Conocimiento industrial

El módulo de protección contra rayos para corriente alterna (CA) es adecuado para la protección del suministro eléctrico en salas de distribución, armarios de distribución, armarios de interruptores, paneles de distribución de corriente alterna y continua (CA/CC), así como en sistemas de comunicaciones, electrónica, energía, redes, ferroviarias y carreteras, entre otros. Los edificios cuentan con cajas de distribución de entrada al aire libre y cajas de distribución por plantas, que se utilizan en redes eléctricas industriales y civiles de baja tensión (220/380 VCA). El protector contra rayos para señales se emplea en la protección contra sobretensiones por intrusión en líneas; el pararrayo se usa para la protección contra rayos directos; y en el sistema eléctrico, se aplica principalmente para la entrada o salida de energía trifásica en las pantallas de suministro de salas de automatización y salas de control principal de subestaciones.

Formación del Rayo

1. Clasificación de las Tormentas Eléctricas

(1) Tormentas Eléctricas Frontales

Las tormentas eléctricas frontales se producen cuando dos masas de aire en la superficie se encuentran: la masa de aire frío, por su mayor densidad, fluye debajo de la masa de aire caliente, formando un movimiento relativo en la interfaz entre ambas masas y elevándose bruscamente. Las corrientes de aire caliente forman fuertes columnas ascendentes y remolinos, que originan nubes de acumulación. En este momento, si la temperatura de la masa de aire caliente es lo suficientemente alta y su contenido de humedad es adecuado, se puede formar una enorme nube tormentosa (nube de rayo).

(2) Tormentas Eléctricas Térmicas

Las tormentas eléctricas térmicas ocurren en zonas montañosas. Debido a la insolación, la temperatura del cerro y su superficie aumenta, y el aire caliente fluye hacia el cielo por su baja densidad. La temperatura de los árboles, lagos y ríos cercanos es más baja, por lo que las corrientes de aire relativamente frío alrededor del cerro se concentran en las áreas de temperatura alta y densidad baja. Al mismo tiempo, estas corrientes de aire fluyen hacia el cielo a causa de la alta temperatura de la superficie del cerro, formándose así tormentas eléctricas térmicas.

2. Mecanismo de Formación de Nubes de Acumulación

(1) Efecto de Carga por Absorción de Agua

En la atmósfera existe un campo eléctrico descendente, que hace que los iones positivos y negativos del aire se muevan respectivamente hacia abajo y hacia arriba. Las gotas de agua neutras también se polarizan en el campo eléctrico, con cargas negativas en el extremo superior y cargas positivas en el extremo inferior. Cuando una gran gota de agua cae, su extremo inferior absorbe iones negativos y repele iones positivos. Debido a que la gran gota cae rápidamente, la carga negativa en su extremo superior no puede absorber los iones positivos que están encima, por lo que toda la gota queda cargada negativamente. Las pequeñas gotas son transportadas hacia arriba por el flujo de aire: la carga negativa polarizada en el extremo superior de la gota absorberá iones positivos, por lo que las pequeñas gotas quedan cargadas positivamente.

(2) Efecto de Congelación de Gotas de Agua

Se ha observado que el agua adquiere carga positiva cuando se congela, mientras que el agua no congelada queda cargada negativamente. Por lo tanto, cuando el flujo ascendente en la zona de cristales de hielo de la nube lleva consigo el agua que se encuentra encima de los granos de hielo, las cargas se separan y se distribuyen en diferentes zonas de la nube, cada una con carga específica.

(3) Efecto de Ruptura de Gotas de Agua

Las gotas de agua residuales grandes quedan cargadas positivamente, mientras que las gotas diminutas adquieren carga negativa. Esto se debe a que la superficie de las gotas contiene una gran cantidad de electrones.

3. Mecanismo de Descarga de Nubes Tormentosas

Debido a la distribución desigual de cargas en la nube, se forman numerosos centros de carga, por lo que la intensidad del campo eléctrico entre nubes, dentro de una nube y entre nubes y la tierra es diferente. La descarga hacia la tierra solo ocurre cuando el campo eléctrico entre la nube y la tierra es el más intenso y alcanza un valor determinado. Del mismo modo, cuando la intensidad del campo eléctrico entre nubes alcanza un valor crítico, también se produce la descarga entre nubes. En realidad, la mayoría de las descargas ocurren entre nubes o dentro de una nube.

Mecanismo de descarga de una nube tormentosa hacia la tierra: la nube con una gran cantidad de cargas ejerce una inducción electrostática sobre la tierra, y la tierra induce una gran cantidad de cargas de signo opuesto, formando un fuerte campo eléctrico entre la nube tormentosa y la tierra. Cuando la intensidad del campo eléctrico alcanza 25-30 kV/cm en un punto determinado, la nube tormentosa genera una descarga guía hacia la tierra (en casos excepcionales, el líder del rayo emana desde la tierra hacia arriba). Cuando el líder alcanza la tierra o se encuentra con el líder terrestre, se produce un rayo al neutralizarse las cargas y formar una descarga intensa. La descarga suele ocurrir más de una vez: la primera corriente es muy grande, mientras que las corrientes de rayo subsiguientes son mucho más pequeñas.

Principio de Funcionamiento de la Protección contra Rayos

La protección contra rayos se refiere a la tecnología de protección que evita daños al edificio mismo o a sus equipos internos causados por rayos directos o pulsos electromagnéticos de rayo, mediante la formación de un sistema integrado que intercepta, conduce y finalmente descarga la energía del rayo hacia la tierra.

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