Los efectos perjudiciales de las caídas de rayos
atmosféricos no podrán evitarse totalmente ni por razones técnicas ni
económicas. Por lo tanto, no puede exigirse una determinada instalación de
pararrayos. De acuerdo con los ensayos realizados con instalaciones piloto,
mediciones, observaciones y experiencias adquiridas a lo largo de muchos años,
los rayos pueden evitarse con gran posibilidad de éxito mediante los sistemas
descritos a continuación.
Los descargadores de sobretensión generalmente
sólo se encargan de proteger la instalación contra sobretensiones de entrada,
procedentes de descargas atmosféricas.
Ver post: “Elección de autoválvulas de Óxido de
Zinc (ZnO) en líneas de Alta Tensión” en el siguiente link:
Como medida protectora contra los rayos en una
instalación al aire libre, podrán montarse cables de protección (cables de guarda) o barras de
recogida de dichos rayos sobre los pórticos de arriostramiento de los
embarrados ómnibus de subestaciones (ver foto de cabecera) y de las líneas aéreas, pudiendo hacerse
necesaria para estos casos un tipo especial de estructuras. Los cables
pararrayos de las líneas aéreas de entrada terminan en las estructuras de
arriostramiento de la instalación al aire libre.
Los cables de guarda y los postes pararrayos deberán ser
resistentes a la corrosión (p. ej., cables de Al/St, o bien tubos de acero
cincados al fuego o también aceros redondos).
Las instalaciones de puesta a tierra necesarias
para la protección contra los rayos atmosféricos deberán montarse según lo
indicado en la norma IEC 60099-8, debiendo considerarse especialmente los
requisitos respecto a la protección contra los rayos atmosféricos en las
instalaciones ubicadas al aire libre (p. ej., el arco eléctrico de retorno).
Los métodos descritos a continuación para
determinar los márgenes de protección en las instalaciones de distribución son
válidos para instalaciones pararrayos de una altura de hasta 25 metros. En
alturas por encima de los 25 metros se reduce el espacio de protección.
a)
Cables pararrayos o de guarda
La zona de protección, que deberá incluir todos
los aparatos así como también los transformadores, se determina según la figura
1, y de acuerdo con los diagramas de las figuras 2 y 3.
La sección de la zona de protección a lo largo de
un cable pararrayos estará limitada, según la figura 1a, por un arco cuyo
centro M dista, tanto del suelo como del cable pararrayos B, el doble de la
altura del propio cable pararrayos H. Este arco toca el suelo a una distancia
√3 · H desde el pie del cable pararrayos.
El ángulo entre las tangentes en las dos líneas
de limitación tiene en su punto de intersección 2 x 30°. Si en casos extremos
es exigido un ángulo de aprox. 2 x 20°, deberá escogerse la distancia 1,5 H en
lugar de la 2 H.
La sección de la zona de protección para dos
cables pararrayos, cuya separación mutua es de C ≤ 2 · H, se encuentra indicada
en la figura 1b. Las líneas de limitación exterior van como en el caso de un
solo cable pararrayos. La sección de la zona de protección entre los dos cables
pararrayos B queda limitada por un
arco cuyo centro M, está a una altura 2 · H (doble de la del cable pararrayos
al suelo) y en el centro entre ambos cables. Su radio R equivale a la distancia
entre los cables pararrayos B y el punto central M1.
De las figuras 2 y 3 se podrá deducir la altura N
del cable pararrayos. Las curvas indicadas en la figura 2 muestran la
sección de la zona de protección para un cable pararrayos.
Mediante las curvas de fa figura 3 se
determina la zona de protección para dos cables pararrayos.
La disposición de los cables pararrayos para una
instalación de 245 kV al aire libre está indicada en la figura 1c. La línea de
demarcación de la zona de protección deberá ir por encima de las instalaciones
conductoras de tensión.
Figura 1:
Sección de la zona de protección con cables:
a) Sección de la zona de protección con un cable
pararrayos; b) sección de la zona de protección con dos cables pararrayos; c)
disposición de los cables pararrayos y de la zona de protección en una
instalación de distribución al aire libre; B: cable pararrayos; H: altura del
cable pararrayos; 2H: altura doble del cable pararrayos; M-M1:
centro del arco- Radio para M1-B; C: separación horizontal de los
cables pararrayos.
Ejemplo:
Un aparato se encuentra instalado con una
separación L = 12,5 m en relación con el cable pararrayos, con una parte bajo
tensión a una altura h = 9,0 m. El cable pararrayos deberá ser dispuesto a una
altura H = 23,0 m (Figura 2).
Figura 2:
Plano en sección de la zona de protección para un
cable pararrayos:
B: cable pararrayos; altura del cable pararrayos;
A: pieza o elemento conductor de tensión: L = separación del cable pararrayos;
h: pieza conductora de tensión por encima del ras del suelo; 2H: altura doble
del cable pararrayos; M: centro del arco.
