Pararrayos

Un pararrayos o conductor de rayos es una varilla de metal montada en una estructura y destinada a proteger la estructura de un rayo. Si un rayo golpea la estructura, preferentemente golpeará la varilla y será conducido a tierra a través de un cable, en lugar de atravesar la estructura, donde podría iniciar un incendio o causar una electrocución. Los pararrayos también se denominan remates, terminales aéreos o dispositivos de terminación de descargas.

En un sistema de protección contra rayos, un pararrayos es un componente único del sistema. El pararrayos requiere una conexión a tierra para realizar su función protectora. Los pararrayos vienen en muchas formas diferentes, incluyendo tiras huecas, sólidas, puntiagudas, redondeadas, planas o incluso con cerdas en forma de cepillo. El principal atributo común a todos los pararrayos es que todos están fabricados con materiales conductores, como el cobre y el aluminio. El cobre y sus aleaciones son los materiales más comunes utilizados en la protección contra rayos.

Historia

El principio del pararrayos fue detallado por primera vez por Benjamin Franklin en Pensilvania en 1749, quien en los años siguientes desarrolló su invento para aplicaciones domésticas (publicado en 1753) e hizo más mejoras hacia un sistema confiable alrededor de 1760.

A medida que los edificios se vuelven más altos, los rayos se vuelven una amenaza mayor. Los rayos pueden dañar las estructuras hechas de la mayoría de los materiales, como mampostería, madera, concreto y acero, porque las enormes corrientes y voltajes involucrados pueden calentar los materiales a altas temperaturas. El calor provoca un potencial de incendio en la estructura, y su rapidez también puede provocar daños por explosión.

Rusia

Es posible que se haya utilizado intencionalmente un pararrayos en la Torre Inclinada de Nevyansk. El chapitel de la torre está coronado por una varilla metálica en forma de esfera dorada con púas. Este pararrayos está conectado a tierra a través de la carcasa de la barra de refuerzo, que perfora todo el edificio.

La Torre Nevyansk fue construida entre 1721 y 1745, por orden del industrial Akinfiy Demidov. La Torre Nevyansk se construyó 28 años antes del experimento y la explicación científica de Benjamin Franklin. Sin embargo, se desconoce la verdadera intención detrás del techo de metal y las barras de refuerzo.

Europa

La torre de la iglesia de muchas ciudades europeas, que normalmente era la estructura más alta de la ciudad, era probable que fuera alcanzada por un rayo. Al principio, las iglesias cristianas trataron de prevenir la ocurrencia de los efectos dañinos de los rayos mediante la oración. Peter Ahlwardts ("Consideraciones razonables y teológicas sobre truenos y relámpagos", 1745) aconsejó a las personas que buscan protección contra los rayos que vayan a cualquier lugar excepto dentro o alrededor de una iglesia.

Existe un debate en curso sobre si una "máquina metereológica", inventada por el sacerdote premonstratense Prokop Diviš y erigida en Přímětice (ahora parte de Znojmo), Moravia (ahora República Checa) en junio de 1754, cuenta como una invención individual del rayo. varilla. El aparato de Diviš estaba, según sus teorías privadas, destinado a prevenir las tormentas eléctricas por completo al privar constantemente al aire de su electricidad superflua. Sin embargo, el aparato estaba montado en un poste independiente y probablemente mejor conectado a tierra que los pararrayos de Franklin en ese momento, por lo que cumplió el propósito de un pararrayos. Después de las protestas locales, Diviš tuvo que suspender sus experimentos meteorológicos alrededor de 1760.

Estados Unidos

En lo que luego se convirtió en los Estados Unidos, el conductor de pararrayos puntiagudo, también llamado atractor de rayos o varilla de Franklin, fue inventado por Benjamin Franklin en 1752 como parte de su exploración innovadora de la electricidad. Aunque no fue el primero en sugerir una correlación entre la electricidad y los rayos, Franklin fue el primero en proponer un sistema viable para probar su hipótesis. Franklin especuló que, con una barra de hierro afilada hasta la punta, "creo que el fuego eléctrico sería extraído de una nube en silencio, antes de que pudiera acercarse lo suficiente como para atacar". Franklin especuló sobre los pararrayos durante varios años antes de su experimento con cometas.

