MÁS ALLÁ DEL CUMPLIMIENTO NORMATIVO

Análisis del régimen electromagnético y transitorio real en sistemas de Sistemas de Protección contra rayos (SPCR) conforme la norma IEC 62305 

 

1. Objeto del documento

El presente documento tiene por objeto plantear, desde una perspectiva estrictamente técnica, la necesidad de revisar y ampliar el análisis del régimen electromagnético transitorio real asociado a impactos de rayo en sistemas SPCR diseñados conforme a la norma IEC 62305, particularmente en entornos urbanos densos e instalaciones industriales.

No se cuestiona la necesidad de los sistemas de protección contra el rayo.

Se analiza la suficiencia del modelo normativo actual frente a la complejidad física real del fenómeno.

 

2. Base estadística oficial y planteamiento del problema.

El análisis de la protección contra el rayo no puede basarse únicamente en modelos normativos o supuestos probabilísticos. Debe contrastarse con datos reales de accidentología.

En Francia, el organismo público INERIS (Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques), dependiente del Ministerio de Transición Ecológica, gestiona la base ARIA (Analyse, Recherche et Information sur les Accidents), que recopila y analiza accidentes industriales significativos.

La base ARIA documenta 200 accidentes industriales asociados a descargas atmosféricas (rayos), incluyendo:

2.1 Tipo de fenómenos peligrosos

• Fenómeno Nº %
• Incendios 127 63,5 %
• Explosiones 17 8,5 %
• Rechazos de sustancias peligrosas 83 41,5 %
• El incendio es claramente el evento dominante.

2.2 Consecuencias humanas

 

            Tipo                                                           Nº  %

• Accidentes con consecuencias humanas 16 8 %
• Accidentes con muertos                                  3 1,5 %
• Heridos totales                                         15 7,5 %

Casos extremos documentados:

• 4 muertos + 25 heridos (fundición aluminio)

• 3 marinos + 2 operadores + 1 conductor (terminal petrolero)

• 23 muertos + 12 heridos (taller pirotécnico)

Esto desmonta completamente la idea de que “solo son daños materiales”.

 

 2.3 Consecuencias económicas

• 172 accidentes con impacto económico (86 %)

• 161 con daños materiales (80,5 %)

• 65 con pérdidas de explotación (32,5 %)

 

2.4 Consecuencias ambientales

• 64 casos con impacto ambiental (32 %)

• 32 contaminación atmosférica (16 %)

• 17 contaminación agua (8,5 %)

• 10 contaminación suelos (5 %)

 

Estos datos oficiales evidencian que el fenómeno rayo continúa generando impactos técnicos relevantes incluso en instalaciones industriales reguladas y protegidas con SPCR.

 

Sin embargo, en la mayoría de los registros públicos no se detalla de forma sistemática:

• Si la instalación disponía de SPCR conforme a norma.

• Qué nivel de protección estaba implementado.

• Cómo se comportó realmente el sistema durante el impacto.

Y aquí surge la cuestión central:

¿Estamos evaluando únicamente el cumplimiento formal del modelo normativo, o estamos caracterizando el comportamiento electromagnético real del sistema cuando impacta un rayo de hasta 200 kA?

En ingeniería, la validez de un modelo no se demuestra por su coherencia interna, sino por su contraste con el comportamiento observado bajo condiciones extremas reales.

 

3.1.¿Sabemos realmente que ocurre cuando  el rayo de 200 kA entra en un sistema de protección contra el rayo (SPCR) desde el cabezal ?

La norma IEC 62305 establece distintos niveles de protección (LPL I–IV).

El nivel más exigente, LPL I, contempla impactos de hasta 200.000 amperios (200 kA).

 

Estamos hablando de un rayo atmosférico real.

El canal del rayo puede alcanzar temperaturas superiores a 20.000 °C, generando la expansión explosiva del aire que percibimos como trueno. Sin embargo, en un sistema de protección el fenómeno crítico no es la temperatura en sí, sino la conducción de una corriente extremadamente intensa durante microsegundos.

 

Cuando esos 200 kA se descargan hacia tierra, deben disiparse a través del sistema de bajada y puesta a tierra.

Si en condiciones reales la resistencia efectiva de tierra en ese instante es del orden de 30–50 ohmios, la tensión instantánea puede situarse en el rango de:

 

Si aplicamos una fórmula básica de electricidad:   V = I · R

• Para 200 kA y 30 Ω: V = 6.000.000 voltios (6 megavoltios)
• Para 50 Ω: 10.000.000 voltios (10 megavoltios)

Y esto solo considerando el efecto resistivo.

 

Aún falta el efecto inductivo asociado al frente rápido de la descarga (L·di/dt), que puede añadir incrementos adicionales de tensión transitoria.

