EVOLUCIÓN DE LA DINÁMICA DEL RAYO Y LA APARICIÓN DE SUS EFECTOS.

 

Aqui podemos ver como evoluciona el campo electrico atmosferico, bajo unas condiciones de campo electrico de alta tension progresivo causado por la presencia de una nube de tormenta, considerando que en un 80 % de los casos es la nube tipica CUMULONIMBUS. Separamos el proceso en 5 fases, llamadas INSTANTES, ya que el patron tiempo, es muy variable y depende de muchos otros valores.

 

Primer instante: Cargas electrostáticas durante la formación del líder.  

Cuando aparece una nube de otrmenta, pueden aparecer en el suelo, la presencia de una sombra eléctrica generada por la carga potencial de la nube, el campo eléctrico presente se distribuye por la superficie de tierra y las estructuras mas predominantes, que pasan de tener, valores de baja tensión a  valores de muy  alta tensión. En ese momento puede aparecer el efecto punta o ionización del aire en cualquier parte sobresaliente, predominando los puntos más altos de la  instalación.  Este efecto se transforma visualmente en chispas que salen de los materiales expuestos a la MUY ALTA TENSION, generada por la sombra eléctrica. En el caso de una punta de pararrayos, las mini descargas  electrostáticas generadas por el intercambio de iones, crean 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, pueden llegar a  circular corrientes superiores a los 150 Amperios, en el caso de barandillas o escaleras los usuarios pueden sufrir una descarga electrostática sin necesidad de que el rayo aparezca.

 

"Si aplicamos la Ley de Ohm y tomamos los 1.500 Voltios como referencia de tensión de ionización (E) y  los 10 Ohmios  como valor de la resistencia de la toma de tierra (R), tendremos una intensidad de corriente que circulará en microsegundos (I) por el cable de tierra del pararrayos, poniendo en tensión por diferencia de potencial todas las partes conectadas a  tierra: 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 que está presente en la zona durante la tormenta, la causa de este fenómeno la genera la ruptura de la diferencia de potencial entre la nube y la tierra. Sus efectos aparecen durante cada descargas  eléctricas de rayo y repercute   e sobretensiones en los equipos puestos a tierra.  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 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 por diferencia de potencial.

 

"Las personas con marcapasos cerca de una descarga de rayo, son sensibles a tener una sobretensión en sus equipos electrónicos y sufrir un paro cardíaco."

 

 

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. 

La energía radiada por el pulso electromagnético en el aire, viaja a la velocidad de la luz  induciendo por  acoplamiento todo aquello que se encuentre a su paso referente a tierra, destruyendo nuestros  componentes electrónicos y los de nuestro vecino, en un radio de 1.500 metros, y llegando la señal radiada 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, 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 electrónicos cercanos.

 

 

" En el caso de utilizar en ese momento teléfonos móviles, o sistemas electrónicos con auriculares en los oídos, podemos adecer una descarga electirca en el equipo que se transformara en un cortocircuito del componente electrónico y posible  explosión del mismo"

 

Cuarto instante: Sobretensión y tensiones de paso.

Durante  el impacto de rayo  directo en un pararrayos, aparece una onda de corriente de amplitud fuerte, que se propaga sobre la red de tierra acoplando la red eléctrica y creando la aparición de fuerte sobretensión de alta energía. 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 y explosión. En caso de rayos demedia 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. Los usuarios de las piscinas pueden sufrir tensiones de paso en sus cuerpos semidesnudos, al paso de la corriente por tierra cuando se disipa, sufriendo efectos indirectos de electrocución por tensión de paso.

 

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 milisegundo, generando retornos eléctricos por la toma de tierra  al interior de la  instalación eléctrica y masas conectadas al mismo plano de tierra. Este fenómeno puede generar  tensiones de paso peligrosas en las escaleras, barandillas, rejillas de suelo, duchas, griferías, tuberías y todo aquello puesto al mismo equipotencial de tierra eléctrico de la instalacion.  Otro fenómeno que repercute a tensiones de tierra, es la diferencia de  potencial entre masas o electrodos de tierra cercanos al impacto de rayo en otro pararrayos cercano, que no esté conectado a la misma tierra del edificio o equipotencial de tierra de la instalacion.

Al  producirse la descarga del rayo todos los fenómenos antes descritos interactúan entre ellos y tienden ponerse al mismo potencial de tensión referente 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.

 

FICHA TÉCNICA DEL RAYO.

 

Valores orientativos ya que no es posible parametrizar un valor fijo dadas las caracteristicas del rayo.

 

• Tensión que pueden aparecer en tierra antes de la descarga del rayo...................................................1.000 a 45.000 V 

• Campo electrostático por metro de elevación sobre la superficie de la tierra……...………...........................................10 kV

• Intensidades de corriente que  pueden circular por los cables de tierra….............................................5.000 a 350.000 A

• Tensiones que pueden aparecer en los cables de tierra y la tierra.………… ....................................…50.000  a 3.500.000 V

• di/dt en función del tipo de rayo…......…..........................………............................ ..…..….....7.500 A/s   a    500.000 A/s

• Energía de radiación del pulso electromagnético de un rayo de (50.000 A)….....................................…...…25.000.000 Kw

• Frecuencia causada por cada impacto del rayo en un elemento (ELF).............................................................. .....1 Hz

• Distancia de recorrido de la señal del rayo en función de su intensidad….……......................................…………299.000 km

• Temperatura de contacto en función de tipo de rayo……..................................8.000 a valores superiores a 27.000 Cº/µs

• Propagación del sonido del rayo ……………………..……...………........................................…….….............................340 m/s

• Propagación del pulso electromagnético…………..……………..............................................…….……….….…….....299.900 Km/s

 

 

Como aparecen los rayos
Dinamica de un rayo