En el siglo XIX, el pararrayos se convirtió en un motivo decorativo. Los pararrayos estaban adornados con bolas de vidrio ornamentales (ahora apreciadas por los coleccionistas). El atractivo ornamental de estas bolas de cristal se ha utilizado en veletas. Sin embargo, el objetivo principal de estas bolas es proporcionar evidencia de un rayo al romperse o caerse. Si después de una tormenta se descubre que falta una bola o está rota, el dueño de la propiedad debe revisar el edificio, la varilla y el cable de conexión a tierra en busca de daños.

Ocasionalmente, se usaban bolas de vidrio sólido en un método que supuestamente evitaba que los rayos cayeran sobre barcos y otros objetos. La idea era que los objetos de vidrio, al no ser conductores, rara vez son alcanzados por un rayo. Por lo tanto, dice la teoría, debe haber algo en el vidrio que repele los rayos. Por lo tanto, el mejor método para prevenir el impacto de un rayo en un barco de madera era enterrar una pequeña bola de vidrio sólido en la punta del mástil más alto. El comportamiento aleatorio de los relámpagos combinado con el sesgo de confirmación de los observadores aseguró que el método ganara bastante credibilidad incluso después del desarrollo del pararrayos marino poco después del trabajo inicial de Franklin.

Se suponía que los primeros pararrayos en los barcos se izarían cuando se anticipara un rayo y tuvieron una baja tasa de éxito. En 1820, William Snow Harris inventó un sistema exitoso para instalar protección contra rayos en los veleros de madera de la época, pero a pesar de las pruebas exitosas que comenzaron en 1830, la Royal Navy británica no adoptó el sistema hasta 1842, momento en el cual la Armada Imperial Rusa ya había adoptado el sistema.

En la década de 1990, los 'puntos de relámpago' fueron reemplazados como se construyeron originalmente cuando se restauró la Estatua de la Libertad en lo alto del edificio del Capitolio de los Estados Unidos en Washington, DC. La estatua fue diseñada con múltiples dispositivos que tienen puntas de platino. El Monumento a Washington también estaba equipado con múltiples puntos de rayos, y la Estatua de la Libertad en el puerto de Nueva York es golpeada por un rayo, que se desvía a tierra.

Sistema de protección contra rayos

Un sistema de protección contra rayos está diseñado para proteger una estructura de los daños causados ​​por los rayos al interceptarlos y pasar de manera segura sus corrientes extremadamente altas a tierra. Un sistema de protección contra rayos incluye una red de terminales aéreas, conductores de unión y electrodos de tierra diseñados para proporcionar una ruta de baja impedancia a tierra para posibles impactos.

Los sistemas de protección contra rayos se utilizan para evitar que los rayos dañen las estructuras. Los sistemas de protección contra rayos mitigan el peligro de incendio que los rayos representan para las estructuras. Un sistema de protección contra rayos proporciona una ruta de baja impedancia para que la corriente del rayo disminuya el efecto de calentamiento de la corriente que fluye a través de materiales estructurales inflamables. Si un rayo viaja a través de materiales porosos y saturados de agua, estos materiales literalmente pueden explotar si su contenido de agua se convierte en vapor por el calor producido por la alta corriente. Esta es la razón por la cual los árboles a menudo son destrozados por los rayos.

Debido a los altos niveles de energía y corriente asociados con los rayos (las corrientes pueden superar los 150 000 A) y el tiempo de subida muy rápido de un rayo, ningún sistema de protección puede garantizar una seguridad absoluta contra los rayos. La corriente del rayo se dividirá para seguir cada ruta conductiva a tierra, e incluso la corriente dividida puede causar daños. Los "destellos laterales" secundarios pueden ser suficientes para encender un fuego, volar ladrillos, piedras u hormigón, o lesionar a los ocupantes dentro de una estructura o edificio. Sin embargo, los beneficios de los sistemas básicos de protección contra rayos han sido evidentes durante más de un siglo.

Las mediciones a escala de laboratorio de los efectos de [cualquier investigación sobre rayos] no se adaptan a las aplicaciones que involucran rayos naturales. Las aplicaciones de campo se han derivado principalmente de prueba y error basadas en la investigación de laboratorio mejor intencionada de un fenómeno altamente complejo y variable.