Estamos hablando, por tanto, de megavoltios generados durante microsegundos en el sistema de bajada y tierra.

 

El rayo no es una corriente lenta y estable.

Es un impulso rápido, con variaciones bruscas que generan efectos electromagnéticos adicionales en el entorno.

La cuestión, por tanto, no es únicamente si el sistema intercepta el rayo, sino si estamos caracterizando completamente su comportamiento real durante ese instante extremo.

 

Hablamos de un rayo real.

• No de una chispa.

• No de una sobretensión doméstica.

• 200 kA Es un rayo medio de alta gama 

 

3.2. Consideraciones físicas del régimen transitorio real de un rayo de 200 kA.

Escenario de diseño LPL I (Nivel de Protección de rayos I)

La norma IEC 62305 contempla para Nivel de Protección I descargas de hasta 200 kA (forma 10/350 µs).

En condiciones reales de explotación, valores de resistencia de puesta a tierra en entorno industrial o urbano pueden situarse en el rango de 30–50 Ω.

 

3.3 Tensión resistiva instantánea de la puesta a tierra.

Para I = 200 kA y Rg = 30–50 Ω:  V = I·R = 6–10 MV (orden de magnitud)

Este valor no incluye contribuciones inductivas.

 

3.4 Efecto inductivo del frente rápido – Caso real de obra

Además de la tensión resistiva (V = I × R), un rayo genera una tensión adicional debido a la inductancia del bajante y a la rapidez con la que crece la corriente.

En un caso real de obra:

• Longitud de bajante: 50 metros

• Inductancia aproximada: 0,5 microhenrios por metro

• Inductancia total aproximada: 25 microhenrios

• Corriente del rayo considerada: 200 kA

• Tiempo típico de subida del frente: 10 microsegundos

La variación de corriente sería aproximadamente:

200 kA en 10 microsegundos

equivale a unos 20 kA por microsegundo.

Multiplicando:  25 microhenrios × 20 kA/µs

da aproximadamente: 0,5 megavoltios

 

3.5 resumen de resultado simplificado

En condiciones reales de obra:

• Tensión resistiva (con 30 ohmios): 6 MV

• Tensión inductiva adicional: 0,5 MV

Total aproximado: 6,5 megavoltios transitorios

Si la resistencia real es 50 ohmios:

• 10 MV resistivos

• 0,5 MV inductivos

• ≈ 10,5 MV totales

Y en frentes más rápidos o trazados menos favorables, el término inductivo puede ser mayor (1–2 MV adicionales).

 

3.6 ¿Qué efectos puede producir “por el aire” 

Este incremento de tensión transitoria puede provocar:

• Arcos / descargas laterales (side-flash) hacia elementos metálicos cercanos si la separación no es suficiente.

• Ionización local del aire cerca de conductores y puntos con alta tensión (plasma local), favoreciendo chispazos.

• Acoplamiento electromagnético: inducción de tensiones en bucles metálicos cercanos (barandillas, armaduras, canalizaciones, cableados), incluso sin contacto directo.

• Pulso electromagnético (LEMP) que puede perturbar o dañar electrónica sensible.

 

4. Resumen sobre la Distribución del potencial transitorio

En entornos urbanos e industriales interconectados, el impacto de rayo no afecta únicamente al conductor de bajada.

El pulso de corriente se redistribuye  por el aire y a través de las conexiones eléctricas existentes, incluyendo:

• Armaduras estructurales conectadas a tierra.

• Mallas equipotenciales del edificio.

• Canalizaciones metálicas enterradas (agua, gas, telecomunicaciones).

• Redes eléctricas y masas accesibles conectadas al sistema de tierra.

Durante el frente impulsivo, la elevación de potencial puede propagarse varios metros —e incluso cientos de metros— desde el punto de impacto y  de bajada del cable de tierra, dependiendo de la intensidad del rayo, la topología del sistema y de la impedancia impulsiva efectiva.

 

El fenómeno no se limita a radiación en el aire, sino que se  acopla  principalmente por conducción y acoplamiento electromagnético en redes y elementos expuestos.

Afectando indirectamente a las personas de transito durante ese instante cercanas a las tomas de tierra, bajantes de tierra y  elementos metálicos equipotenciales.

 

6. Posibles efectos físicos en personas vulnerables.

6.1 Personas con marcapasos o dispositivos implantables

Durante el impacto de un rayo, la elevación transitoria de potencial y los campos electromagnéticos intensos pueden generar condiciones de proximidad que merecen análisis específico en personas vulnerables, tales como portadores de dispositivos médicos implantables, prótesis metálicas o usuarios de sillas de ruedas.

