EFECTO DE LOS RAYOS SOBRE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS

Rayos sobre líneas eléctricas

El rayo es uno de los fenómenos naturales más estudiados y documentados .También es una de las principales causas de las sobretensiones transitorias en los sistemas eléctricos. Una buena comprensión de los rayos es esencial para la planificación de la protección contra los rayos y que no se presenten daños a los edificios e instalaciones eléctricas.

Durante varios años se ha realizado una gran cantidad de investigación  en todo el mundo y se han desarrollado varias publicaciones, así como normas nacionales e internacionales  que nos dan una buena perspectiva de este fenómeno.

Algunos de estos son:

Rayo sobre líneas eléctricas

• AS 1768:1991 estándar australiano de protección contra rayos.
• ANSI / NFPA 780 Código nacional de protección contra el rayo.
• IEEE 142:1991 Libro Verde de IEEE  (Capítulo 3).
• IEC 1024:1993 Protección de estructuras contra el rayo.

La caída de rayos en las líneas eléctricas o subestaciones son causantes de problemas en la red de distribución las cuales repercuten en nuestra residencias y oficinas. Un golpe directo en un conductor de una línea eléctrica provoca pulsos de voltaje extremadamente altos en el punto de impacto, que se propagan como ondas viajeras en cualquier dirección desde ese punto. La cresta del impulso se puede calcular como:

V = I x Z

Donde V es la tensión de cresta, I es la corriente pico del rayo, y Z es la impedancia vista

por el pulso a lo largo de la dirección de desplazamiento.

La impedancia Z es igual a la mitad de la impedancia de la línea cuando se golpea en el punto medio y puede ser tanto como aproximadamente 150 Ω. Así, para una corriente pico de 40 kA, la tensión del impulso puede ser tan alta como 6000 kV. Puesto que el nivel básico de aislamiento de la mayoría de los sistemas es mucho menor que este valor,es evidente que tal pulso puede provocar fallas en el aislamiento de los componentes a lo largo de la línea. Por ello es necesario que no se permita ningún impacto directo en los conductores de fase de la línea eléctrica aérea. Esto se logra mediante la instalación de uno o más conductores "escudo" a lo largo de los conductores de fase por encima de ellos para que los conductores "escudo" puedan atraer a las descargas directas y no impacten a los conductores de fase. El cable "escudo" o pantalla es puesto a tierra en cada torre de transmisión y por lo tanto la corriente de rayo pasa con seguridad a la masa de tierra.

El espacio libre entre los conductores de fase y el cable escudo debe ser seleccionado de manera que el espacio de aire entre ellos no se rompa por la alta tensión de impulso generada en los conductores escudo. Aún cuando los conductores están protegidos de la manera anterior, el flujo del impulso de corriente de rayo en el cable de blindaje provoca una tensión inducida en los conductores de fase. Como se tratan de impulsos de mucho menor valor que el pulso directo, suelen pasar a lo largo de la línea sin causar ninguna falla de aislamiento. Para proteger el equipo al punto de terminación de las líneas aéreas (tales como interruptores, transformadores, aparatos de medición, etc.), se instalan apartarrayos en los puntos de terminación. Estos supresores deben absorber los aumentos de voltaje repentinos en la línea y les impiden entrar al equipo instalado dentro de la subestación.