EFECTO DE LOS RAYOS SOBRE LAS 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:

EFECTOS DE LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS

Descarga atmosférica

Sin protección apropiada, la propagación de la corriente del rayo puede tener múltiples efectos. Por consecuencia, es preciso realizar una protección según las reglas del arte y conceder mucho cuidado a las puestas a tierra y a sus interconexiones con los elementos conductores tocando las bajadas de pararrayos y las masas eléctricas de la instalación.

Efectos luminosos

La ionización del aire, debido a la corriente de rayo, genera cantidades importantes de partículas luminosas, o "fotones". Pueden provocar el deslumbramiento de un observador cerca del punto de impacto durante largos segundos.

Efectos acústicos

La corriente de rayo es la causa de fuerzas electrodinámicas importantes que se manifiestan por un fuerte incremento de la presión del aire (2 a 3 atmósferas) en el conducto de descarga. La onda de choque generado o "trueno" puede escucharse a varios decenas de kilómetro del punto de impacto bajo forma de fragores o de taconazo según su distribución espectral y la posición del observador.

Efectos debido a los taconazos

La resistividad de los suelos y de las puestas a tierra provoca un incremento brutal del potencial de la instalación en el momento del paso de la corriente de rayo. Diferencias de potencial pueden ocurrir sobre diversos elementos metálicos conectados de manera incorrecta a la puesta a tierra provocando cebadura, taconazos y destrucciones de equipamientos eléctricos o electrónicos. 

Efectos electrodinámicos inducidos

A cercanías del lugar de paso de la corriente del rayo aparece un fuerte campo magnético generador de tensiones y de corrientes de inducción sobre cada elemento conductor situado en su campo de acción inmediato. Las fuerzas mecánicas inducidas pueden provocar deformaciones, arrancamientos, destrucciones, …

Efectos de electrocución

Así como el paso de la corriente del rayo puede causar la muerte, la dispersión de la corriente del rayo en sus suelos heterogéneos genera también diferencias de potencial peligrosas para los seres humanos (tensión de paso) que pueden provocar quemaduras o interrupciones respiratorias y cardiacas. 

Efectos térmicos

Los efectos térmicos o "efecto Joule" pueden engendrar al punto de impacto la fusión de los materiales o su destrucción por explosión cuando presenten una fuerte tasa de humedad o salidas de fuego. 

Efectos electroquímicos

Estos efectos se traducen por la descomposición química de los materiales por reacciones electrolíticas. Aunque muy desdeñables y sin influencia en comparación con las corrientes vagabundas del suelo, aparecen principalmente al nivel de la puestas a tierra.

MITOS Y REALIDADES SOBRE LOS RAYOS

MITOS Y REALIDADES SOBRE LOS RAYOS

El uso de un impermeable de goma (zapatillas de deporte o sustituir otros tipos de ropa aquí) disminuye mis posibilidades de ser golpeado." Por el contrario: "El uso de zapatos con casquillo aumenta mis posibilidades de ser golpeado." Falso, y probablemente falso. La primera es fácil para disipar: si un rayo ha quemado su camino a través de una milla o más de aire (que es un excelente aislante), no es lógico creer que unos pocos milímetros de cualquier material aislante será de protección. El segundo es un tema de controversia, pero me inclino a creer que habría un efecto muy pequeño por lo que está en la parte inferior de sus pies. Ciertamente metal en la parte inferior de los pies pueden calentarse y causar quemaduras secundarias, pero es poco probable que pueda "atraer" un rayo a la persona. 

Descargas atmosféricas

"Estoy seguro en un coche, porque los neumáticos de goma me protege". Verdadero y Falso. Es cierto porque no ha habido informes de muertes causadas por rayos que se han producido en un vehículo cubierto de metal duro con las ventanas cerradas. Sin embargo, los neumáticos compuestos tienen muy poca o ninguna parte en esto, por las mismas razones que las que acabamos de discutir lo concerniente al aislamiento. La seguridad tiene que ver con el hecho de que la corriente eléctrica viaja a través de la parte exterior de un conductor (el cuerpo metálico del automóvil) y se disipa en el suelo a través de caminos que incluyen los neumáticos y el agua de la lluvia.

