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Un estudio detallado sobre los sistemas de protección contra descargas atmosféricas y puestas a tierra en la compañía helmerich and payne. El objetivo principal es brindar seguridad tanto a los empleados como a los equipos eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones. El documento abarca temas como los tipos de descargas eléctricas atmosféricas, el proceso de formación y descarga de los rayos, la densidad de descargas a tierra, los métodos de apantallamiento y puesta a tierra, y la importancia de contar con un sistema de protección adecuado. Además, se incluye información sobre la inspección realizada en un taladro de perforación específico y las recomendaciones para mejorar el sistema de protección existente. Este estudio es relevante para profesionales y estudiantes interesados en la ingeniería eléctrica, la seguridad industrial y la protección contra descargas atmosféricas.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Certificación que el presente trabajo fue realizado por el Sr CARLOS R.
TASIPANTA SUNTASIG, bajo nuestra dirección.
Ing. Pablo Mena L. Ing. Washinton Freire
DIRECTOR CODIRECTOR
A Dios y a mis padres, que con su abnegada labor y comprensión hicieron
posible que culminara uno más de mis objetivos planeados.
Pág.
VII Aplicaciones a la Compañía HELMERICH AND PAYNE ……………
Apanatallamiento…...……………………………………………………………….
Puesta a tierra…………………………………………………………………….
Conclusiones………………………………………………………………………
Recomendaciones………………………………………………………………...
metálicas que se encuentren accesibles al contacto con las personas se deben mantener siempre a un potencial bajo similar al de la tierra que es igual a cero para que en caso de accidentes no resulte el peligro para las personas.
Esto quiere decir que las instalaciones eléctricas deben estar diseñadas para prevenir el peligro de cualquier contacto accidental de las partes metálicas circundantes con los elementos que se encuentren bajo tensión, los cuales deben estar provistos de apoyos y aislantes adecuados. Aún con estas medidas de seguridad permanece el peligro de estas partes normalmente aisladas puedan tener contacto con las partes que no están a tensión y tengan un potencial con respecto al suelo (tierra) apareciendo un potencial normal esto puede ocurrir por algunas causa accidental o defectos de aislamientos.
Fig. 1.1 Potenciales a tierra Peligrosos
Este peligro se puede reducir y eventualmente eliminar siendo las partes metálicas que no están a potencial y el suelo se establece una conexión a tierra conveniente que se denomina “conexión a tierra” que se caracteriza por
un valor suficientemente pequeño de RT como para evitar potenciales que resulten peligrosos.
El valor de resistencia RT que es necesario tener en la conexión a tierra debe resultar más pequeña a medida que la corriente de falla a tierra IT resulte más grande, la tensión a tierra resulta entonces de la relación.
VT = RT x IT. (1.1)
La resistencia de tierra RT se da en forma convencional como la relación entre la tensión de tierra en la instalación (media entre una sección inicial A y un punto L suficientemente) lejano a la correspondiente corriente de tierra por dispersor. El punto L que está suficientemente lejano de A, si el dispersor es una varilla la distancia se puede suponer igual a la longitud del mismo. Ver figura 1.
Fig.1.2. Muestra el potencial a tierra en el momento de una falla.
una falla entre la estructura o carcasas de los equipos las cuales están aterrados y cerca de la puesta a tierra.
FIG.1.3. corrientes y potenciales alrededor de una malla a tierra.
Estos incrementos de potencial de la red se pueden disminuir realizando una adecuación a la malla de tierra como es: disminuyendo la separación entre conductores del cuadro de la malla de tierra. La malla de tierra ideal sería una placa de cobre enorme que cubra toda la estación, para disminuir los potenciales, pero esto no es posible por cuestiones económicas, medioambientales y de instalación.
Otra forma para disminuir los potenciales peligrosos de la red es aumentando varillas unidas a la malla y clavadas mucho mas profundo que la red de tierra, para disminuir estos potenciales que son muy peligrosos para las personas y equipos, que en caso de una falla estos potenciales pueden causar serios problemas incluso causar la muerte de las personas que sufran una descarga de toque o paso que veremos mas adelante, las varillas pueden colocarse en las intersecciones de la malla o mejor en la parte laterales de la red ver Fig. 1.4.
Fig. 1.4 Comparación de potenciales en la superficie con 3 mallas distintas
Los rayos se originan por la transferencia (súbita) de la carga eléctrica acumulada en la nube a otra nube o a tierra. En el primer caso se tiene la llamada descarga entre nubes y en el segundo la descarga atmosférica o rayo a tierra. En el presente análisis se referirá únicamente a este último caso.