Las partes de un sistema de protección contra rayos son terminales de aire (pararrayos o dispositivos de terminación de descarga), conductores de unión, terminales de tierra (varillas, placas o mallas de tierra o "puesta a tierra") y todos los conectores y soportes para completar el sistema. Los terminales aéreos generalmente están dispuestos en o a lo largo de los puntos superiores de una estructura de techo, y están unidos eléctricamente entre sí mediante conductores de unión (llamados "conductores de bajada" o "conductores de bajada"), que están conectados por la ruta más directa a uno o más puntos de conexión a tierra. o terminales de puesta a tierra. Las conexiones a los electrodos de tierra no solo deben tener baja resistencia, sino que también deben tener baja autoinducción.

Un ejemplo de una estructura vulnerable a los rayos es un granero de madera. Cuando cae un rayo en el establo, la estructura de madera y su contenido pueden encenderse por el calor generado por la corriente del rayo que pasa por partes de la estructura. Un sistema básico de protección contra rayos proporcionaría una ruta conductora entre una terminal aérea y la tierra, de modo que la mayor parte de la corriente de los rayos seguirá la ruta del sistema de protección contra rayos, con una corriente sustancialmente menor viajando a través de materiales inflamables.

Originalmente, los científicos creían que tal sistema de protección contra rayos de terminales aéreas y "descargas" dirigía la corriente del rayo hacia la tierra para "disiparse". Sin embargo, la fotografía de alta velocidad ha demostrado claramente que los rayos en realidad están compuestos por un componente de nube y un componente de tierra con carga opuesta. Durante los relámpagos de "nube a tierra", estos componentes de carga opuesta generalmente se "encuentran" en algún lugar de la atmósfera muy por encima de la tierra para igualar las cargas previamente desequilibradas. El calor generado a medida que esta corriente eléctrica fluye a través de materiales inflamables es el peligro que los sistemas de protección contra rayos intentan mitigar proporcionando una ruta de baja resistencia para el circuito contra rayos. No se puede confiar en ningún sistema de protección contra rayos para "contener" o "

Las estructuras con armazón de acero pueden unir los elementos estructurales a tierra para proporcionar protección contra rayos. Un asta de bandera de metal con su base en la tierra es su propio sistema de protección contra rayos extremadamente simple. Sin embargo, la(s) bandera(s) ondeando desde el asta durante la caída de un rayo pueden incinerarse por completo.

La mayoría de los sistemas de protección contra rayos en uso hoy en día son del diseño tradicional de Franklin. El principio fundamental utilizado en los sistemas de protección contra rayos tipo Franklin es proporcionar una ruta de impedancia lo suficientemente baja para que el rayo viaje a través de él y llegue a tierra sin dañar el edificio. Esto se logra rodeando el edificio en una especie de jaula de Faraday. Se instala un sistema de conductores de protección contra rayos y pararrayos en el techo del edificio para interceptar cualquier rayo antes de que caiga en el edificio.

Protectores de estructuras

Paisaje adecuado para el propósito de la explicación: (1) Representa el área "reducida" de la región de Lord Kelvin; (2) Superficie concéntrica con la Tierra tal que las cantidades almacenadas sobre y debajo de ella sean iguales; (3) Construir en un sitio de excesiva densidad de carga electrostática; (4) Edificio en un sitio de baja densidad de carga electrostática. (Imagen a través

de la patente de EE. UU. 1,266,175).

Pararrayos

Un pararrayos es un dispositivo utilizado en sistemas de energía eléctrica y sistemas de telecomunicaciones para proteger el aislamiento y los conductores del sistema de los efectos dañinos de los rayos. El pararrayos típico tiene un terminal de alto voltaje y un terminal de tierra.

En telegrafía y telefonía, un pararrayos es un dispositivo colocado donde los cables ingresan a una estructura, para evitar daños a los instrumentos electrónicos dentro y garantizar la seguridad de las personas cercanas a las estructuras. Las versiones más pequeñas de pararrayos, también llamados protectores contra sobretensiones, son dispositivos que se conectan entre cada conductor eléctrico en un sistema de energía o comunicaciones y la tierra. Ayudan a evitar el flujo de energía normal o corrientes de señal a tierra, pero proporcionan un camino sobre el cual fluye la corriente del rayo de alto voltaje, sin pasar por el equipo conectado. Los pararrayos se utilizan para limitar el aumento de voltaje cuando una línea de comunicaciones o de energía es alcanzada por un rayo o está cerca de un rayo.

