Ver 4ª PARTE
Puesta a tierra de protección frente a la estática y rayos
Las plantas
industriales que manejan disolventes, materiales pulverulentos, u otros
productos inflamables a menudo tienen condiciones de operación potencialmente
peligrosas debido a la acumulación de carga estática en el equipo, en los
materiales que están siendo manejados, o incluso en el personal de operación.
La solución
simple del equipo individual de puesta a tierra no siempre es la solución al
problema y no siempre es posible en muchos procesos. Cada instalación se
estudiará de forma que se seleccione el método de control adecuado.
La
protección de la vida humana es el objetivo principal para el control de las
cargas electrostáticas. Además del peligro directo para la vida y propiedad
cada año.
La solución
simple del equipo individual no es siempre la solución al problema y no siempre
es posible en muchos procesos. Cada instalación se estudiará para seleccionar
el método de control más apropiado.
La
protección de la vida humana es el primer objetivo en el control de las cargas
electrostáticas. Adicionalmente al peligro directo para la vida de explosión o
fuego creado por una descarga electrostática, hay posibilidad de daños al
personal.
Otro
objetivo de controlar la electricidad estática es evitar:
a)
Pérdidas en inversiones, edificios, equipamiento
y materiales almacenados.
b)
Pérdidas de producción, trabajadores ociosos y
penalizaciones (real o intangible).
Evitando las
pérdidas por medio del control electrostático conseguimos buenas garantías. Las
interferencias magnéticas eléctricas emanando de las descargas eléctricas
pueden causar interferencias con equipos electrónicos sensibles, incluyendo equipos
de control y comunicaciones.
Un motivo
adicional para implementar un control electrostático efectivo puede ser
asegurar la calidad del producto. Por ejemplo, las cargas estáticas en
operaciones de pulido pueden obstaculizar el grado de finura deseada en el
producto terminado. En ciertas operaciones textiles las cargas estáticas pueden
originar que las fibras queden en el extremo en vez de quedar planas,
resultando un producto de inferior calidad.
El manejo
material por chutes, transportadores, o conductos acumula cargas estáticas,
causando que el material se adhiera a la superficie de tolvas o conductos y por
lo tanto se obstruyen las aperturas o cree una fricción incrementada que
desgaste las superficies. Las cargas estáticas en personas pueden resultar en
daños en componentes electrónicos sensibles o corrupción de datos valiosos. Los
problemas de estática en la fabricación de circuitos impresos se controlan
teniendo al personal puesto a tierra con resistencias que van de 1 – 5 Mohmios.
Puesta a tierra para la protección contra el rayo
La puesta a
tierra para la protección contra el rayo está relacionada con el control de las
corrientes de descarga en la atmósfera. La función del sistema de puesta a
tierra de los rayos es transportar estas corrientes de descarga con seguridad a
tierra sin incurrir en diferencias de potencial perjudiciales a través del
aislamiento eléctrico en los sistemas de potencia industriales, sin
sobrecalentar los conductores de puesta a tierra de los rayos, y sin la descomposición
disruptiva del aire entre los conductores de tierra de descarga de rayos, y sin
la descomposición disruptiva del aire entre los conductores de tierra del rayo
y otros elementos metálicos de la estructura.
Debe realizarse
una evaluación del riesgo para determinar si la protección contra el rayo debe
instalarse o no. La evaluación del riesgo debe considerar:
a)
Ocupación humana.
b)
Factores de exposición/estructural afectando la
seguridad.
c)
Tipo de construcción.
d)
Uso y valor de contenidos.
e)
Grado de exposición y aislamiento.
f)
Factores de factibilidad.
g)
Frecuencia de tormentas.
h)
Área de puesta a tierra cubierta.
Los rayos
representan una fuente de sobrevoltaje. Son capaces de descargar un potencial
de un millón y medio de voltios o más en un objeto. La corriente en la descarga
directa puede ser tan alta como 200 000 A.
La presencia
de una fuente de tensión de tal magnitud enfatiza la necesidad de altas
capacidades de descarga en los descargadores de sobretensiones y baja
impedancia en los cables de conexión. La protección frente al rayo consiste en
colocar terminales o elementos desviadores en la parte superior o alrededor de
la estructura protegida, y conectándolas a un conductor a tierra.