"El uso del metal en el pelo aumenta mis posibilidades de ser golpeado." Cuestionable, aunque existen opiniones en ambos sentidos. Pins para el cabello (¿quien los sigue utilizando?) pueden ser seguro, cascos de metal no. El tema necesita más estudio (y mas publicación). Kitigawa ha demostrado de forma bastante concluyente con maniquíes que el metal en la cabeza no aumenta la probabilidad de ser golpeado (a menos que se proyecte muy por encima de la cabeza, aumentando la altura de la persona).

"Llevar un paraguas aumenta mi riesgo de ser golpeado." 

Verdadero. El aumento de su altura en un montante incrementa sus probabilidades de ser golpeado por una cantidad calculable, aunque un estudio prospectivo, basado en la población, doble ciego, aleatorio, no se ha hecho para este efecto, ni la composición (de metal o plástico versus compuesto) del paraguas o un hierro se ha estudiado. Otras cosas peligrosas que deben evitarse: no ser el objeto más alto en cualquier lugar, ya sea una playa, embarcación pequeña y abierta, el muelle, o prado. Evite estar bajo un pararrayos (excepto cuando esté en el interior de un edificio habitable que está sustancialmente protegido) o de pie cerca de una valla de metal, tuberías subterráneas, o de otros caminos metálicos que pueden transmitir la energía de una relámpago que caiga cerca. Evite nadar, porque la energía rayo se puede transmitir a través del agua para usted. Veleros deberían estar equipados con una protección adecuada sistemas de pararrayos.

"Cuando se encuentre afuera, que debería mantenerse alejado de los árboles." 

Prácticamente cierto. Ciertamente, usted debe permanecer lejos de los árboles más altos, que tienen más probabilidades de ser golpeado y el flash de lado o salpicaduras a usted. Sin embargo, uno no quiere llegar a ser el objeto más alto en una zona de pie en un prado, tampoco. Ser el objetivo más corto, o el más pequeño es probablemente la mejor respuesta si se encuentra a la intemperie. Si se encuentra en una zona boscosa, puede ser sabio escoger un área de densa vegetación de árboles jóvenes o árboles más pequeños, en lugar de un prado de árboles altos. Si está en una cresta, llegar a una zona baja.  Es aconsejable buscar refugio en un edificio siempre que sea posible . Los cobertizos en campos de golf, son potencialmente más peligrosas que otras áreas, ya que ofrecen muy poca protección. 

"Cuando un rayo golpea el suelo cercano, que es 'tierra', y yo estoy a salvo."   Total y absolutamente falso. A pesar de que la tierra que llamamos un "terreno", es muy difícil de bombear la electricidad en el suelo. La mayoría de la "tierra" es un muy buen aislante . Cuando un rayo golpea el suelo, se extiende a lo largo de la superficie unos cuantos centímetros del suelo en círculos cada vez mayor de energía llamada "corriente de tierra." Si entra en contacto con una cerca de alambre o una tubería de agua en la entrada de una casa la energía puede ser transmitida  a bastante distancia y causar lesiones a las personas cerca de estos caminos. La gente, por ser de portadores de agua en sus cuerpos, son mejores transmisores de la corriente eléctrica que la mayoría de terreno es, y muchas personas sufren cada año lesiones por el efecto tierra como resultado de que una pierna que está más cerca del rayo y la otra funciona como retorno. 

"Mi madre siempre me dijo que permanezca fuera de las telefónicas (de la tina del baño, lejos de las ventanas, desconecte los aparatos, etc) durante una tormenta." Un buen consejo, si no siempre resulta práctico. Una vez más, corriente de tierra por efecto de la energía transmitida a la estructura a lo largo de los cables o tuberías pueden encontrar a la persona una mejor conducción a tierra. Muchas lesiones se producen cada año a los usuarios de teléfono dentro de la casa. Una de las mayores nuevas áreas de fraude al consumidor tiene que ver con reclamaciones de indemnización por "valiosas" bases de datos en los equipos dañados por un rayo.