Protección de los sistemas de distribución eléctrica

En los sistemas de transmisión eléctrica aérea, se pueden montar uno o dos cables de tierra más livianos en la parte superior de las torres, postes o torres que no se usan específicamente para enviar electricidad a través de la red. Estos conductores, a menudo denominados cables "estáticos", "piloto" o "protegidos", están diseñados para ser el punto de terminación de rayos en lugar de las propias líneas de alto voltaje. Estos conductores están destinados a proteger los conductores primarios de energía de la caída de rayos.

Estos conductores están conectados a tierra a través de la estructura metálica de un poste o torre, o mediante electrodos de tierra adicionales instalados a intervalos regulares a lo largo de la línea. Como regla general, las líneas eléctricas aéreas con voltajes inferiores a 50 kV no tienen un conductor "estático", pero la mayoría de las líneas que transportan más de 50 kV sí lo tienen. El cable conductor de tierra también puede admitir cables de fibra óptica para la transmisión de datos.

Las líneas más antiguas pueden usar pararrayos que aíslan las líneas conductoras de la unión directa a tierra y pueden usarse como líneas de comunicación de bajo voltaje. Si el voltaje excede un cierto umbral, como durante la terminación de un rayo al conductor, "salta" los aisladores y pasa a tierra.

La protección de las subestaciones eléctricas es tan variada como los propios pararrayos y, a menudo, es propiedad de la compañía eléctrica.

Protección contra rayos de radiadores de mástil

Los radiadores de los mástiles de radio pueden estar aislados del suelo mediante un espacio de chispas en la base. Cuando un rayo golpea el mástil, salta este espacio. Una pequeña inductividad en la línea de alimentación entre el mástil y la unidad de sintonización (generalmente un devanado) limita el aumento de voltaje, protegiendo al transmisor de voltajes peligrosamente altos. El transmisor debe estar equipado con un dispositivo para monitorear las propiedades eléctricas de la antena. Esto es muy importante, ya que podría quedar una carga después de la caída de un rayo, dañando el hueco o los aisladores.

El dispositivo de monitoreo apaga el transmisor cuando la antena muestra un comportamiento incorrecto, por ejemplo, como resultado de una carga eléctrica no deseada. Cuando se apaga el transmisor, estas cargas se disipan. El dispositivo de vigilancia hace varios intentos de volver a encenderse. Si después de varios intentos la antena continúa mostrando un comportamiento inadecuado, posiblemente como resultado de daños estructurales, el transmisor permanece apagado.

Pararrayos y precauciones de puesta a tierra

Idealmente, la parte subterránea del conjunto debe residir en un área de alta conductividad a tierra. Si el cable subterráneo es capaz de resistir bien la corrosión, se puede cubrir con sal para mejorar su conexión eléctrica con el suelo. Si bien la resistencia eléctrica del pararrayos entre el terminal aéreo y la Tierra es motivo de gran preocupación, la reactancia inductiva del conductor podría ser más importante. Por esta razón, la ruta del conductor de bajada se mantiene corta y las curvas tienen un radio grande. Si no se toman estas medidas, la corriente del rayo puede formar un arco sobre una obstrucción resistiva o reactiva que encuentre en el conductor. Como mínimo, la corriente del arco dañará el pararrayos y puede encontrar fácilmente otra ruta conductora, como el cableado o la plomería de un edificio, y provocar incendios u otros desastres. Los sistemas de puesta a tierra sin baja resistividad al suelo aún pueden ser efectivos para proteger una estructura contra daños por rayos. Cuando el suelo del suelo tiene poca conductividad, es muy poco profundo o no existe, se puede aumentar un sistema de puesta a tierra agregando varillas de tierra, conductor de contrapeso (anillo de tierra), cables radiales que sobresalen del edificio o barras de refuerzo de un edificio de hormigón. utilizado para un conductor de tierra (tierra Ufer). Estas adiciones, aunque todavía no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la [dispersión] de los rayos en la tierra sin dañar la estructura. un sistema de puesta a tierra se puede aumentar agregando varillas de tierra, un conductor de contrapeso (anillo de tierra), cables radiales que sobresalen del edificio, o se pueden usar las barras de refuerzo de un edificio de concreto para un conductor de tierra (tierra Ufer). Estas adiciones, aunque todavía no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la [dispersión] de los rayos en la tierra sin dañar la estructura. un sistema de puesta a tierra se puede aumentar agregando varillas de tierra, un conductor de contrapeso (anillo de tierra), cables radiales que sobresalen del edificio, o se pueden usar las barras de refuerzo de un edificio de concreto para un conductor de tierra (tierra Ufer). Estas adiciones, aunque todavía no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la [dispersión] de los rayos en la tierra sin dañar la estructura.

