PROTECCIÓN CONTRA LOS RAYOS INDIRECTOSSe trata aquí de considerar las sobretensiones, relacionadas con losrayos , que llegan a un material a través de los conductores que llevan la sobretensión, o por efecto de la inducción.
La inducción, ligada alos rayos , provoca sobretensiones en los circuitos abiertos que dan lugar a sobretensiones que provocan disparos en modo común (a tierra), y en los circuitos cerrados, flujos de corriente destructivos por efecto térmico.
Un caso ideal de representación de esta estrategia sería el de equipos alimentados de forma autónoma, por baterías o paneles solares, que se comunicarían con el exterior sólo por radio, GM o satélite. Los sensores o actuadores que sólo son locales no tendrían ninguna referencia, ni siquiera indirecta, a la tierra. Todos los materiales que contienen la electrónica serían aislantes y los conductores eléctricos no formarían un bucle. Sólo las sobretensiones en modo diferencial podrían entonces perturbar este sistema. En ese caso, no habría ninguna tierra que conectar. Pero en realidad, estos casos son extremadamente raros.
La protección de las personas requiere a menudo la presencia de una toma de tierra, existen masas metálicas y, por tanto, aparecen diferencias de potencial en las instalaciones. Sin embargo, la existencia de sistemas de puesta a tierra no excluye la posibilidad de utilizar las ventajas que ofrece la estrategia de aislamiento.
La alimentación de equipos sensibles de forma autónoma, mediante baterías o paneles solares, evita la llegada de grandes descargas de rayos a través de la red de distribución de energía, que es uno de los vectores preferidos para losrayos . Pero si se va a utilizar la red de energía, la estrategia de aislamiento puede seguir aplicándose:
- Aislamiento momentáneamente,
- Aislamiento permanente.
Molinos de campo: Ya hemos visto los inconvenientes prácticos de estos sistemas (pesadez, coste...). Una desventaja importante la excluye generalmente de las soluciones elegidas:
el ajuste de los molinos de campo es delicado:
- Si se ajustan a un nivel demasiado bajo, se activan alarmas no deseadas,
- Si se fijan demasiado altos, son ineficaces.
el transformador de aislamiento : Por razones de coste, los medios utilizados para aislarse suelen reservarse para instalaciones de bajo consumo.
Se trata de:
-Transformadores de aislamiento
-Acondicionadores de red, que combinan un transformador de aislamiento y un regulador de tensión.
-Absorbedores de ondas, que consisten en unpararrayos, un inductor y un transformador de aislamiento.
Utilizado solo o en combinación con otros componentes, el transformador de aislamiento es la pieza central de los procesos de protección del aislamiento.
En cuanto las frecuencias de las que hay que protegerse son superiores a 100 kHz, el aislamiento galvánico ya no es suficiente (es el caso de losrayos ), es necesario utilizar un transformador de aislamiento con pantalla. En este caso, la pantalla se conecta a la tierra y a la tierra del transformador mediante las conexiones más cortas posibles.
Se pueden obtener buenos resultados sin pantalla, pero para ello se requiere un nivel de habilidad muy bajo entre la primaria y la secundaria. El uso de un transformador de aislamiento lleva, para garantizar la protección de las personas, a aplicar las prescripciones de la norma NFC 15-100 en circuitos separados.
Para las líneas telefónicas se procede por separación galvánica utilizando productos específicos como: carcasa Mimosa, Isolitel u otros transductores. Estos materiales suelen ser caros y los dos primeros sólo pueden utilizarse en líneas analógicas. Los transductores de banda ancha también pueden utilizarse en líneas digitales.
La transmisión de información, en un medio alámbrico, entre dispositivos, presenta un riesgo significativo de destrucción porrayo para estos dispositivos.
Para introducir el aislamiento galvánico, se utiliza lo siguiente à el aire o en el luz como vector de transmisión.
-Relación de líneas de transmisión: la eficacia depende del aislamiento de los contactos del relé, generalmente inferior a 2000V, y de las capacitancias parásitas.