"Los relámpagos sólo se produce con las tormentas." Mucha gente comienza a buscar refugio una vez que el visualiza las nubes de tormenta encima. Pocos se dan cuenta que uno de los momentos más peligrosos para los mortales es un rayo antes de la tormenta. Un rayo puede viajar tan lejos como 10 kilometros en posición casi horizontal y parece que se produce "de la nada o cielo despejado" o por lo menos cuando el día está soleado en su mayor parte. Cuanto más rápido que la tormenta se desplaza y la más violenta, más probable es que ocurra. Otra vez subestimado por su peligro potencial es el final de una tormenta eléctrica.

"Si pudiéramos aprovechar un rayo que podría utilizar esa energía para el mundo durante meses." Uman elocuentemente explica la razón de que esto no se puede hacer y es falso en su libro, Todo sobre Rayo. Ha hecho dos observaciones: no es práctico interceptar un número suficiente de rayos que se producen en el mundo, y la mayoría de la energía en caída de un rayo se convierte en el trueno, el calor, la luz y las ondas de radio. Apunta: "Si dispusiera de la energía total de un rayo solo sería para iluminar una bombilla de luz normal del hogar por sólo unos pocos meses." 

"El relámpago podría ser utilizado para un arma militar." 

Una vez más, Uman, un profesor de ingeniería eléctrica que escribe con una claridad maravillosa, es mi fuente. "En vista del impresionante poder destructivo del armamento moderno, el uso militar de los rayos... Probablemente sería más como psicológico que como un arma destructiva." 

 Y por último pero no menos importante, "nunca rayos caen en el mismo lugar dos veces." En realidad, el edificio Empire State y la Torre Sears son golpeados miles de veces al año, al igual que cimas de las montañas y la televisión, antenas de radio. Si las circunstancias para facilitar la caída de rayos originales todavía están en vigor en un área, entonces las leyes de la naturaleza fomentará la caída e rayos a seguir siendo más frecuente allí. Después de todo, esa es la razón que la protección de sistemas de alumbrado se requieren en muchos edificios públicos (incluidos los hospitales) por los códigos de construcción.

CUANDO ALGUIEN ES ALCANZADO POR UN RAYO

Interesante artículo de la NASA donde se dan a conocer algunos datos curiosos sobre los relámpagos, como que los hombres son 4 veces mas alcanzados por los relámpagos que las mujeres o el desconocimiento de por qué solamente el 20% de los que son alcanzados por un relámpago mueren. ¿Los lugares donde caen mas relámpagos?: los campos de golf.
What happens when people and lightning converge?

COMO EVITAR QUE LE CAIGA UN RAYO

 Antes de la tormenta

 Identificación de la tormenta eléctrica. La identificación puede realizarse de dos maneras:
mediante la observación del estado atmosférico y con el apoyo de dispositivos de detección. Las condiciones a observar son las siguientes:

1. Proximidad de nubes oscuras, imponentes o amenazadoras

1. Rayos y truenos distantes; y

1. Ráfagas de viento

Los dispositivos de detección que pueden utilizarse para la identificar la presencia de tormentas eléctricas, se identifican como:
Dispositivos simples: Un receptor de radio AM
La incidencia de un rayo produce una señal de ruido en la banda de AM lo que permite identificar la presencia de una tormenta eléctrica. Puede estimarse la cercanía de la tormenta eléctrica mediante la frecuencia con la que se perciban las descargas en el radio o tomando el tiempo que transcurre entre la detección visual del rayo (o la señal del ruido del radio) y cuando se escucha el trueno asociado. Si este es menor a 30 seg., la tormenta está cerca.
Nota: la distancia a la tormenta eléctrica es de 1 km por cada 3 s transcurridos entre la brillantes del rayo y el trueno.
 Dispositivos complejos: Detectores de campo eléctrico
 Existen medidores de campo eléctrico que permiten identificar la presencia de tormentas eléctricas cuando sobrepasan un umbral definido. Existen también sistemas localizadores de tormentas en tiempo real y sistemas de detección a través de satélites atmosféricos.
 Los dispositivos permiten alertar con la suficiente antelación para tomar las medidas de seguridad o prevención y buscar refugio. Sin embargo, y aún cuando la tecnología e instrumentación han demostrado su efectividad, no pueden garantizar la seguridad para las personas. Por lo que deben ser usados únicamente como un instrumento de ayuda para la etapa inicial y final de la tormenta eléctrica.

