Metodo esfera rodante

ANEXO de la publicación en INGNIERÍA ELÉCTRICA de marzo de 2004
TERMINALES CAPTORES DE RAYOS Y SUS ÁNGULOS DE PROTECCIÓN

MÉTODO DE LA ESFERA RODANTE
Ing. Electricista Angel A. Reyna (*)

1 - INTRODUCCIÓN
El método de la esfera rodante, generalmente despierta interés y crea dudas en su
aplicación, sobretodo en quienes lo estudian por primera vez. En el presente trabajo se desarrollan lossiguientes
temas:
• Una breve historia del método
• Conceptos bàsicos que dan origen al método.
• Relación entre el radio de la esfera rodante y los niveles de protección.
• Confiabilidad del método.
Se analiza sólo con fines didácticos una estructura de sección transversal despreciable en relación a la
componente del área colectora correspondiente a su altura h, obteniéndose:
• La función analítica delos valores de cresta de la corriente de retorno en función de la altura “h “: I(h) = f
(h)
•
La función analítica de Nd = f (h, I(h) 2/3, Ng), siendo Nd la frecuencia esperada de rayos directos a
2
la estructura (rayos /año) y Ng es la densidad de rayos a tierra (rayos /km .año)
• La función analítica de la eficiencia de la protección E =1- f (C, Nc, Ng, h, I(h) 2/3 ), siendo C una
constante y Ncel valor de la frecuencia aceptada de rayos directos sobre la estructura (rayos / año)

2 - BREVE HISTORIA
El método de la esfera rodante sirve para ubicar y dimensionar los elementos captores en una estructura
que se quiere proteger contra las descargas atmosféricas.
Un tratamiento del tema puede verse en las publicaciones [1] [4], [5], [6], [7], [13], y [21]
En la Argentina Dn. Clementino CabañasCabañas, de DEHNIBERICA Protecciones Eléctricas S.A., de
Madrid, explicó detalladamente el método en sus conferencias en 1 994 [22]
Con la publicación de la norma IRAM 2 184 - 1[3], en 1 996, quedó el método incorporado a la
normativa argentina.
Son antecesores de este método, W.H. Peerce, ya citado en la primera parte del trabajo, y A. Schwaiger
(**), que empleó el criterio de protecciónmediante círculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del
hilo de guardia, de las líneas aéreas de alta tensión [23].
En Hungría en 1962, este método se incorporó en la norma de protección contra rayos (el Prof. T.
Horváth de la Universidad Técnica de Budapest, fue el impulsor)
Está incluido también en la norma NFPA 780[5], en Estados Unidos de Norteamérica – país en el que se
originó el nombre:“Rolling Sphere Method”.
En Alemania el Dr. Ing. Hasse y el Prof. Dr. Wiesinger comienzan a emplearlo en sus sucesivas
publicaciones en la década de los 1 980 y el método forma parte de las normas alemanas actuales.
La designación de esfera rodante en alemán, corresponde a “esfera de rayo” [4].
Lo incorporó la IEC en su norma 1 024-1 en 1 990.
El Código de Práctica inglés BS 6 651 lo ha incluidotambién
Italia, España y los países europeos al emplear la normativa IEC, automáticamente incorporan el método.
En Francia también se emplea y lo denominan el método de la esfera ficticia.
La nueva norma brasileña NBR 5 419 de 2 001 lo usa para los cuatro niveles de protección y con los
radios de la esfera que ha definido el Comité TC 81 de la IEC.
Analizando el método se expresa [2], que laubicación de los elementos del sistema captor es adecuada si
ningún punto del volumen a proteger está en contacto con la esfera de Radio R, rodando sobre del suelo,
alrededor y sobre la parte superior de la estructura, en todas las posibles direcciones. Por lo tanto deberá
tocar, solamente el suelo y/o los terminales captores.
3 -TRAZADORES DESCENDENTES Y ASCENDENTES. PROCESO DE CONEXIÓN.
MODELOELECTROGEOMÉTRICO
La figura A.1- muestra los conceptos básicos del inicio de un rayo típico a tierra
(aproximadamente 90 % de los casos). En la figura A.1-a –se muestra la equivalencia aproximada
entre el sistema de cargas nube – tierra y un capacitor [16]. Se pueden observar las líneas de
potencial deformadas por la presencia de los objetos terrestres, lo que provoca la intensificación
1

del campo...