 

El mecanismo físico relevante no es:

• Gradientes de potencial en el suelo (tensión de paso).

• Diferencias de potencial entre masas accesibles (tensión de contacto).

• Campos electromagnéticos impulsivos de alta intensidad en proximidad inmediata.

La caracterización cuantitativa de estas condiciones no forma parte habitual de las auditorías estándar.

Lo que puede ocurrir en proximidad inmediata:

• Campos electromagnéticos intensos pueden inducir señales transitorias.

• Existe posibilidad teórica de interferencia momentánea.

• Los marcapasos modernos están protegidos frente a interferencias comunes, pero no están diseñados específicamente para un campo impulsivo extremo de rayo 

 

6.2 Prótesis metálicas o implantes ortopédicos

• El metal puede comportarse como conductor.

• Puede inducirse una pequeña diferencia de potencial entre puntos distintos del cuerpo si hay gradiente en el suelo.

• El riesgo principal no es “radiación”, sino diferencia de potencial entre pies o entre mano y pie (tensión de paso o contacto).

Esto es más relevante si la persona está en contacto con estructuras metálicas conectadas a tierra.

 

6.3 Sillas de ruedas metálicas

• Si están en contacto con el suelo durante un evento muy cercano,

• y existe gradiente superficial,

• puede aparecer diferencia de potencial entre ruedas.

El riesgo no es “electrocución por aire”, sino por contacto indirecto con elementos que momentáneamente están a potencial distinto.

 

6.4️ Personas descalzas o en contacto con suelo húmedo

• Mayor conductividad corporal.

• Mayor vulnerabilidad a tensiones de paso si el impacto es muy próximo.

 

7. Brecha entre modelo normativo y práctica de obra

7.1. Medición de resistencia en DC vs comportamiento impulsivo real

En obra se mide la resistencia de puesta a tierra con telurómetro (DC o baja frecuencia).

Pero el rayo:

• No es DC.

• No es 50 Hz.

• Es un impulso con frente rápido.

• Tiene contenido en kHz–MHz.

¿Por qué importa?  Porque la impedancia a alta frecuencia incluye:

• Componente inductiva.

• Componente capacitiva.

• Distribución no uniforme en suelo.

Una tierra que mide 10 Ω en DC puede comportarse muy distinto ante un frente impulsivo.

 

¿Qué implica?  Estamos certificando un parámetro que no representa el fenómeno dominante del evento.

No es que esté mal medir DC.

Es que es insuficiente como único indicador.

 

7.2. Ausencia sistemática de medición de impedancia transitoria

No se mide cómo responde el sistema a un impulso real.

¿Por qué importa?  Porque el término dominante del frente es:  V = L·di/dt , y eso depende de:

• Geometría real.

• Trazado.

• Curvas.

• Retornos.

• Conexiones ocultas.

Si no medimos ni modelizamos el comportamiento impulsivo, estamos asumiendo que el sistema responde como el modelo teórico ideal.

 

7.3. No hay evaluación cuantitativa del término inductivo en trazados reales

La norma contempla separación “s” para evitar descargas laterales.

Pero no se mide en campo:

• Inductancia real del trazado.

• Bucles accidentales.

• Proximidades no previstas.

 

¿Por qué importa? Porque con 200 kA y frente rápido: decenas de µH pueden generar MV transitorios.

Si el trazado tiene 6 curvas, proximidad a armaduras o mallas, el comportamiento no es el del esquema limpio de catálogo normativo.

 

No estamos diciendo que el modelo sea erróneo.

Estamos diciendo que la ejecución real introduce variables no cuantificadas.

 

7.4. Ausencia de análisis específico de exposición humana de proximidad

Se protege la estructura. Pero no se modeliza:

• Diferencia de potencial entre dos puntos accesibles.

• Gradiente superficial en acera.

• Contacto indirecto en entorno urbano.

 

¿Por qué importa? Porque la protección estructural no es equivalente a análisis de exposición humana.

Y el fenómeno transitorio puede generar diferencias de potencial temporales en masas accesibles.

No afirmamos daño. Afirmamos ausencia de evaluación cuantificada.

 

7.5. Carencia de protocolos operativos de señalización

En ciudad no existen:

• Perímetros de exclusión de tránsito de personas.

• Avisos temporales del riesgo.

• Señalización y Procedimientos de riesgo específicos durante tormenta.

 

¿Por qué importa? Porque el evento es impredecible pero  severo.

En otras áreas de ingeniería, eventos raros pero severos sí generan protocolos (ejemplo: gas, alta tensión, zonas ATEX).

Aquí no.

 

7.6. Falta de trazabilidad pública de accidentes con SPCR conforme

¿Qué significa? No existen bases públicas que indiquen:

• Si el sistema estaba conforme.