Ejemplo:
Un aparato se encuentra instalado al aire libre
entre dos cables pararrayos, los cuales están distanciados c = 26,5 m; el
elemento conductor de tensión está a una altura h = 10,0 m por encima del ras
del suelo. El cable pararrayos deberá estar a una altura H = 15,0 m (fig. 3).
Figura 3:
Plano en sección de la zona de protección para
dos cables pararrayos:
B: cable pararrayos; H altura del cable
pararrayos. A: pieza o elemento conductor de tensión; C: separación de los
cables pararrayos; h: altura de la pieza o elemento conductor de tensión sobre el
ras del suelo; 2H: altura doble del cable pararrayos; M: centro del arco para
la limitación exterior; M1: centro del arco para la limitación
central, R: radio entre M1 y B.
b)
Postes pararrayos
La zona de protección formada por postes es, a
la misma altura, mayor que con los cables, de acuerdo con las experiencias y
las observaciones efectuadas. Un poste pararrayos forma una zona de protección
cónica, la cual es limitada por un arco en el plano de sección, según la fig. 4a,
y cuyo centro M estará a una distancia tres veces la altura H del poste, tanto
desde el suelo como de la punta del pararrayos. Este arco es tangente al suelo
a una distancia √5 · H desde el punto del pie del poste pararrayos.
Figura 4:
Plano en sección del espacio de protección
mediante postes pararrayos:
a) sección de la zona de protección con un solo
poste pararrayos; b) sección de la zona de protección con dos postes
pararrayos; B: punta de los postes pararrayos; H: altura de los postes
pararrayos; 3H: altura triple de los postes pararrayos; M-M1: centro
del arco: R: radio para M y B; C: separación horizontal de los postes pararrayos.
Entre dos postes pararrayos, entre los cuales
existe una distancia ≤ 3 · H, se forma una zona protegida, la cual, en el plano
de sección mostrado en la fig. 4b, está limitado por un arco circular, con
radio R y su centro M1 a una distancia 3H, pasando a través de la
punta superior de los postes.
La altura H de los postes pararrayos puede calcularse
con los diagramas de las figs. 5 y 6. Las curvas en la fig. 5 muestran
la zona protegida por un poste pararrayos; las curvas de la fig. 6, la zona
protegida por dos postes pararrayos.
Ejemplo:
Un aparato de distribución está situado a una distancia
L = 8,0 m del poste pararrayos; la parte bajo tensión está a una altura h = 6,0
m, sobre el suelo. El poste debe tener una altura H = 13,0 m.
Figura 5:
Plano en sección de la zona protegida por un
poste pararrayos:
B: punta de los postes; H: altura de los postes;
A: parte activa; L: distancia de la parte activa al poste pararrayos; h: altura
de la parte activa sobre el suelo: 3H: tres veces la altura del poste; M:
centro del arco circular.
Ejemplo:
Un aparato de distribución está situado entre dos
postes pararrayos, separados entre sí por una distancia C = 56.0 m; la parte
bajo tensión está a una altura h = 10.0 m sobre el suelo. Las barras pararrayos
deberán tener una altura de H = 19,0 m (v. Figura 6).
Figura 6:
Plano en sección de la zona de protección formada
por dos postes pararrayos:
B, punta de los postes. H, altura de los postes;
A, parte activa; C, distancia horizontal entre los postes pararrayos; h, altura
de la parte bajo tensión sobre el suelo; 3H, tres veces la altura de los postes
pararrayos; M, centro del barco que limita la parte exterior; M1,
centro del arco que limita la parte central o intermedia; R. radio M1B.
El ancho Lx de la zona protegida (a
una cierta altura hx) de la zona entre dos postes pararrayos, puede
determinarse aproximadamente por las figs. 7a y 7b y las curvas de la fig. 7c.
Ejemplo:
Un aparato de distribución se encuentra situado
en la zona entre dos postes pararrayos a una distancia Lx = 6,0 m
del eje de los postes; la parte bajo tensión se encuentra a una altura hx
= 8,0 m sobre el suelo. Con una distancia entre postes de C = 40,0 m. la altura
de los postes debe ser H = 18,5 m (fig. 7).
Figura 7:
Zona de protección, fuera del eje, de dos postes
pararrayos:
B, punta de los postes pararrayos; H, altura de
los postes pararrayos: A, elemento conductor de tensión; C, separación de los
postes pararrayos; h, altura mínima del espacio de protección, en el centro, y
entre dos postes pararrayos; h, altura sobre el suelo de la pieza o elemento
conductor de tensión; L, distancia de la pieza o elemento conductor de tensión
al eje de los postes pararrayos; 3H, tres veces la altura de los postes
pararrayos: M1, centro del arco para la limitación entre las barras
pararrayos; M, centro del arco para la limitación exterior; R, radio M1-E;
rx, radio para la limitación exterior a la altura hx.
BIBLIOGRAFÍA:
BBC: Manual de las instalaciones de distribución de energía eléctrica
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