementos del Sistema Disipador.

Generalmente a un área PROTEGIDA accesan líneas de alimentación de energía eléctrica o líneas telefónicas, las que pueden estar expuestas a Descargas Eléctricas Atmosféricas directas o bien en el área de influencia de estas con la consecuente inducción en las líneas, de los Efectos Secundarios producidos por un Rayo fuera del área PROTEGIDA. 

Los Pulsos Electromagnéticos también son Efectos Secundarios derivados de los rayos y estos viajan en la atmósfera en el área de influencia de una descarga eléctrica atmosférica. Razón por la cual se recomienda PROTEGER las líneas eléctricas de las señales de instrumentos, en ambos extremos, con Protectores de Línea de Datos (DLP).

De acuerdo con lo anterior se puede ver que la diferencia entre los dos Sistemas es el número de puntas usadas para disipar la carga eléctrica inducida en la tierra por la Célula de Tormenta (Nube). En el Sistema Colector, las puntas instaladas se saturan rápidamente llegando al modo de disipación canalizador, mientras que en el Sistema de Transferencia de Carga o DAS, se calcula el número de puntas de disipación necesarias para descargar eléctricamente el área PROTEGIDA, considerando todos los parámetros que intervienen, como son: Densidad del Campo Eléctrico, Nivel Isokeraunico en el área a PROTEGER, tipos de estructuras dentro del área, dimensiones del área, características geográficas del área, características geológicas del área, tipo de estructuras alrededor del área, etc., etc.

El número de puntas de disipación calculadas se distribuyen en toda el área por medio de diferentes configuraciones de disipadores las cuales pueden ser: Arreglos Tipo Hemisferio, Arreglos Tipo Paragón, Arreglos Tipo Trapezoide, Arreglos Tipo Parapeto, Spline Ball Ionizers (SBI), Spline Ball Terminal (SBT), etc.; todo esto con el fin de garantizar la descarga eléctrica hacia la atmósfera circundante, del área a PROTEGER.

Se ha remarcado el Concepto de PROTECCIÓN con el fin de señalar que en el caso de la Instalación de un Sistema de Transferencia de Carga o DAS se está eliminando el riesgo de un Impacto Directo de Rayo en el área PROTEGIDA  y con ello el riesgo de los Efectos Secundarios derivados del Rayo.

Concepto del sistema de arreglo de disipación (DAS/CTS).

CONCLUSIONES:

1. Ambos Sistemas cuentan con recomendaciones prácticas de NORMAS.

2. El SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA o DAS cuenta con pruebas de Laboratorio como: UL (UNDERWRITERS LABORATORIES), HITACHI TECHNO ENGINEERING Co. LTA., WESTINGHOUSE ENGINEERING & PROJECTS DIVISIÓN, ETC.

3. El SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA o DAS incluye el Equipo TVSS (Transient Voltage Surge Supressors) para eliminar los Eventos Eléctricos Transitorios o Efectos Secundarios derivados de los Rayos que terminan fuera del área PROTEGIDA.

4. El SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA o DAS, cuenta con una CERTIFICACIÓN DE FUNCIONALIDAD.

Sistema de Transferencia de Carga

3. SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CARGA

ESPECIFICACIONES GENERALES

1. GENERALIDADES

1.1. Definición

El Sistema de Transferencia de Carga (CTS) es una forma de PROTECCIÓN contra rayos que ha sido desarrollada para PREVENIR los impactos de rayo en un sitio, y la auto protección del sistema. El sistema disipa la carga inducida por la célula de tormenta (nube) dentro del área protegida, por medio de la transferencia de esa carga eléctrica, a la atmósfera circundante a través de un proceso de electrostática conocido como el Principio de la “Descarga de Punta”. Las moléculas de aire ionizadas resultantes, forman una masa de moléculas de aire cargadas eléctricamente, llamadas “Carga Espacio” las cuales forman un blindaje entre la célula de tormenta y el sitio. El potencial resultante entre el área protegida y la nube de tormenta se reduce significativamente, previniendo por tanto, los impactos directos de rayo.

1.2. Desempeño del Sistema

El CTS deberá ser capaz de disipar continuamente, o transferir a la atmósfera una corriente de al menos la mitad de un ampere  durante una tormenta madura mientras la tormenta esté presente.  Deberá prevenir cualquier descarga de rayo terminando  dentro del área protegida sin que  el sistema se dañe.  El CTS  reducirá  el voltaje entre  el área protegida  y la  nube  de tormenta  a niveles  menores  de  los  que  se requieren  para  iniciar o  atraer  el  rayo. Además, el potencial resultante en el área protegida será significativamente más  bajo  que  el que  exista  alrededor  en  cualquier  punto, durante  la tormenta.

