Benjamín Franklin invento el pararrayos, desde entonces se han establecido las áreas de protección con distintos criterios.
Se pretende repasar estos criterios, y reunirlos para poder desarrollar casos comparativos.
Un criterio propuesto por Wagner (AIEE Transactions 61, Shelding Substations) fija curvas que definen zonas de protección con probabilidad de exposición de 0.1 %, (ver figura 10.3g Westinghouse Reference Book fig. 35).
Las figuras se aplican a un mástil (el espacio bajo un pararrayos de puntas), un cable de guarda (el espacio bajo un solo cable de guarda), dos mástiles o dos cables de guarda (epacio entre dos cables de guarda).
Además se dan reglas para construir el área protegida bajo varios pararrayos de puntas (dos, tres, cuatro ver figura 10.4g).
El área protegida entre dos cables esta limitada por una circunferencia con centro en un punto que se encuentra una altura desde el suelo igual a dos veces la altura de los cables, y apoyada sobre los mismos. (ver figura 1)
El área lateral protegida por un cable de guarda esta limitada por una circunferencia de radio dos veces la altura del cable. (ver figura 2).
La planilla m-langer.txt muestra areas de proteccion entre cables de guarda y fuera de ellos por el metodo de Langher
El área protegida entre dos pararrayos de puntas esta limitada por una circunferencia con centro en un punto que se encuentra a tres veces la altura de las puntas, y apoyada sobre ellas.
Para un pararrayos de puntas el area protegida se determina con una circunferencia de tres veces la altura de la punta.
Otro metodo para determinar el area protegida debajo de un pararrayos de puntas instalado en un mastil es el siguiente:
Para hp < 30 m se tiene r = 1.6 * (hp – x) / (1 + x / hp)
Y para hp >=30 m se tiene r = 8.8 * (hp – x) / ((1 + x / hp) * raiz(hp))
Siendo hp la altura de la punta, r el radio del area protegida a distancia x de la punta.
La planilla m-frankl.txt determina areas de proteccion de pararrayos de puntas, ambas planillas se han obtenido con los programas que se ejecutan dentro de WproCalc.
La descarga atmosférica avanza a saltos de
cierta longitud, el área protegida por construcciones cualesquiera (metálicas o
similares) se obtiene haciendo rodar una esfera que representa la longitud de
un salto (Figura ray-04.jpg).
Imagínese el modelo de las estructuras realizadas con cajas (paralelepipedos y cilindros) y una esfera (de radio dado) que pinta las superficies sobre las que apoya, se hace rodar la esfera sobre el suelo, y todas las estructuras, parte queda sin pintar, y parte queda pintada.
La superficie pintada es aquella que puede ser alcanzada por un rayo, las partes de estructura pintadas son aquellas donde deben estar los captores, las partes sin pintar son áreas protegidas (por los captores de las zonas pintadas).
El radio de la esfera se toma entre 20 y 60 metros según el nivel de protección (mayor menor) que se necesita (debe) tener.
Veamos una explicacion simplificada, ya hemos dicho que la descarga avanza a saltos. En el área en estudio hay cierta probabilidad de que se presenten rayos. Por simplicidad imaginemos que estos caen segun lineas verticales, llegando al suelo.
Supongamos que se presenta cierta cantidad de rayos por unidad de superficie, en su avance el rayo llega a determinado punto. (ver figura elegeo.jpg)
Tenemos un punto C captor, y un punto P protegido, el rayo ha llegado a un punto R1, en su camino hacia el suelo, y dara un paso de longitud igual a la distancia de salto, en su avance elegira el punto C o P que este mas proximo, a distancia menor que la de salto.
Entre los puntos C y P se puede trazar una recta equidistante, arriba de dicha recta el rayo que ha llegado a R1 alcanzara el punto C, debajo R2 alcanzara P (o llegara al suelo, o avanzara otro salto).
El elemento C protege para todos los puntos R1 arriba de la recta y que estan a una distancia menor de la longitud de salto que corresponde a la corriente.
Para los puntos R2 debajo de la recta, el rayo ira al suelo, al elemento protegido P (falla de aislacion), o avanzara mas con un nuevo salto, segun sea su distancia al elemento protegido o al suelo, los puntos equidistantes del suelo, y del punto P estan situados en una parabola,
Cuando el rayo llegue a R3 caera finalmente al suelo.
El espacio queda dividido en tres zonas, entre tierra y la parabola R3, entre la parabola y la recta R2, arriba de la recta R1, para un rayo de intensidad dada, con una longitud de salto, queda definido para cada punto R adonde puede ir el rayo, a C, P, tierra o avanzar otro paso.
