Rayos vs Pararrayos: Diferencias Clave en Sistemas Eléctricos

El rayo es un fenómeno natural que ocurre en tiempo tormentoso. No solo produce una enorme luminosidad, sino que posee un gradiente de potencial enorme (10 kV/cm) y corrientes entre 10 kA y 90 kA. Técnicamente, se define como «una descarga eléctrica entre nube y tierra, entre nubes o entre centros de carga de una misma nube».

El rayo produce un gran chisporroteo cuando las nubes se cargan hasta un gradiente de potencial tal que la rigidez dieléctrica del aire se rompe. Existen muchas teorías; aquí explicamos la más aceptada: al ascender aire cálido, la fricción con minúsculas gotas de agua genera cargas. Las gotas grandes se cargan positivamente y las pequeñas negativamente.

Estas gotas se acumulan en las nubes, que adquieren carga positiva o negativa. Cuando la carga es lo suficientemente grande, se produce la descarga hacia otra nube o a tierra: el rayo.

Mecanismo de la descarga atmosférica

Analicemos cómo se produce la descarga. Cuando una nube cargada pasa sobre la tierra, induce cargas iguales y opuestas en el suelo. Al alcanzar el gradiente de potencial entre 5 y 10 kV/cm, el aire se ioniza y comienza el rayo.

1. Tras la ionización, un líder descendente parte de la nube hacia tierra transportando carga. Si el gradiente no se mantiene, el líder se detiene y la carga se disipa sin formarse el rayo completo (figura a).
2. A menudo, el líder continúa hasta contactar con tierra u objeto en ella. El líder tiene luminosidad suficiente y produce la primera descarga visible (figura b).
3. El camino del líder es un canal ionizado; se produce ruptura total del aislamiento. El líder descendente (carga negativa) al tocar tierra genera un líder ascendente (carga positiva) que sigue el mismo canal. Esta neutralización causa el chisporroteo repentino: el rayo (figura c).

Conozca los pararrayos y sus tipos:

La malla de tierra y los hilos de guarda protegen contra impactos directos, pero a menudo fallan frente a ondas viajeras que llegan a los equipos. Los pararrayos (descargadores de sobretensión) brindan la protección necesaria contra estas sobretensiones.

La figura muestra la forma básica de un descargador: una chispa en serie con una resistencia no lineal. Un extremo se conecta al equipo a proteger y el otro a tierra. En condiciones normales, el descargador no conduce. Al caer un rayo, el aire en la chispa se ioniza y deriva la corriente a tierra.

Tipos de pararrayos:

• Pararrayos de varilla (Rod Gap): El más simple. Dos varillas de 1,5 cm dobladas en ángulo recto con un hueco entre ellas. Una conectada a la línea, la otra a tierra. La distancia entre el hueco y el aislador no debe ser menor de 1/3 de la longitud del hueco para evitar que el arco dañe el aislador.

• Pararrayos de cuerno (Horn Gap): Dos piezas metálicas en forma de cuerno (A y B) separadas por un pequeño hueco de aire que aumenta hacia arriba. Montados sobre aislador de porcelana. Un extremo conectado a línea con resistencia serie R y bobina de ahogo L; el otro a tierra efectiva.

• Pararrayos de múltiples huecos (Multigap): Serie de cilindros metálicos aislados entre sí y separados por pequeños huecos de aire. El primer cilindro (A) conectado a línea, el último a tierra con resistencias en serie. Reducen el efecto de ondas viajeras. Usados hasta 33 kV.

• Pararrayos de expulsión (Expulsion Type): Común en sistemas hasta 33 kV, también llamado «tubo protector». Consta de un hueco de varilla en serie con un segundo hueco dentro de un tubo de fibra. Los electrodos forman el hueco en la fibra; el superior conectado a la varilla, el inferior a tierra. Realiza un número limitado de operaciones porque el material de fibra se consume en cada una.

• Pararrayos de válvula (Valve Type): El más importante y eficaz. Dos conjuntos: 1) chispas en serie, 2) discos de resistencia no lineal en serie (tyrite o metrosil). Las resistencias van en serie con las chispas. Ambos conjuntos encerrados en recipiente de porcelana hermético.

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