WO2006079868A1 - Punta pararrayos energizada para la prevencion de descargas atmosfericas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo para prevenir descargas atmosféricas, que utiliza una energía externa independiente de las nubes y que caracteriza el aire como un dieléctrico y que comprende en su estructura una varilla metálica energizada por una fuente externa para mantener el aire energizado a fin de conformar una capa retenedora de la carga en la capa inferior de una nube generando un drenaje continuo en la nube de dicha carga la cual se reduce considerablemente.

Description

PUNTA PARARRAYOS ENERGISADA PARA LA PREVENCIÓN DE DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS

OBJETIVO :

La presente invención se refiere a un dispositivo para prevenir descargas atmosféricas, que utiliza una energía externa independiente de las nubes, que caracteriza el aire como un dieléctrico y que comprende en su estructura una varilla metálica energizada por una fuente externa para mantener el aire energizado a fin de conformar una capa retenedora de la carga en la capa inferior de una nube generando un drenaje continuo en la nube de dicha carga la cual se reduce considerablemente.

El aire al energisarse se convierte en un dieléctrico actuando como un circuito RC (resistencia condensador) en paralelo que facilita el transporte de la carga entre el suelo natural y la nube, así ésta tenga poca carga.

Un objetivo del invento es proponer un dispositivo para prevenir descargas atmosféricas, más que de protección como es la estructura de los dispositivos convencionales de pararrayos tipo Franklin.

Un objetivo adicional es proveer un dispositivo que cambia el concepto de protección por el de prevención para descargas atmosféricas, que utiliza energía externa independiente de las nubes y que comprende una varilla energizada (entre 4 a 150 kV) , y un filtro de onda de energía transitoria, como elemento de drenaj e para la nube y un receptor de dicha energía transitoria entre el metal de la varilla y el suelo natural .

ANTECEDENTES :

Las descargas atmosféricas son el tipo de energía más difícil de analizar . Si adicionamos las energías inducidas indirectamente por éstas en las líneas de transmisión y distribución y las energías liberadas en las operaciones de transmisión, el tema se torna inconmensurable en magnitud e ímpredecíble en tiempo.

El origen del fenómeno descrito obedece a la descarga transitoria de la energía potencial provocada por la operación súbita de un gran condensador a través de aire en estado de plasma.

En 1772 B . Pranklin comenzó a desarrollar la técnica de protección basada en provocar la descarga colocando a una mayor altura posible una varilla o punta para rayos que reduce la altura entre nube y tierra, logrando cambiar las características aislantes del aire entre punta y nube cargada, facilitando así la actividad de la descarga atmosférica que al tocar la varilla inicia la operación de descarga.

En la década del 80 se desarrolló la punta pararrayos ionizante del aire transportador, efecto que se logra captando la energía de la nube cargada y dirigiéndola con una polaridad que incrementa la facilidad de cambiar las características aislantes del aire.

La NASA mejoró la técnica de descarga al montar en el cinturón de descargas atmosféricas de Florida que cubre a Cabo Cañaveral una torre de misiles a base de pólvora los cuales tienen conectado un cable de arrastre. El misil apunta hacía la nube cargada por la técnica de incrementos de campos electromagnéticos, y al dispararse rompe la nube cargada llevando la energía a un sitio lejano de la plataforma de lanzamientos espaciales . Su eficacia no es del todo completa hasta el momento, lo cual se ha complementado con una punta tipo Franklin a gran altura montada sobre una torre de fibra de vidrio y aterrizada a través de dos cables lejanos de la zona de lanzamientos de cohetes .

Otra punta radioactiva a base uranio no es de consideración y su obsolescencia obedece a razones obvias . Hasta el momento los desarrollos en esta materia se basan en protección contra descargas atmosféricas estando la nube cargada y por ello nuestra invención busca cambiar el concepto de protección por el de prevención contra estos eventos .

Esta prevención se fundamenta el los siguientes elementos del invento : una varilla energizada en un rango de tensión alterna entre 4 y 150 kV que polariza el aire entre la varilla y la nube a manera de un cono inverso, direccionada positiva o negativamente de acuerdo a la carga captable de la nube, un drenaje permanente desde la nube cargada para lo cual en el aislador de la varilla se ubica un filtro de onda de energía transitoria conformado por n elementos (mínimo 3) de los cuales los intermedios se dejan flotando, por lo cual se configuran n - 1 circuitos RC paralelos conectados en serie los cuales guían la energía de la descarga al suelo natural para que la energía operativa siga cumpliendo su trabajo.