El conductor
debe tener una capacidad para transportar corriente y no incluye porciones de
alta resistencia o alta reactancia o conexiones y presentaría la menor
impedancia posible a tierra. No debe haber curvas o bucles pronunciados en los
circuitos de tierra de protección contra sobretensiones. El radio de las curvas
será tan grande como sea posible, ya que curvas pronunciadas incrementan la
reactancia del conductor. La reactancia es mucho más crítica que la
resistencia, debido a la muy alta frecuencia del frente de la sobretensión.
Los golpes
de rayos remotos pueden inducir peligrosas sobretensiones en cables cercanos,
pueden causar disfuncionamientos de circuitos de control, y pueden causar
interferencia electrónica. Los descargadores de sobretensión y condensadores de
sobretensión, apropiadamente aplicados, pueden reducir los efectos de
sobretensiones inducidas. Las corrientes de tierra causados por los golpes de
rayos pueden causar grandes diferenciales de potencial entre diferentes puntos
de tierra, causando altas corrientes en la envoltura del cable y altos voltajes
entre conductores de fase de cable y tierra.
Zona de protección
Tradicionalmente
se ha considerado un cono de protección con un ángulo entre 45 y 60 º desde el
terminal de aire vertical dependiendo de la probabilidad de protección deseada.
Cualquier área bajo la línea imaginaria dibujada desde la parte superior del
terminal de aire, en el ángulo del grado de protección buscado, se considera
protegido de los efectos e un rallo. Otras normas (ANSI/NFPA 780-1992) usan una
esfera imaginaria. El radio de esta esfera es de 45 m. Con la esfera
descansando en dos puntos, cualquier área bajo la esfera se considera está en
la zona de protección. Para mejorar el grado de probabilidad de protección, el
radio decrece.
Hay varios
métodos para proteger contra el rayo, tales como:
a)
Terminal de aire de Franklin.
b)
Caja de Faraday.
c)
Early emission (ionizing) streamer.
d)
Eliminador, disuasivo, esfera, bola.
Terminales de aire
Los
terminales de aire Franklin se conectan a los conductores para constituir una
caja de Faraday. El terminal de aire Frankling y la caja de Faraday se combinan
para formar un sistema completo. El terminal de aire de Franklin y la caja de
Faraday se combinan para formar y sistema completo y se les refiere por varios
términos, sistema de terminal de aire, caja de Faraday y/o el método Franklin o
el concepto Fortress. Las estructuras de acero, adecuadamente puestas a tierra,
cumplen los requerimientos anteriores con la adición de terminales de aire.
Típicamente los terminales de aire están espaciados entre 6 m y 7,6 m aparte
del borde de la estructura y 15 m en el interior del tejado. Las conexiones
cruzadas se hacen a 45 m. En una estructura de acero, los conductores por
tierra deben proporcionar al menos dos trayectorias a tierra para el rayo en
cualquier terminal de aire.
Early emission ionizing streamer
La
tecnología de conductor de rayos de ionización data de 1914. Una patente fue
emitida en 1931. En 1953 Alphonse Capart, el hijo del inventor, mejoró el
mecanismo. Los primeros dispositivos de protección contra el rayo ionizing-streamer
se consideraron dispositivos dinámicos comparados con el cono de Franklin o la
caja de Faraday. Se usan fuentes radiactivas para obtener la ionización del
aire alrededor de la punta del terminal de aire. La teoría dice que el terminal
de ionización radiactiva produce una elevación del chorro de aire. Esta columna
actúa como un terminal de aire extendido reduciendo la tensión o, si el
potencial es suficiente, se proporciona un streamer conductivo. El efecto es un
terminal de aire de Franklin con una gran zona de protección. Dos conductores
por tierra se requieren para cada mástil de ionización.
Eliminator, deterrent, system
Se trata de
un método controvertido que existe desde hace muchos años. El montaje en cada
terminal de aire es una disposición de pinchos emanando del centro del terminal
de aire. La teoría es disipar la carga. Su éxito depende del uso efectivo del
concepto de caja de Faraday y excelentes prácticas de puesta a tierra.
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