PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO: IMPACTOS DIRECTOS DE RAYO
Recordatorio de los principios generales de la protección contra el rayo: pararrayos y jaulas de malla

Una cosa es segura:

Una descarga derayo va siempre a tierra y toma elcamino de menor impedancia.

Dos estrategias en la protección contra el rayo:

- o hacer que el camino entre el objeto a proteger del rayo y la tierra sea lo más impetuoso posible.

Entonces nos colocamos en una estrategia de aislamiento de los rayos,

- o para facilitar el paso de la descarga del rayo a tierra por una vía de muy baja impedancia que evita el objeto a proteger del rayo.

A continuación, nos situamos en una estrategia de flujo de rayos.

PROTECCIÓN CONTRA LA CAÍDA DIRECTA DE RAYOS

Rayos directos y aislamiento de rayos

Problema: ¿cuáles son los medios existentes para proteger los edificios contra la caída directa de rayos utilizando únicamente la llamada estrategia de aislamiento?

Aislar el edificio del suelo: la idea no es obvia y, sin embargo, existen casas sobre pilotes. Los materiales utilizados para separar el cuerpo del edificio del suelo deben ser aislantes.

-También podemos imaginar que se utilicen sólo materiales aislantes para toda la construcción, madera por ejemplo, estamos entonces ante una casa de campo.

 Límites :

- Puesta a tierra por redes (eléctricas, telefónicas, etc...).

Solución: - Medición del campo eléctrico (molino de campo)

>>> si se alcanza el umbral predefinido

>>> apertura de circuitos eléctricos

>>> arranque del grupo electrógeno

- Disponibilidad de materiales y estética según las regiones.

- ¿Es suficiente el aislamiento obtenido ante un rayo? Si es así, ¿es siempre igual a lo largo del tiempo?

Protección contra el rayo directo y contra el flujo de rayos

Se trata aquí de soportar el paso de la corriente delrayo por una vía que la desvíe del edificio a proteger delrayo .

Pararrayos

Un pararrayos es un dispositivo que no se utiliza para eliminar el rayo sino para atraer a los rayo  su presencia aumenta el riesgo de la rayo en el sitio que tiene que proteger.

Principio de la protección contra el rayo mediante pararrayos :

Disponer, en vertical, sobre o cerca del edificio al que se destina la protección contrael rayo , una estructura conductora (varilla metálica) conectada a tierra por un conductor de baja impedancia para que elrayo caiga en un lugar elegido y no en cualquier parte de la instalación.

Para ayudar a captar la corriente delrayo , el extremo superior de la varilla está cónico o equipado con sistemas de separación de impulsos o chispas.

La eficacia de estos sistemas de protección contra el rayo se debe a la presencia de una chispa o un impulso justo cuando el trazador de rayos descendente se encuentra en las proximidades del pararrayos.

Está en la mente de todos, que un volumen cónico virtual, el llamado volumen de cobertura, proporciona protección contra el rayo rayo de todo lo que abarca. La altura de esta protección estaría determinada por la distancia entre el suelo y el extremo de la punta del pararrayos. Su base, en el caso de una varilla simple, cubriría una superficie circular cuyo radio es igual a la altura. Las otras puntas proporcionarían una cobertura del suelo aún mayor. La comparación entre las diferentes técnicas de pararrayos no es fácil de imaginar, ya que incluso en países muy expuestos, la probabilidad de que un rayode caiga sobre un pararrayos es demasiado baja (alrededor del 1%) para que se puedan realizar estudios comparativos.

Según el modelo electromagnético, ahora ampliamente reconocido, la realidad de la protección contra el rayo mediante pararrayos sería muy diferente. En efecto, la zona de protección con respecto alrayo está determinada por una esfera de captación de rayos cuyo centro es el extremo del trazador y cuyo radio se define, de forma aproximada, por la fórmula: R = 5 x I 2/3. Así, un rayo medio de rayo , 40 kA es captado por cualquier elemento conductor situado a unos 35 m del extremo del trazador. Este modelo indica que la zona de cobertura (protección) no depende, ni de la naturaleza del pararrayos ni de la altura a la que se coloque el pararrayos, sino únicamente de la intensidad del impacto del rayo.

Cuanto mayor sea el golpe derayo , mayor será la zona protegida delrayo .

 Jaula de Faraday

Una jaula de Faraday es un volumen formado por paredes metálicas en cuyo interior se protege de los efectos directos de una descarga (un rayo, por ejemplo). Uno no se imagina colocar, para obtener una buena protección rayoun edificio dentro de una envoltura metálica totalmente cerrada. Pero aplicando el modelo electromagnético a la jaula de Faraday, podemos ver que la envoltura no necesita estar completa para captar y luego hacer fluir la corriente de descarga del rayo hacia el suelo. El flejado de la construcción con conductores preferentemente planos y espaciados cada 10 m proporciona protección. rayo del edificio para todos los impactos de rayo superiores a 3 kA, lo que es claramente suficiente para una protección completa contra el rayo.

Este dispositivo por la multiplicidad de las bajadas al suelo favorece la distribución de las corrientes y reduce así los riesgos de subida de potencial relacionados con el flujo en un solo punto.

El principio de la jaula de malla también se utiliza para la protección contra el rayo de las instalaciones en el exterior de los edificios. Se conocen como cables de protección. Se trata de cables tendidos en el aire apoyados en postes separados entre sí de 10 a 15 m y conectados a una red de tierra mallada.

De este modo, se consigue la protección contra los rayos, el cohete Ariane, el horno solar de Font Romeu y las líneas de alta tensión de los postes de EDF.

 Una red de tierra correctamente realizada :

Esta es la precaución más importante que hay que observar, cuando se utiliza, para la protección rayo, la estrategia de escorrentía. Los pararrayos o las tiras de las jaulas de malla deben ser lo más verticales y rectos posible. Hay que tener cuidado de respetar los radios de curvatura, la sección de los conductores de bajada y otras reglas de instalación definidas por las normas. En los edificios con estructura metálica, es necesario establecer una conexión entre los diferentes planos de tierra de las plantas y los conductores de bajada de los pararrayos o jaulas de malla, para evitar las diferencias de potencial (PDD) entre cada planta y el sistema de puesta a tierra.

Sin esta conexión la PDD, a una altura de 10 m, en una descarga de 100 kA alcanzaría aproximadamente: ΔU = Lω x di / dt ΔU =10 x 10-6 x 100 x103 / 10-6 ΔU = 1000 kV Este resultado debe dividirse por el número de caídas a tierra de la protección contrael rayo rayo.

Sin interconectar la planta del suelo directamente con las bajantes, esta RFP está presente entre el suelo y la bajante rayo que pasa 20 o 30 cm más allá del edificio. El riesgo de avería es entonces importante.