 Durante la tormenta

Si se encuentra en interiores:

• Evitar salir al exterior y alejarse de puertas y ventanas. Cerrar ventanas, cortinas y persianas.
• Evitar caminar sobre suelos húmedos o con calzado mojado.
• Evitar la utilización de equipo eléctrico o teléfono alámbrico.
• Evitar el contacto con todo objeto metálico, aparatos eléctricos, marcos de ventanas, incluyendo tuberías metálicas. 
• Si no se tiene ninguna protección contra sobre tensiones eléctricas,  es conveniente desconectar  los equipos eléctricos o electrónicos, incluyendo las conexiones por  línea telefónica o por  servicio de cable. 

Es importante considerar que un albergue o construcción que cuenta con un sistema de protección contra tormentas eléctricas es mucho más seguro que el que no lo tiene.

 Si se encuentra en exteriores:

• Evite correr para escapar de la tormenta. Hágalo rápido, pero con calma.
• Busque refugio si es posible, al interior del edificio más cercano. 
• Evite refugiarse debajo de una torre metálica.
• En un bosque, busque refugio debajo de un lugar densamente poblado de árboles pequeños.
• Evite refugiarse debajo de un árbol aislado. 
• En caso de encontrarse en zona de jardín o en campo abierto y sin posibilidad de protegerse por alguna estructura, evite permanecer de pie. Colóquese de rodillas, dóblese hacia delante y ponga las manos en las rodillas. Evite estar en posición erguida.
• Evite estar cerca de estructuras como torres, árboles, cercas metálicas, líneas telefónicas o cables de alta tensión u objetos metálicos.
• Evite utilizar herramientas ni objetos metálicos (paraguas, palos de golf, herramientas, etc.). 
•  Evite contacto con el agua. Si se encuentra en una alberca o a la orilla del mar, debe salir inmediatamente y buscar refugio. 
• Evite estar cerca del sistema de pararrayos: Desde las puntas o terminales aéreas, los cables que forman la malla en azoteas, los conductores de bajada y los electrodos de conexión a tierra.
• Evite estar cerca de cualquier objeto metálico, equipos o instrumentos agrícolas, motocicletas, carritos de golf, palos de golf, bicicletas, tubos de metal, rieles, etc. 
• Los vehículos (no convertibles o descapotados) constituyen un buen refugio. Se debe permanecer dentro del automóvil evitando tener algún contacto con el material metálico del vehículo.  
• Si alguna persona es alcanzada por un rayo y queda inconsciente, se debe avisar inmediatamente al Servicio Medico de Urgencias (SMU). Si se esta capacitado aplique los primeros auxilios mientras llega el SMU. Se deberá procurar el apoyo médico incluso si la persona afectada no se desmaya.

Posición recomendada durante tormenta eléctrica

Debe tenerse presente que muchos de los eventos fatales ocurren en la etapa temprana de la tormenta eléctrica  así como en la etapa terminal.
Esta última etapa es importante, porque la actividad atmosférica de rayos puede persistir, hasta 30 min después de haberse escuchado o visto el último rayo.

 

Después de la tormenta

• Realice una verificación de la(s) estructura(s) o instalación(es) al terminar la tormenta para buscar los posibles daños provocados por esta.
• Reporte la caída de cables de servicio público.
• Inspeccione el sistema de pararrayos para detectar y ordenar a la brevedad posible, la reparación de los daños que se hubieren generado.