Se deben tomar precauciones adicionales para evitar destellos laterales entre objetos conductores sobre o dentro de la estructura y el sistema de protección contra rayos. La oleada de corriente del rayo a través de un conductor de protección contra rayos creará una diferencia de voltaje entre este y cualquier objeto conductor que esté cerca de él. Esta diferencia de voltaje puede ser lo suficientemente grande como para causar un peligroso destello lateral (chispa) entre los dos que puede causar daños significativos, especialmente en estructuras que albergan materiales inflamables o explosivos. La forma más efectiva de prevenir este daño potencial es asegurar la continuidad eléctrica entre el sistema de protección contra rayos y cualquier objeto susceptible a un destello lateral. La unión efectiva permitirá que el potencial de voltaje de los dos objetos suba y baje simultáneamente, eliminando así cualquier riesgo de un destello lateral.

Diseño del sistema de protección contra rayos.

Se utiliza una cantidad considerable de material para hacer los sistemas de protección contra rayos, por lo que es prudente considerar cuidadosamente dónde una terminal aérea brindará la mayor protección. La comprensión histórica de los rayos, a partir de declaraciones hechas por Ben Franklin, supuso que cada pararrayos protegía un cono de 45 grados. Se ha encontrado que esto no es satisfactorio para proteger estructuras más altas, ya que es posible que un rayo caiga sobre el costado de un edificio.

El Dr. Tibor Horváth desarrolló un sistema de modelado basado en una mejor comprensión de la orientación final de los rayos, denominado método de la esfera rodante. Se ha convertido en el estándar por el cual se instalan los sistemas tradicionales de Franklin Rod. Para entender esto se requiere saber cómo se 'mueven' los relámpagos. Cuando el líder del paso de un relámpago salta hacia el suelo, avanza hacia los objetos conectados a tierra más cercanos a su camino. La distancia máxima que puede recorrer cada paso se llama distancia crítica y es proporcional a la corriente eléctrica. Es probable que los objetos sean golpeados si están más cerca del líder que esta distancia crítica. Es una práctica estándar aproximar el radio de la esfera a 46 m cerca del suelo.

Es poco probable que el líder golpee un objeto fuera de la distancia crítica si hay un objeto sólidamente conectado a tierra dentro de la distancia crítica. Las ubicaciones que se consideran seguras contra los rayos se pueden determinar imaginando los caminos potenciales de un líder como una esfera que viaja desde la nube hasta el suelo. Para la protección contra rayos, es suficiente considerar todas las esferas posibles a medida que tocan los puntos de impacto potenciales. Para determinar los puntos de golpe, considere una esfera rodando sobre el terreno. En cada punto, se simula una posición de líder potencial. Es más probable que un rayo caiga donde la esfera toca el suelo. Los puntos que la esfera no puede atravesar y tocar son los más seguros contra los rayos. Se deben colocar protectores contra rayos donde impidan que la esfera toque una estructura.Los pararrayos se instalan típicamente alrededor del perímetro de los techos planos o a lo largo de los picos de los techos inclinados a intervalos de 6,1 m o 7,6 m, según la altura del pararrayos. Cuando un techo plano tenga dimensiones superiores a 15 m por 15 m, se instalarán terminales aéreas adicionales en el medio del techo a intervalos de 15 m o menos en un patrón de cuadrícula rectangular.