El aislador galvánico basado en un transformador puede utilizarse para señales analógicas. El principio es transformar la señal de entrada analógica en una frecuencia y hacer lo contrario después de pasar por el transformador.
-En el caso de las transmisiones de radio, el aire, que es el medio de transmisión, aísla al emisor del receptor. Sin embargo, sigue siendo necesario proteger estos instrumentos localmente y asegurarse de que las antenas están aisladas de la red de tierra y de las masas. De lo contrario, actúan como pararrayos.
En ambos casos, el proceso consiste en transformar una señal eléctrica en una señal óptica. Así, es posible comunicarse a través de un medio transparente aislado eléctricamente.
-El optoacoplador es un componente electrónico que se coloca en la entrada y/o salida de las placas electrónicas.
Esta solución presenta varios inconvenientes en comparación con la protección contrael rayo rayo: La distancia entre el transmisor y el receptor de luz es necesariamente pequeña ya que están incluidos en el mismo componente. aislamiento reducido (2000V), existencia de capacitancia parasitaria, para preservar la separación de la luz, las fuentes de alimentación de los diodos, transmisor y receptor del mismo canal, deben ser diferentes.
Cuando hay varios optoacopladores en la entrada de un dispositivo, en general la alimentación de los diodos transmisores es común a todos los optoacopladores. En caso de fallo en modo común en una de estas entradas, la alimentación se acopla a las otras entradas. La información recibida puede entonces estar distorsionada.
-La fibra óptica tiene un aislamiento incomparable, debido a la distancia entre el emisor y el receptor de luz. La fibra, que se utiliza para transmitir información digital, evita los problemas de los puntos de alimentación comunes de los optoacopladores. Por razones de protección mecánica, existen fibras apantalladas. Si este apantallamiento es metálico, el aislamiento obtenido se corresponde con la mayor distancia existente entre uno de sus extremos y el suelo del emplazamiento donde se encuentra. Por lo tanto, se podría cuestionar el interés de la fibra. Aunque el aislamiento del circuito es una estrategia atractiva, para la protección contrael rayo , por su aparente simplicidad, los límites encontrados durante su aplicación hacen necesario considerar las posibilidades que ofrece la estrategia de flujo.
Rayos indirectos y flujoSi los equipos sensibles no pueden estar suficientemente aislados de la tierra local para protegerlos de las descargas indirectas delos rayos , deben protegerse de losrayos colocando en las conexiones cableadas de los módulos descargadores derayos o descargadores de sobretensiones.
En caso de sobretensión, estos módulos se encargan de que la corriente de sobretensión fluya a tierra. Para proporcionar una protección eficaz contra los rayos por flujo, se debe prestar especial atención a las tres áreas siguientes: -Calidad del cableado de la instalación y especialmente de la red de tierra, -Immunidad de los equipos electrónicos, -Capacidad de las protecciones pararrayos, Calidad del cableado, red de tierra El cableado y la red de tierra deben ser especialmente cuidadosos si se quiere obtener la plena eficacia de los productos utilizados para proteger una instalación de rayos . Con la ayuda de la norma C 15-100, definiremos en primer lugar los distintos términos que se utilizan cuando se habla de cuestiones de protección, a saber :
- red terrestre, - red de masas,
- elementos extraños.
La red de tierra consiste en un conjunto de conductores enterrados en contacto directo con el suelo y conectados eléctricamente entre sí. El término "sistema de puesta a tierra " se utiliza para las pequeñas instalaciones, mientras que el término "red de puesta a tierra" se utiliza más comúnmente para las grandes instalaciones. La red de tierra está formada por todos los conductores pasivos no enterrados que conectan las carcasas metálicas de los aparatos entre sí. No está necesariamente conectado a tierra. Puede conectarse accidentalmente a las partes activas del circuito como resultado de un fallo en el aislamiento de los conductores activos.