1.3. Componentes del Sistema

El  sistema  está  formado  por  tres  subsistemas  conformados  por  las       especificaciones siguientes:

1.3.1. Subsistema Ionizador

La configuración del ionizador deberá diseñarse para asegurar la interfase con la instalación del Cliente de manera que prevenga cualquier impacto directo dentro del área protegida y deberá, sin excepción alguna cumplir con las especificaciones siguientes:

1.3.1.a La configuración del ionizador será hecha de alambre de disipación cuya geometría del espacio estará determinada por pruebas de laboratorio para proveer la máxima corriente de ionización para una fuerza del campo eléctrico dada. Cada punta deberá tener la separación que maximice la corriente de ionización durante la tormenta.

1.3.1.b El ionizador deberá diseñarse para formar, o configurar la forma de las líneas equipotenciales que configurarán toda el área protegida. Bajo ninguna circunstancia se crearán discontinuidades que puedan formar flámulas desde el ionizador o desde dentro de la instalación protegida. Deberá procurarse que todas las  puntas del ionizador estén dentro del área de ionización o aproximadamente al mismo nivel de voltaje.

1.3.1c El ionizador deberá diseñarse de tal forma que provea el número de puntas de disipación requeridas para cubrir un área específica. En caso de no ser así, la configuración del ionizador proveerá menos puntas de disipación que las requeridas por cálculo para esa área específica. 

1.3.1.d  El ionizador será hecho de alambre de acero inoxidable por medio de una matriz en donde la separación entre puntas sea de 10 cms.

1.3.1.e Cada configuración del Ionizador será montada de tal manera que asegure una “vista” sin obstrucción del campo electrostático de la tormenta desde cualquier dirección. De no ser posible, deberá montarse otro dispositivo en la misma estructura de tal manera que el ionizador no quede fuera del campo electrostático de la tormenta.

1.3.1.f El desempeño de la configuración del ionizador será calificada de acuerdo con el procedimiento de prueba especificado en el Apéndice 1.

1.3.2. Circuito Colector de Corrientes de Tierra (CCCT)

El Circuito Colector de Corrientes de Tierra (CCCT) será diseñado, desarrollando y trazando un circuito para colectar la carga inducida por la nube de tormenta dentro de todos los componentes de la instalación protegida, de acuerdo con el tipo de suelo del sitio. Todos los componentes de la instalación protegida, deberán estar conectados eléctricamente al CCCT. Esto incluye a otros sistemas de puesta a tierra, independientemente de la función original para la que se hayan instalado. Deberá establecerse un punto común de tierra para todos los componentes del sistema. Si el sistema de puesta a tierra existente cumple con el criterio de un punto común de conexión, y tiene un valor de resistencia a tierra de 5 Ohms, puede usarse como CCCT. 

1.3.2.a El CCCT deberá estar formado por electrodos para tierra activados químicamente e interconectados por medio de tubo flexible de cobre no menor a ½” de diámetro o cable de cobre de calibre 2/0 AWG. Los electrodos deberán espaciarse a intervalos no menores a 2.2 veces su longitud. La mezcla de sales metálicas que se usa para rellenar los electrodos activados químicamente deberá seleccionarse adecuadamente de acuerdo con las condiciones del suelo donde se instalarán. Seco, Normal, Muy Húmedo.

1.3.2.b Todas las uniones y conexiones del CCCT deberán hacerse con soldadura exotérmica.

1.3.2.c El CCCT deberá ser enterrado a no menos de 25 cms., y no más de 75 cms., de profundidad. Cualquiera que sean las condiciones requeridas o las variaciones en relación con esta especificación, deberán ser consideradas dentro del diseño de Ingeniería.

1.3.3. Conductor de Interconexión

El conductor de interconexión (CI), deberá ofrecer una seguridad, extra, un camino de baja impedancia para el CCCT y para el conductor de interconexión al ionizador. El CI puede estar compuesto de alambre de cobre de calibre mayor o del acero de las partes de la estructura de la instalación. Deberá tenerse cuidado para asegurar una buena conductividad, baja impedancia, un camino fácil entre el CCCT y la configuración que sea del ionizador, bajo las condiciones más adversas. Deberá considerarse la probabilidad de cortes o daños a la continuidad de los conductores durante los mantenimientos.