Extremos redondeados versus puntiagudos

La forma óptima de la punta de un pararrayos ha sido controvertida desde el siglo XVIII. Durante el período de confrontación política entre Gran Bretaña y sus colonias estadounidenses, los científicos británicos sostuvieron que un pararrayos debería tener una bola en su extremo, mientras que los científicos estadounidenses sostuvieron que debería tener un punto. A partir de 2003, la controversia no se había resuelto por completo. Es difícil resolver la controversia porque los experimentos controlados adecuados son casi imposibles, pero el trabajo realizado por Charles B. Moore, et al.,en 2000 ha arrojado algo de luz sobre el tema, al descubrir que los pararrayos moderadamente redondeados o de punta roma actúan como receptores de impacto marginalmente mejores. Como resultado, se instalan varillas de punta redonda en la mayoría de los sistemas nuevos en los Estados Unidos, aunque la mayoría de los sistemas existentes todavía tienen varillas puntiagudas. Según el estudio,

Los cálculos de las intensidades relativas de los campos eléctricos sobre varillas afiladas y romas expuestas de manera similar muestran que, si bien los campos son mucho más fuertes en la punta de una varilla afilada antes de cualquier emisión, disminuyen más rápidamente con la distancia. Como resultado, a unos pocos centímetros por encima de la punta de una varilla roma de 20 mm de diámetro, la fuerza del campo es mayor que sobre una varilla más afilada y similar de la misma altura. Dado que la intensidad de campo en la punta de una varilla afilada tiende a estar limitada por la fácil formación de iones en el aire circundante, las intensidades de campo sobre varillas romas pueden ser mucho más fuertes que aquellas a distancias mayores de 1 cm sobre varillas más afiladas.Los resultados de este estudio sugieren que las varillas de metal moderadamente desafiladas (con relaciones entre la altura de la punta y el radio de curvatura de la punta de alrededor de 680:1) son mejores receptores de rayos que las varillas más afiladas o muy desafiladas.

Además, tendrá efecto la altura del pararrayos con respecto a la estructura a proteger y la propia Tierra.

Teoría de la transferencia de carga

La teoría de la transferencia de carga establece que la caída de un rayo en una estructura protegida puede evitarse reduciendo el potencial eléctrico entre la estructura protegida y la nube tormentosa. Esto se hace mediante la transferencia de carga eléctrica (por ejemplo, de la Tierra cercana al cielo o viceversa). La transferencia de carga eléctrica de la Tierra al cielo se realiza mediante la instalación de productos de ingeniería compuestos de muchos puntos por encima de la estructura. Se observa que los objetos puntiagudos transferirán carga a la atmósfera circundante y que se puede medir una corriente eléctrica considerable a través de los conductores a medida que se produce la ionización en el punto cuando hay un campo eléctrico presente, como sucede cuando hay nubes de tormenta en lo alto.

En los Estados Unidos, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) no respalda actualmente un dispositivo que pueda prevenir o reducir la caída de rayos. El Consejo de estándares de NFPA, luego de una solicitud de un proyecto para abordar los sistemas de matriz de disipación [tm] y los sistemas de transferencia de carga, rechazó la solicitud para comenzar a formar estándares sobre dicha tecnología (aunque el Consejo no excluyó el desarrollo de estándares futuros después de que fuentes confiables demostraran la validez de la tecnología básica y la ciencia fueron presentados).

Teoría de emisión temprana de serpentina (ESE)

La teoría de la emisión temprana de serpentinas propone que si un pararrayos tiene un mecanismo que produce ionización cerca de su punta, entonces su área de captura de rayos aumenta considerablemente. Al principio, se usaron pequeñas cantidades de isótopos radiactivos (radio-226 o americio-241) como fuentes de ionización entre 1930 y 1980, luego reemplazados por varios dispositivos eléctricos y electrónicos. De acuerdo con una patente anterior, dado que los potenciales de tierra de la mayoría de los protectores contra rayos son elevados, la distancia de la ruta desde la fuente hasta el punto de tierra elevado será más corta, creando un campo más fuerte (medido en voltios por unidad de distancia) y esa estructura será más propensa a la ionización y descomposición.