Los elementos extraños son aquellos que pueden introducir un potencial, generalmente el de la tierra, y que no forman parte de la instalación eléctrica. Algunos ejemplos son las partes conductoras visibles o no visibles de los edificios y también las tuberías de agua, gas y calefacción, así como los aparatos no eléctricos conectados a estas tuberías (radiadores, fregaderos metálicos, etc.).
La función de la red de tierra es garantizar la seguridad de las personas y, en segundo lugar, la protección de las instalaciones frente a losrayos . Permite que fluyan por el interior del suelo corrientes de cualquier origen: corrientes de defecto a 50 Hz, en modo TT o TN o corrientes procedentes deun rayo . Establece el potencial de referencia de la instalación. En baja frecuencia o para corrientes transitorias con variaciones lentas, la tierra puede ser considerada como resistiva, su valor dependerá entonces de la forma de los elementos que la componen, de las condiciones de la instalación y de la resistividad del suelo. Esto es cierto hasta unas decenas de Hz.
A partir de unos cientos de Hz la impedancia de los conductores se convierte principalmente en inductivo y varía proporcionalmente con la frecuencia. Esta impedancia de tierra, ante una variación rápida de la corriente, puede ser mayor que su resistencia en baja frecuencia.
En el caso del flujo de corrientes derayos , las características de las redes de tierra deben determinarse para corrientes de hasta 100 kilo Amperios y para frecuencias que pueden superar los megahercios.
Por lo general, se compone de : un cable continuo que rodea el edificio donde reside la instalación eléctrica. Un largo conductor enterrado en una zanja. Metal desnudo en contacto directo con la tierra. A veces, el conductor largo se sustituye por un poste clavado verticalmente en el suelo. Los mejores resultados se obtienen en la capa superficial de la tierra, por lo que se prefiere un conductor largo a un poste vertical. La calidad de las conexiones y la resistencia a la corrosión son las cualidades más importantes de la instalación. Un valor bajo de la resistencia de tierra es necesario para la protección de las personas, pero para la protección de descargasde rayos, este valor no es crucial. Una resistencia muy baja facilita la protección, pero es mucho mejor esforzarse por obtener una red equipotencial y conformarse con valores de tierra inferiores a 50 Ω. Las mediciones realizadas enrayosreales y con un generador derayos han demostrado que una "estrella" de dos patas tiene una impedancia menor a altas frecuencias que un cable recto enterrado horizontalmente y de la misma longitud. Si la longitud del cable utilizado para realizar una toma de tierra influye muy poco en su impedancia, en cambio, la resistividad del suelo y la frecuencia de la onda de choque influyen en esta impedancia en proporción a su raíz cuadrada. Estas características conducen a la utilización de la llamada forma de "pata de gallo" para los flujos descendentes de los conductores.
La equipotencialidad de las diferentes entradas a tierra de una misma instalación condiciona la eficacia de las protecciones contrael rayo . En primer lugar, es necesario definir la noción de "tierra de referencia" o "tierra lejana" que se sitúa lejos del punto de entrada en el suelo de la corriente del rayo y cuyo potencial se define como cero.
El flujo de corriente que sigue a un golpe de rayo por el suelo hará que aumente el potencial del terreno local, ya que no es perfecto. Este aumento de potencial puede representarse mediante impedancias entre el punto de medición de referencia y el punto de conexión a tierra de la instalación. 
Tomemos una instalación con dos sistemas de conexión a tierra separados:
-Una, denominada A, para la protección contra elrayo es atravesada por la corriente delrayo Ia.
-El otro, llamado B, se refiere a los equipos electrónicos y tiene una corriente residual que fluye a través de él Ib.
Si Za y Zb son las impedancias de las puestas a tierra en relación con la tierra local, y si Zc es la impedancia entre la tierra local y la tierra lejana, podemos calcular la subida de potencial de la tierra B en relación con la tierra A para unrayode rayo de intensidad Ia y corriente residual Ib.
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