El numero de elementos para los rangos de tensión se estiman así: de 4 a 20 kV 3 elementos uno y uno flotando; de 21 a 26 kV 4 elementos y 2 flotando; de 27 a 68 kV 5 elementos y 3 flotando y de

69 a 150 kV 6 elementos y 4 flotando, esto conlleva a analizar la capacidad receptora de la energía transitoria por el suelo natural condicionado a que la impedancia transitoria de la interfase varilla-suelo es infinita al tiempo que t = 0 por lo que se hace necesario interponer un elemento receptor de la energía transitoria entre el metal y el suelo natural ,

La propuesta del presente invento al cambiar el concepto de protección a prevención debe utilizar una varilla energizada con una fuente externa a fin de energizar el aire circundante a una altura en función del nivel de tensión aplicado. En estas condiciones se arma una capa retenedora de la carga en la capa inferior de la nube lo cual genera unas perforaciones que permiten un drenaje continuo y regulado de la carga de la nube en una cantidad de energía potencial controlable, por lo cual la nube pierde su capacidad de carga. La independencia de la polaridad de la carga se logra a través de la varilla excitada externamente.

El aire energizado por una fuente externa asume las funciones de dieléctrico configurándose en un circuito RC paralelo que facilita el transporte de la carga entre el suelo y la nube, asi ésta esté en condiciones de poca carga.

FUNDiWENTO TÉCNICO:

La movilidad de las cargas depende de su masa, de la distancia de recorrido, del voltaje presente y de la cantidad de limitadores de gradientes flotantes . Esta conjugación da origen a una banda de número de onda característico, siendo este elemento circuital hasta ahora configurado como un RC transitorio que también opera como un selector para una banda ^'de número de onda determinado .

Si clasificamos la energía eléctrica por su número de onda se presentan 4 bandas : la trabajadora para electricidad (calor movimiento y otros) , la destructiva (descargas atmosféricas) , la de telecomunicaciones (radio frecuencia) y la procesadora de datos

(fuentes de suitcheo) .

No es difícil concebir que el circuito RC se pueda estructurar como un filtro de banda en forma tal que su impedancia operativa dependa del número de onda para que a un ancho de banda amplio su impedancia tienda a cero, Por lo tanto la búsqueda de control y dominio de la energía emanada de las descargas requiere necesariamente de la participación de filtro de onda.

Por ello en la invención presente se ha propuesto introducir un captador de energía de descargas atmosféricas en su fase de energía cinemática presente en la línea de subtransmisíón o punta pararrayos energizada y filtro de onda de (n) elementos . Este filtro de onda permite que al captar la energia cinética presente en el aire y pasarla directo al suelo se configure un circuito RC en sintonía con la energía destructiva de paso con lo cual se recorta la sobre tensión de disrupción, y se controla las corrientes no permitiendo que se llegue a condiciones criticas . Con esta tecnología en donde se conjuga un filtro de onda de energia destructiva con un filtro almacenador de energia transitoria (circuito RC) el paso a seguir es energizar una varilla dirigida a la atmósfera a través de un transformador de aislamiento elevador de 120 / 8.000 voltios con alto efecto capacitivo que pueda 3er energisiado por el UPS del sistema o por plantas de emergencia para garantizar su operación.

Ahora, ¿por qué se logran estos efectos en el filtro de onda? El proceso termodinámico obliga a crear un flujo de aire renovador.

Se amplifica el tiempo de residencia de la energia en el filtro de onda con respecto al tiempo de residencia de la energia en la atmósfera.

El filtro de onda es un montaje especial sobre el terminal de salida del transformador unicornio conformando un filtro de onda de (n) elementos, Y dicho filtro reduce su impedancia al aumentar la frecuencia para enviar la energia de la descarga hacia el sistema de puesta a tierra mediante un "suelo artificial"».

DESCRIPCIÓN TÉCNICA:

Con base en los fundamentos anteriores nuestro dispositivo de la invención se ilustra en las siguientes figuras :

La figura 1 es un montaje del dispositivo de punta pararrayo con filtro de onda para n = 6 elementos . La figura 2 es un esquema del filtro de onda con sus seis elementos y adicionalmente el modelo circuital eléctrico del mismo, y La figura 3 es un esquema de funcionamiento del dispositivo en la prevención de descargas atmosféricas a través del drenaje por entre el pasaje cónico de la nube .