AFNOR, el organismo nacional de normalización de Francia, emitió una norma, NF C 17-102, que cubre esta tecnología. La NFPA también investigó el tema y hubo una propuesta para emitir un estándar similar en los EE.UU. Inicialmente, un panel externo independiente de la NFPA declaró que "la tecnología de protección contra rayos [Early Streamer Emission] parece ser técnicamente sólida" y que había una "base teórica adecuada para el concepto y diseño de la terminal aérea [Early Streamer Emission] desde un punto de vista físico punto de vista".) El mismo panel también concluyó que "el sistema de protección contra rayos recomendado [norma NFPA 781] nunca ha sido científica o técnicamente validado y los terminales aéreos de varilla Franklin no han sido validados en pruebas de campo bajo condiciones de tormenta eléctrica".

En respuesta, la Unión Geofísica Estadounidense concluyó que "[e]l Panel de Bryan revisó esencialmente ninguno de los estudios y la literatura sobre la efectividad y la base científica de los sistemas tradicionales de protección contra rayos y se equivocó al concluir que no había base para la Norma".. AGU no intentó evaluar la eficacia de las modificaciones propuestas a los sistemas tradicionales en su informe. La NFPA retiró su propuesta de edición preliminar de la norma 781 debido a la falta de evidencia de una mayor efectividad de los sistemas de protección basados ​​en Early Streamer Emission sobre las terminales aéreas convencionales.

Los miembros del Comité Científico de la Conferencia Internacional sobre Protección contra Rayos (ICLP) han emitido una declaración conjunta en la que declaran su oposición a la tecnología Early Streamer Emission. ICLP mantiene una página web con información relacionada con ESE y tecnologías relacionadas. Aún así, la cantidad de edificios y estructuras equipados con sistemas de protección contra rayos ESE está creciendo, así como la cantidad de fabricantes de terminales aéreas ESE de Europa, América, Medio Oriente, Rusia, China, Corea del Sur, países de la ASEAN y Australia.

Análisis de huelgas

La caída de rayos en una estructura metálica puede variar desde no dejar evidencia, excepto, quizás, un pequeño hoyo en el metal, hasta la destrucción completa de la estructura. Cuando no hay pruebas, el análisis de las huelgas es difícil. Esto significa que un impacto en una estructura no instrumentada debe confirmarse visualmente, y el comportamiento aleatorio de los rayos dificulta tales observaciones. También hay inventores trabajando en este problema, como por ejemplo a través de un cohete relámpago. Si bien los experimentos controlados pueden estar fuera de lugar en el futuro, se están obteniendo muy buenos datos a través de técnicas que utilizan receptores de radio que buscan la "firma" eléctrica característica de los rayos utilizando antenas direccionales fijas.A través de técnicas precisas de sincronización y triangulación, los rayos se pueden ubicar con gran precisión, por lo que los rayos en objetos específicos a menudo se pueden confirmar con confianza.

La energía de un rayo está típicamente en el rango de 1 a 10 mil millones de julios. Esta energía se libera generalmente en un pequeño número de golpes separados, cada uno con una duración de algunas decenas de microsegundos (típicamente de 30 a 50 microsegundos), durante un período de aproximadamente una quinta parte de un segundo. La gran mayoría de la energía se disipa en forma de calor, luz y sonido en la atmósfera.

Protectores de aviones

Las aeronaves están protegidas por dispositivos montados en la estructura de la aeronave y por el diseño de sistemas internos. Los rayos generalmente entran y salen de una aeronave a través de la superficie exterior de su fuselaje oa través de descargadores de estática. El sistema de protección contra rayos proporciona caminos conductores seguros entre los puntos de entrada y salida para evitar daños a los equipos electrónicos y proteger el combustible o la carga inflamables de las chispas.

Estos caminos están construidos con materiales conductores. Los aisladores eléctricos solo son efectivos en combinación con una ruta conductora porque los rayos bloqueados pueden superar fácilmente el voltaje de ruptura de los aisladores. Los materiales compuestos se construyen con capas de malla de alambre para que sean lo suficientemente conductores y las uniones estructurales se protegen haciendo una conexión eléctrica a través de la unión.

El cable blindado y las cajas conductoras brindan la mayor parte de la protección a los sistemas electrónicos. La corriente del rayo emite un pulso magnético que induce corriente a través de los bucles formados por los cables. La corriente inducida en el escudo de un bucle crea un flujo magnético a través del bucle en la dirección opuesta. Esto disminuye el flujo total a través del bucle y el voltaje inducido a su alrededor.

