Diferencia entre un rayo y un pararrayos en sistemas eléctricos 

El rayo es un proceso natural que ocurre en ambientes nublados y tiempo tormentoso. Los rayos no solo producen una luz enorme, sino que también poseen una gran cantidad de gradiente de potencial (10 kv/cm) y corriente en el rango de 10 kA a 90 kA. Pero técnicamente podemos definir el relámpago como “Se conoce como relámpago una descarga eléctrica entre nubes y tierra, entre nubes o entre los centros de carga de una misma nube”.

El relámpago es un proceso natural que produce una gran chispa en las nubes cuando las nubes se cargan hasta un gradiente de alto potencial con respecto a la tierra y una nube vecina que se destruye con una fuerza media. Hay tantas teorías dando vueltas sobre el rayo. Pero aquí discutiremos la teoría que es la más aceptada. Cuando el aire caliente se precipita hacia el cielo, la fricción entre el aire y las diminutas partículas de agua provoca la formación de cargas. Cuando se forman las gotas de agua, la gota grande se carga positivamente y la gota más pequeña se carga negativamente.

Estas gotas se acumulan en las nubes, por lo que la nube puede tener cargas positivas o negativas. La carga en una nube puede llegar a ser tan grande que puede descargarse a otra nube o tierra y llamamos a este fenómeno un rayo.

Mecanismo de descarga del rayo

Discutamos ahora la forma en que se produce la descarga del rayo. Cuando una nube cargada pasa sobre la tierra. Induce cargas iguales y opuestas en la tierra debajo. Cuando el gradiente potencial alcanza hasta 5kv/cm a 10kv/cm para descomponer el aire circundante y comienza el rayo.

1. Tan pronto como la nube rompe el aire, una serpentina llamada serpentina líder sale de la nube hacia la tierra y lleva consigo la carga. Si no se mantiene el gradiente de potencial, la serpentina líder se detiene y la carga se disipa sin que se forme un golpe completo. Como se muestra en la figura (a).

2. En muchos casos, la serpentina líder continúa su viaje hacia la tierra, hasta que hace contacto con la tierra o algún objeto en la tierra. Cabe señalar que las serpentinas del líder tienen suficiente luminosidad y dan lugar a la primera descarga visual. Como se muestra en la figura (b).

3. El camino de la serpentina líder es el camino de la ionización. Por lo tanto, se produce una ruptura completa del aislamiento. El líder descendente tiene una carga negativa y cuando este líder entra en contacto con la tierra, la serpentina que regresa sigue el mismo camino, viajando hacia arriba con una carga positiva. Este proceso de neutralización provoca una chispa repentina llamada rayo. Como se muestra en la figura (c).
   

Conozca qué son los pararrayos y sus tipos:

El apantallamiento de tierra y los cables aéreos de tierra brindan suficiente protección contra rayos directos, pero a menudo no brindan protección contra las ondas viajeras, que pueden llegar al aparato. Los pararrayos o desviadores de sobretensiones brindan la protección requerida a los dispositivos contra estas sobretensiones.

La figura anterior muestra la forma básica de un pararrayos. Está claro que consiste en un espacio de chispa en serie con una resistencia no lineal. Un extremo del desviador está conectado a la parte protegida del dispositivo y el otro extremo está conectado a tierra. En condiciones normales, el desviador de sobretensiones permanece fuera de línea y no conduce corriente. Pero cuando ocurre un rayo, el aislamiento de aire entre el espacio de chispas se ioniza y conduce una alta corriente a tierra.

Tipos de pararrayos:

• Rod Gap P:es la forma más simple de pararrayos. Se compone de dos varillas de 1,5 cm que se doblan en ángulo recto con un espacio en blanco y negro. Una varilla está conectada a la línea y la otra está conectada a tierra. La distancia entre el espacio y el aislador no debe ser inferior a 1/3 de la longitud del espacio para que el arco no alcance el aislador y lo dañe. Como se muestra en la siguiente figura.                  

• Pararrayos de bocina: este tipo de desviador de sobretensiones consta de dos A y B de metal en forma de bocina separados por un pequeño espacio de aire. Estos cuernos están construidos de manera que la distancia entre ellos aumenta gradualmente hacia la parte superior, como se muestra en la figura. Estos cuernos están montados sobre un aislador de porcelana. Un extremo está conectado a la línea con la resistencia en serie R y la bobina de choque L, mientras que el otro extremo está conectado a tierra de manera efectiva.

• Pararrayos Multigap:Este tipo de pararrayos consiste en una serie de cilindros metálicos aislados entre sí y separados por pequeños espacios de aire. Como en la figura el primer cilindro A está conectado a la línea y el otro a tierra con una serie de resistencias. Conectar los espacios con el suelo con la ayuda de una serie de resistencias es disminuir el efecto de las ondas viajeras. Dichos pararrayos se pueden instalar donde el voltaje del sistema no exceda los 33 kv.

• Pararrayos de tipo expulsión: este tipo de pararrayos se usa comúnmente en aquellos sistemas donde el voltaje del sistema es de hasta 33 kv. Este tipo de pararrayos también se denomina “tubo protector”. Las partes básicas del pararrayos de expulsión se muestran en la figura. Inicialmente, el pararrayos consiste en un espacio de varilla en serie con un segundo espacio encerrado en un tubo de fibra. El espacio en el tubo de fibra está formado por dos electrodos. El extremo superior está conectado con la tapa de la varilla y el otro extremo está conectado con el suelo. El pararrayos de tipo expulsión puede realizar el número limitado de  operaciones ya que durante cada operación se consume parte del material de fibra.

• Pararrayos tipo válvula:El tipo de pararrayos más importante y efectivo es el pararrayos tipo válvula. Se compone de dos conjuntos 1) vías de chispas en serie 2) discos de resistencia no lineal en serie (hechos de tirita o metrosil). Las resistencias no lineales están conectadas en serie con las vías de chispas. Ambos conjuntos están encerrados en un recipiente hermético de porcelana, como se muestra en la siguiente figura.

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