1.4. Aseguramiento de Calidad

El proveedor del CTS deberá estar comprometido con la manufactura del CTS, los sistemas de tierra, y los sistemas de protección de la instalación en los alcances aquí especificados. El proveedor deberá tener partes de repuesto para garantizar el servicio por lo menos para 15 años.

1.5. Garantía y Seguridad de su funcionamiento

1.5.1. El CTS Garantiza por escrito la prevención de la terminación de impactos de rayo dentro del área protegida. Si el sistema falla en su funcionamiento de acuerdo a como fue especificado, el fabricante determinará las causas, implementará una acción correctiva de acuerdo con el Cliente, sin costo para el Cliente. Esta garantía tendrá vigencia por un año, y podrá ser ampliada anualmente después del mantenimiento y Certificación.

1.5.2. El CTS propuesto, tendrá una duración no menor a 20 años para asegurar su confiabilidad y cumplimiento a sus requisitos.

1.5.3. El Concursante deberá ofrecer una lista de no menos de 20 Clientes usuarios del sistema que den referencias de la efectividad del sistema propuesto.

1.6. Fabricantes Aceptados

El Fabricante pre-aprobado de los sistemas de protección contra rayos del tipo “descarga de punta” es Lightning Eliminators & Consultants, Inc. (LEC), con domicilio en: 6687 Arapahoe Road, Boulder, Colorado 80303, USA. (303) 447-2828. Cualquier otro candidato deberá probar ofrecer lo mismo y ser aprobado por el Cliente. Los instaladores deberán ser supervisados por un Ingeniero Instalador Calificado, con al menos 5 años de experiencia.

2. CRITERIO DE DISEÑO ESPECÍFICO

2.1. Carga del Viento

Todos los componentes del CTS deberán estar diseñados para soportar vientos de 110 millas por hora (177 km/hr).

2.2. Mantenimiento

El CTS deberá estar diseñado y construido de tal manera que no requiera mantenimientos periódicos en intervalos menores a 5 años. Sin embargo, las inspecciones anuales y la recarga de los electrodos de tierra químicamente activados debe hacerse.

2.3. Corrosión

Todos los materiales deberán seleccionarse para asegurar la compatibilidad con cada uno de los otros componentes del sistema para prevenir la corrosión por los efectos galvánicos. Los componentes del CTS, instalados a la intemperie, deberán ser como mínimo de acero galvanizado, de acero inoxidable, o de cobre, en este orden para minimizar la corrosión.

3. INSTALACION DEL CTS

3.1. Ionizador

Los sistemas de protección contra rayos deberán instalarse de acuerdo con el equipo, los planos y las especificaciones por escrito del fabricante. La instalación del sistema de prevención de rayos deberá coordinarse con otros trabajos, incluyendo el alambrado eléctrico y todos aquellos necesarios durante la instalación del sistema.

3.2. Circuito Colector de Corrientes de Tierra (CCCT)

Aunque el CTS no es tan sensible a las variaciones del sistema de puesta a tierra, deberá establecerse un aceptable contacto con la tierra física para asegurar su funcionamiento óptimo. Para facilitar la colección de carga, y alcanzar un valor de resistencia a tierra de 5 Ohms. Al término de la instalación del sistema de prevención de rayos, deberá medirse el valor de resistencia a tierra, por medio de medidor de tierra confiable. Donde los resultados de la medición indiquen un valor de resistencia a tierra mayor a 5 Ohms, deberán tomarse las acciones necesarias para reducir esos valores a 5 Ohms o menos, instalando adicionalmente más electrodos de tierra, espaciándolos correctamente, o acondicionando el suelo donde se instalan los electrodos. Entonces, repetir las mediciones hasta alcanzar los valores previstos. 

3.3. Conexiones a tierra

Los requisitos para conexiones a tierra que usan CTS con la tecnología para la prevención de rayos son mucho más simples que los requeridos para los sistemas del colector de rayos convencional. Debido a que no habrá impactos de rayos en el lugar, los requisitos de conexión a tierra se limitan a  establecer un punto de referencia de potencial igual o un punto común de tierra.

La referencia de potencial igual para sitios de comunicaciones normalmente es referida a la ventana de tierra o al punto común de tierra (CPG por sus siglas en ingles). La implementación y aplicación del CPG es la clave de su funcionamiento. El sistema de conexión a tierra se implementa como sigue:

3.3.1. Instalar una barra “buss” CPG en el punto donde la conexión a la red de tierras entra al edificio.

3.3.2. Conectar la barra “bus” CPG a un electrodo de tierra del tipo Chem Rod, instalado fuera del edificio y cerca del “bus” CPG. Se requiere un electrodo de tierra activado químicamente para reducir el potencial de tierra o la impedancia transitoria.