El camino conductor del rayo y el blindaje conductor transportan la mayor parte de la corriente. El resto se desvía de la electrónica sensible mediante supresores de voltaje transitorio y se bloquea mediante filtros electrónicos una vez que el voltaje de paso es lo suficientemente bajo. Los filtros, como los aisladores, solo son efectivos cuando los rayos y las sobretensiones pueden fluir a través de una ruta alternativa.

Protectores de motos acuáticas

Una instalación de protección contra rayos en una embarcación comprende un pararrayos montado en la parte superior de un mástil o superestructura y un conductor de puesta a tierra en contacto con el agua. Los conductores eléctricos se unen al protector y descienden hasta el conductor. Para una embarcación con casco conductor (hierro o acero), el conductor de puesta a tierra es el casco. Para una embarcación con casco no conductor, el conductor de puesta a tierra puede ser retráctil, sujeto al casco o sujeto a una orza.

Evaluación de riesgos

Algunas estructuras tienen inherentemente más o menos riesgo de ser alcanzadas por un rayo. El riesgo para una estructura es una función del tamaño (área) de una estructura, la altura y la cantidad de rayos por año por milla para la región. Por ejemplo, un edificio pequeño tendrá menos probabilidades de ser alcanzado que uno grande, y un edificio en un área con una alta densidad de rayos tendrá más probabilidades de ser alcanzado que uno en un área con una baja densidad de rayos.. La Asociación Nacional de Protección contra Incendios proporciona una hoja de trabajo de evaluación de riesgos en su estándar de protección contra rayos.

La evaluación del riesgo de rayos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) consta de cuatro partes: pérdida de seres vivos, pérdida de servicio al público, pérdida de patrimonio cultural y pérdida de valor económico. La pérdida de seres vivos se considera la más importante y es la única pérdida que se tiene en cuenta para muchas aplicaciones industriales y comerciales no esenciales.

Estándares

La introducción de los sistemas de protección contra rayos en los estándares permitió que varios fabricantes desarrollaran sistemas de protección con una multitud de especificaciones. Existen múltiples estándares internacionales, nacionales, corporativos y militares de protección contra rayos.

• NFPA-780: “Norma para la Instalación de Sistemas de Protección contra Rayos” (2014)
• M440.1-1, Protección contra tormentas eléctricas y rayos, Departamento de Energía
• AFI 32-1065 - Sistemas de puesta a tierra, Comando espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU.
• FAA STD 019e, Requisitos de protección contra rayos y sobretensiones, puesta a tierra, unión y blindaje para instalaciones y equipos electrónicos
• Normas UL para protección contra rayos
  • UL 96: "Estándar de componentes de protección contra rayos" (5.ª edición, 2005)
  • UL 96A: "Estándar para los requisitos de instalación de los sistemas de protección contra rayos" (duodécima edición, 2007)
  • UL 1449: "Estándar para dispositivos de protección contra sobretensiones" (cuarta edición, 2014)
• Normas IEC
  • EN 61000-4-5/IEC 61000-4-5: "Compatibilidad electromagnética (CEM) – Parte 4-5: Técnicas de prueba y medición – Prueba de inmunidad contra sobretensiones"
  • EN 62305/IEC 62305: "Protección contra rayos"
  • EN 62561/IEC 62561: "Componentes del sistema de protección contra rayos (LPSC)"
• Recomendaciones de la serie ITU-T K: "Protección contra interferencias"
• Normas IEEE para puesta a tierra
  • IEEE SA-142-2007: "Práctica recomendada de IEEE para la puesta a tierra de sistemas de energía industriales y comerciales". (2007)
  • IEEE SA-1100-2005: "Práctica recomendada de IEEE para la alimentación y puesta a tierra de equipos electrónicos" (2005)
• AFNOR NF C 17-102 Archivado el 2 de abril de 2015 en Wayback Machine: "Protección contra rayos: protección de estructuras y áreas abiertas contra rayos utilizando terminales aéreas de emisión de serpentina temprana" (1995)
• Código de diseño GB 50057-2010 para protección contra rayos de edificios
• AS/NZS 1768:2007: "Protección contra rayos"