La acumulación de la carga en las nubes se origina por el roce de estas contra corrientes de aire, generalmente de variadas temperaturas así como por la recolección de cargas existentes en la atmósfera. La distribución más probable de las cargas dentro de la nube consiste en una acumulación de cargas positivas en la parte superior y negativas en la parte inferior. A manera de un condensador en el cual el dieléctrico esta constituido por la parte central de la nube. Este denominado “ efecto del condensador” se presenta en la parte inferior de la nube y
descargas positivas también son más comunes en un porcentaje de caídas de rayos a tierra del total durante los meses del invierno
Fig 1.6. Las 4 categorías de descargas eléctricas atmosféricas
El rayo entre nube tierra es el tipo más común de descarga. Éste ocurre entre cargas opuestas dentro de la misma nube. Normalmente el proceso se produce dentro de la nube y parece del exterior de la nube. Sin embargo, la descarga terminaría en el límite de la nube y con un cauce luminoso, similar a un nube-a- tierra.
Los canales desde la nube a tierra se los conoce como canales descendentes, entre ellos, hay una que prevalece sobre los demás acercándose cada vez mas a la tierra, a este se lo conoce como líder que a su máximo crecimiento llega hasta unos cientos de metros desde la tierra. No es visible. Pero puede detectarse en el rango del ultravioleta.
Como contraparte a los canales descendentes, desde tierra y es de bastante posterioridad a su aparición, se forman varios canales ascendentes que se
originan en objetos o estructuras altas situados sobre el suelo, tales como árboles, torres, edificios, colinas, etc. Como puede apreciarse en la Fig. 1.7.
La razón para que estos canales ascendentes se originen en estructuras altas se debe a al elevada magnitud del gradiente de potencial por el “efecto de puntas” que explicaremos mas adelante, de las mencionadas estructuras.
Fig. 1.7. canales descendentes (líder) y ascendente En la nube y a la tierra, respectivamente.
El líder en su descenso actúa básicamente solo impulsado por la repulsión de cargas, hasta que cerca de los 1000 metros sobre el suelo ocurre una fuerte interacción (atracción) con los canales ascendentes. La distancia entre las cargas opuestas continuas acortándose hasta que alcanza la denominada “distancia critica de arqueo entre el líder y algunos de los varios canales ascendentes, distancia que esta en orden de los 200 metros.
En esta ultima parte del proceso, el contacto entre el líder y uno de los canales ascendentes (canal ascendente de contacto) ocurre en forma probabilística, porque cualquier canal ascendente puede llegar a la distancia critica, la cual una
Un objeto conductor electrizado que tenga una forma puntiaguda tiende a concentrar todas sus cargas sean positivas o negativas en las regiones puntiagudas en la figura1.7 se ilustra este hecho mostrado un bloque metálico con carga eléctrica, la cual como sabemos, se distribuye en su superficie. Pero esta distribución no es uniforme: en P, donde hay una saliente acentuada, hay una gran acumulación de cargas eléctricas que en otras regiones que son casi planas.
Así pues, si aumentamos continuamente la carga eléctrica en el cuerpo la intensidad del campo eléctrico al su alrededor también aumentará gradualmente (al aproximarse una tormenta incrementa el campo eléctrico). Es fácil comprender entonces que en la porción más aguzada (P, figura 1.8), el valor de la rigidez dieléctrica del aire será sobrepasado antes de que esto ocurra en las demás regiones. Por lo tanto, será en las proximidades de la zona puntiaguda donde el aire se volverá conductor (descarga de un rayo), y por consiguiente, será en tal punta donde se escapara la carga del bloque metálico.
Fig. 1.8 Campo eléctrico en las puntas de un conductor electrizado
Cuando una nube de tormenta, con carga negativa, pasa por un edificio, se induce en el techo de éste cargas positivas. Existen entonces el peligro de que se produzca una descarga entre la nube y el edificio, pero cuando hay una barra metálica encima de éste, las cargas positivas se concentran en el y con ello el campo eléctrico se vuelve muy intenso en las proximidades de la punta; este fenómeno es conocido como fenómeno de “ poder de puntas”.
Es fácil comprender entonces que en la porción puntiaguda, el valor de la rigidez dieléctrica del aire que es (3 x 10^6 N/C), del aire será sobrepasado antes de que esto ocurra en las demás regiones. De modo que el aire que esta al su alrededor se ioniza, volviéndose conductor, y haciendo que la descarga eléctrica sea captada y pase a tierra a través de dicha punta.
La corriente de descarga positivas que se forma sobre la punta afilada, constituye una carga espacial o corona, este puede subir hasta la nube por acción del campo eléctrico y del viento, neutralizando así sus cargas negativas, reduciendo la tensión eléctrica formada entre el suelo y la nube a niveles inferiores de potencial para la formación del rayo; de ahí; que el poder de puntas encuentra su aplicación en la construcción de los pararrayos.
Como se indico el líder descendente se une con algunos de los canales ascendentes de una manera probabilística, la mayor probabilidad de unión se da con el canal que parte de la estructura u objeto mas elevado sobre la tierra a fin de controlar a los rayos se aprovechan este comportamiento de la descarga, colocando exprofesamente un objeto conductor (protector) conectado a tierra, en una posición más alta que los elementos protegidos.