El dispositivo del invento según la figura 1 se compone de una punta pararrayos de cobre ( 10) , un conjunto de filtro de onda ( 12 ) que incorpora 6 puntas (12' ) , (12' ' ) y (12' " ) respectivamente, un transformador energizante (11 ) , un elemento aislador ( 13) que recubre la punta (10) , una base soporte (14 ) , una conexión a tierra (15 ) y un sistema de puesta a tierra ( 16) a manera de suelo artificial .

En la punta pararrayos se dispone un elemento conector (17) para acoplar una punta o elemento del filtro de onda (12) y una abrazadera (18 ) para conectar una segunda punta del filtro de onda, en tanto el tercer elemento se conduce a tierra de la conexión (15 ) .

El filtro de onda en el esquema de la figura 2 se configura con un mínimo de seis elementos o puntas según los rangos de tensión. Las puntas van revestidas en caucho aislante y se fabrican en acero no magnético.

En el modelo del .circuito eléctrico se muestran los circuitos R-C (3) , los amperímetros (1) y el voltímetro (2) instalados.

El transformador (11) con un rango elevador entre 120 y 20.000 voltios con alto efecto capacitivo, energiza la punta de cobre (10) .

El principio de funcionamiento para el dispositivo puede explicarse así :

Una nube se carga eléctricamente positiva o negativamente, lo cual genera un campo energizado (figura 3) entre dicha nube (20 ) y la punta (10) , dicho campo semejando un cono (21) de punta invertida por lo cual se origina un drenaj e de energía a través del filtro de onda (12) para su descarga a tierra controladamente. La varilla ( 10) energisada por el transformador ( 11 ) configura con su campo eléctrico el cono invertido desde la nube este transformador debe tener una írnpedancia 0 para facilitar la descarga controlada hacia el suelo.

Por otra parte el filtro de onda permite seleccionar qué energía pasa y cuál desvía a tierra, impidiendo la introducción al sistema eléctrico de interferencias y sobre tensiones directas por efecto de la descarga eléctrica. En pruebas experimentales con línea de 17 , 7 kV se aplicó una onda impulso de 90 kV y se observó que el filtro recortó la onda de choque a los 60 kV en un tiempo de 0.68 miσrosegundos estando en condiciones de falla sostenida en una intensidad de 0.97 amperios por lo cual se presentó una recuperación en la tensión de la línea sin armónicos a los 5 ciclos lo cual confirma el hecho de que el filtro de onda elimina las sobre tensiones y es un limitador de corriente puesto que su operación no conlleva falla en tierra como si sucede con el pararrayos convencional .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo para prevenir descargas atmosféricas que se caracteriza por un montaje que comprende :

- una punta pararrayos metálica dispuesta verticalmente,

- un aislador en porcelana que recubre dicha punta,

- un filtro de onda,

- un transformador elevador para energizar la punta pararrayos, y - un sistema de suelo artificial recolector de la energía drenada desde la descarga.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1 en el cual el filtro de onda está conformado necesariamente por un mininαo de 3 elementos (n) de los cuales los intermedios se dejan flotando, y que configuran en su montaje un total de n - 1 circuitos RC o resistencia condensador paralelos y conectados en serie, los cuales conducen la energía de la descarga al suelo a través de una acción de drenaje .

3. Dispositivo según la reivindicación 1 en el cual el transformador elevador energiza la punta pararrayos en un rango de entre 4 y 150 kV configurando con dicho efecto una polarización del aire circundante entre dicha punta y un medio nebuloso cargado a manera de una capa retenedora de dicha carga la cual se perfora en su capa inferior para drenar la energía por entre un cono invertido hacia la punta energizada.

4. Dispositivo conforme a la reivindicación 2 en donde la interfase entre punta energizada y tierra debe ser cero (0) para facilitar el transporte al suelo de la energía de la descarga atmosférica mediante el filtro de onda.

5. Dispositivo según las reivindicaciones 1 y 2 en donde dicho filtro de onda se compone de un circuito RC trazador de la ruta de la energía drenada en la nube cargada y de un circuito RC almacenador de dicha energía para convertirla en vibración mecánica.