3.3.3. Hacer que los conductores de tierra vayan por separado de cada bastidor de equipo a la barra “buss” CPG. Usar un conductor de cobre de calibre grande, tal como # 2 AWG o mayor, para reducir la impedancia transitoria. No usar tierras en anillo o el concepto cadena margarita. Mantener cada conexión a tierra por separado y lo más corto posible.

3.3.4. Hacer una conexión a tierra por separado desde la protección de surge del servicio eléctrico al CPG, con un conductor de cobre de un calibre igual o mayor al # 2 AWG.

3.3.5. Hacer una conexión a tierra por separado de los protectores de la línea telefónica al CPG, con un conductor calibre igual o mayor al # 2 AWG.

3.3.6. Estar seguros que todas las otras referencias de tierra también estén conectadas al CPG.

3.3.7. Conectar el blindaje de todos los cables coaxiales externos al CPG lo más cerca posible del CPG.

3.3.8. Usar conectores de presión para las conexiones internas.

3.3.9. Usar conexiones con soldadura exotérmica para todas las conexiones externas.

3.3.10 El CCCT del CTS también deberá estar conectado al CPG. 

4. CAPACITACION DEL PERSONAL

El personal de mantenimiento del Cliente (Usuario) deberá ser capacitado en procedimientos de prueba y medición de sistemas de puesta a tierra y para determinar los valores de resistencia a tierra del sistema de prevención de rayos. Además el personal de mantenimiento deberá ser instruido para recargar los electrodos de tierra activados químicamente.

5. MANTENIMIENTO Y RECERTIFICACION.

A fin de asegurar que el sistema este en operación a su máxima capacidad, deberá ser inspeccionado periódicamente. El fabricante ofrecerá, a solicitud del Cliente, una cotización para una inspección anual del CTS. La inspección incluirá la recertificación del CTS al término de la inspección. Si el sistema no puede ser recertificado después de la inspección por no cumplir con los requisitos necesarios, se entregará un reporte al Cliente describiendo las medidas correctivas para que el sistema opere en condiciones óptimas de seguridad.

APENDICE 1

EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN IONIZADOR

El ionizador es el componente principal de un Sistema de Transferencia de Carga (CTS). El ionizador es un componente de un CTS, diseñado para prevenir la terminación de un impacto de rayo para cualquier área protegida. Para prevenir la terminación del rayo se requiere un método de colección de la carga inducida en esa área y transferir esa carga al ionizador, tan rápido como el mecanismo de cargado crea o induzca la carga. El ionizador debe entonces transferir esa carga a la atmósfera, en la misma forma, usando las moléculas del aire como el medio de transferencia.

La eficiencia del ionizador deberá ser evaluada dentro de un simulador de campo electrostático, por la inyección de corriente de ionización de un tablero de muestra en función del voltaje aplicado. El ionizador debe ser especial para ese diseño usado para el CTS. La corriente de ionización debe ser medida en función del voltaje aplicado al ionizador, cuando el espaciamiento entre el ionizador y la placa ánodo del simulador se ponga a ½ metro.

El procedimiento de prueba consistirá de una serie de mediciones de corriente en función del voltaje aplicado. Los pasos deberán ser en incrementos de cerca de 1 KV, empezando a 10 KV e incrementándolos a cerca de 100 KV. No se forma arco eléctrico entre el ionizador y la placa ánodo del simulador. Un arco eléctrico descalificaría la prueba. La corriente de ionización medida se incluirá en la fórmula siguiente:

               I ≥ 0.002 V²

              V es la fuerza del campo electrostático en Kilovolts.

              I es la corriente de descarga en microamperes por punta.

Otra vez, esto será sin que se produzca ningún arco dentro del ionizador, entre el ionizador y la placa ánodo del simulador.

A voltajes pico, el ionizador también debe producir un efecto corona visible. También deben ser observados los factores siguientes:

A.1 El panel de prueba del ionizador deberá ser una réplica exacta de una porción del ionizador que se usará en el CTS.

A.2 El panel de prueba del ionizador deberá ser del tamaño suficiente como para contener al menos 120 puntas de disipación.

A.3 La prueba de la instalación deberá ser de al menos 2.5 metros cuadrados para crear el campo eléctrico requerido sin efectos marginales.

A.4 El sistema de medición debe calibrarse antes de la prueba, y ofrecerá escalas de 0 a al menos 5 000 Microamperes.