Extracto del libro de Angel Rodriguez Montes. ( Prohibida su reproduccion)

RIESGOS DE ACCIDENTE A CAUSA DE UN RAYO EN UN PARARRAYOS FRANKLIN

¿Qué ocurre, entonces, cuando un rayo entra en el pararrayos de una casa por muy bien instalado que este ?

Durante la descarga del rayo se  generan inducciones y acoplamientos en las líneas de transporte eléctrico y de telecomunicaciones. Como referencia, en cada impacto de rayo en un pararrayos tipo FRANKLIN, antes, durante y después de  su descarga  a tierra, se generan otros  fenómenos eléctricos indirectos que repercuten destruyendo nuestras instalaciones y a las instalaciones de nuestros vecinos en un radio de acción proporcional a la intensidad de la descarga, que puede alcanzar los 1.500 metros. Actualmente el rayo aparece repetidamente durante cada tormenta en cualquier período del año.

  • Vamos a ver un impacto de rayo en camara lenta, definidos en INSTANTES que transcurren a partir del impacto del rayo en el elemento, ya que el tiempo y efectos, nunca son parametos fijos dada la naturaleza caotica de su comportamiento.

Primer instante: Cargas electrostáticas durante la formación del líder. 
En el momento de la presencia de la sombra eléctrica en tierra generada por la nube (campo electrico) , el campo eléctrico  presente en las estructuras pasa de valores de baja tensión a  valores de muy  alta tensión, en ese momento puede aparecer el efecto punta en cualquier parte, predominando los puntos más altos de la instalación ( ionizacion) . Este efecto se transforma visualmente en chispas que salen de los materiales expuestos a la sombra eléctrica. En el caso de una punta de pararrayos, las cargas electrostáticas generan interferencias y ruidos que se pueden acoplar en las líneas de datos o señales de TV y radio. Durante la aparición de este fenómeno eléctrico,  por el cable de tierra del pararrayos circularan corrientes superiores a los 150 Amperios,
¿Por qué?
Pues, porque  las chispas del efecto punta aparecen a partir de la ionización del aire, y para ionizar el aire, necesitamos como mínimo 1.500 voltios en la punta de un electrodo (dependiendo de la calidad del aire), si aplicamos la Ley de Ohm y tomamos los 1.500 Voltios como referencia de tensión (E) y  los 10 Ohmios de la resistencia de la toma de tierra como referencia de resistencia (R), tendremos una intensidad de corriente (I) que circulará por el cable de tierra de : I = E / R   (150Amperios).

Segundo instante: Pulsos electrostáticos (ESP).
Los pulsos electrostáticos son transitorios atmosféricos y aparecen en los equipos por la  variación brusca del campo electrostático presente en la zona durante la tormenta, la causa de este fenómeno la genera la diferencia de potencial entre la nube y la tierra. Sus efectos se transforman en descargas eléctricas  que aparecen  en los equipos puestos a tierra a partir de impactos de rayos cercanos. También tenemos que destacar que todo aquello que se encuentre suspendido en el aire referente a tierra dentro de la sombra eléctrica, se cargará eléctricamente con una tensión proporcional a su altura y el campo electrostático presente, como si de un condensador se tratara. 
Como referencia a 10 metros de altura, las líneas de datos o telecomunicaciones aisladas de tierra, pueden padecer tensiones muy rapidas  de 100 a 300.000 voltios con respecto a tierra, dentro de un campo electrostático medio, y aparecer tensiones o arcos eléctricos en las mallas de tierra que apantallan los cables referentes a tierra.

Tercer instante: Pulsos electromagnéticos  (EMP).
En el instante mismo del impacto de rayo en un pararrayos o en un elemento cualquiera,  el contacto físico de la energía del rayo en el punto de contacto, genera una chispa que se transforma en un pulso electromagnético que viaja por el aire, en el mismo instante el flujo de la corriente que circula por los conductores eléctricos de tierra a la toma de tierra, genera  un campo magnético proporcional a la intensidad de la corriente de descarga del rayo que pasa por ellos.
La energía del rayo en este momento se divide en dos problemas, una  radiada por el pulso electromagnético en el aire viaja a la velocidad de la luz,  y otra por los conductores, los dos efectos, crean induciones por acoplamiento a todo aquello que se encuentre a su paso por el aire y por los conductores referente a tierra, destruyendo nuestros componentes electrónicos y los de nuestro vecino  en un radio de 1.500 metros y llegando la señal radiada del pulso electromagnetico a más de 300 Km. de distancia.  La  intensidad del pulso electromagnético es variable en función de la intensidad de descarga del rayo y del punto de contacto físico con el elemento impactado pudiendo llegar a millones de vatios, el tiempo de la transferencia de la corriente a tierra y el nivel de absorción de la tierra física, determinarán los valores eléctricos de acoplamiento y destrucción en los equipos cercanos.

Cuarto instante: Sobretensión y tensiones de paso durante  el impacto de rayo
El impacto de rayo directo sobre un pararrayos, genera una onda de corriente de amplitud fuerte, que se propaga por induccion  sobre la red, aguas abajo y aguas arriba desde el punto de impacto, creando una sobretensión de miles de amperios. Las consecuencias: Destrucción de material, envejecimiento prematuro de los componentes electrónicos sensibles y disfunción de los equipos conectados a la red con peligro de incendio. En caso de rayos de media intensidad (40.000 A), el acoplamiento en los equipos que no estén conectados a la misma toma de tierra, o flotantes tendrán el riesgo de  que les aparezcan arcos eléctricos que saltarán entre masas de diferente potencial durante el instante de la descarga del rayo cercano, los valores de tensión que pueden aparecer serán superiores a 400.000 Voltios llegando a perforar materiales como el acero inoxdable.

Quinto instante: Corrientes de tierra.
En función de la intensidad de descarga del rayo en el pararrayos, las tomas de tierra no llegan a adsorber la totalidad de la energía potencial descargada en menos de 1 segundo, generando retornos eléctricos por la toma de tierra al interior de la instalación eléctrica. Este fenómeno  genera tensiones de paso peligrosas alas personas .
Otro fenómeno que repercute a tensiones de tierra, es la diferencia de potencial entre masas o electrodos de tierra cercanos al impacto de rayo. Al producirse la descarga del rayo todos los fenómenos antes descritos interactúan entre ellos y tienden a descargar a tierra, en función de la distancia entre electrodos se generará una resistencia propia del semiconductor (el compuesto químico de la tierra física), y aparecerán tensiones  de paso peligrosas entre electrodos.

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