• Si estaba auditado.

• Si falló el diseño o la ejecución.

• Si el fenómeno fue inevitable.

 

¿Por qué importa? Porque sin trazabilidad:

• No hay mejora continua.

• No hay retroalimentación normativa.

• No hay evaluación objetiva del riesgo residual.

 

7.6 Necesidad de trazabilidad técnica estructurada en eventos con SPCR instalado

¿Qué se observa actualmente? Existen bases de datos de accidentes industriales asociados a descargas atmosféricas 

Sin embargo, en la mayoría de los casos publicados no se detalla de forma sistemática:

• Si la instalación disponía de SPCR conforme a norma.

• Qué nivel de protección estaba implementado (LPL).

• Fecha y alcance de la última auditoría.

• Valores reales medidos de puesta a tierra.

• Configuración geométrica ejecutada.

• Condiciones ambientales en el momento del impacto.

• Evaluación técnica post-evento del comportamiento del sistema.

En consecuencia, el desempeño real de sistemas SPCR instalados conforme no es fácilmente trazable ni evaluable públicamente.

 

¿Por qué es técnicamente relevante?  Sin información estructurada post-evento:

No puede determinarse si el accidente fue consecuencia de:

• Diseño insuficiente,
• Ejecución defectuosa,
• Mantenimiento inadecuado,
• O límite físico inevitable del fenómeno.
• No es posible calcular tasa real de fallo residual en instalaciones conformes.
• No se dispone de retroalimentación empírica sistemática hacia la mejora normativa.
• El debate técnico se basa en modelos teóricos más que en análisis comparativos reales.

 

¿Qué se propone? No se propone aumentar inspecciones punitivas. Se propone:

• Establecer un protocolo técnico estandarizado de análisis post-impacto.

• Incorporar variables técnicas clave en bases de datos públicas.

• Permitir la evaluación estadística del desempeño real de sistemas conforme.

• Facilitar mejora continua basada en evidencia.

 

En resumen ¿Cuál es el fondo del planteamiento?

Si un sistema está diseñado bajo hipótesis probabilísticas,

y no existe registro estructurado de su comportamiento real bajo evento extremo, entonces el riesgo residual asumido no puede ser validado empíricamente.

La ingeniería madura evoluciona cuando el diseño teórico se contrasta con resultados reales medibles.

 

8. Conclusión  

8.1. La protección contra el rayo constituye un elemento esencial de la ingeniería moderna y ha reducido significativamente el riesgo estructural asociado a descargas atmosféricas. Sin embargo, la creciente complejidad de los entornos urbanos e industriales, caracterizados por interconexión masiva de sistemas conductores y equipotenciales, exige una revisión técnica rigurosa del régimen electromagnético transitorio real generado durante impactos de alta energía.

El marco normativo IEC 62305 proporciona un modelo probabilístico eficaz para la interceptación estructural del rayo. No obstante, dicho modelo simplifica aspectos relevantes del comportamiento impulsivo real, tales como la impedancia transitoria de tierra, el término inductivo asociado al trazado del bajante y la redistribución espacial del potencial en redes conductoras interconectadas.

En consecuencia, aunque el sistema pueda cumplir formalmente los requisitos normativos, el fenómeno físico real introduce megavoltios transitorios y campos electromagnéticos intensos cuya distribución espacial y efectos de proximidad raramente son validados experimentalmente en condiciones reales de explotación.

La incorporación del análisis específico de exposición humana de proximidad —incluyendo gradientes de potencial accesibles y acoplamientos electromagnéticos en entorno urbano— representa una  importante línea de mejora técnica coherente con la evolución de la ingeniería de seguridad.

El objetivo de este documento no es cuestionar la validez de la norma, sino contribuir a su fortalecimiento mediante evidencia experimental, trazabilidad técnica post-evento y análisis sistémico integral del fenómeno.

 

8.2 Consideración final

La normativa vigente ha consolidado un paradigma centrado en la interceptación y conducción segura de la descarga una vez producida. Este enfoque ha demostrado su eficacia estructural.

No obstante, la evolución tecnológica y la creciente complejidad electromagnética de los entornos actuales invitan a reflexionar sobre si el desarrollo futuro de la ingeniería de protección contra el rayo debe limitarse a la gestión posterior del impacto o ampliar su investigación hacia la comprensión más profunda del campo eléctrico atmosférico en fases previas a la descarga.

El progreso técnico no consiste en reemplazar lo existente, sino en someterlo a contraste continuo con la evidencia experimental y abrir nuevas líneas de conocimiento.

Ordino, 21 de febrero del 2026. Autores: Angel Rodriguez y Roberto Leal