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LOS EFECTOS SECUNDARIOS DERIVADOS DE LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA ATMOSFÉRICA

Roy B. Carpenter, Jr. y Dr. Yinggang Tu


INTRODUCCIÓN:

La actual tendencia hacia la micro miniaturización en los Sistemas Electrónicos, ha traído como consecuencia, el desarrollo de equipos más sensibles para detectar los fenómenos transitorios. Los Transitorios menores a 3 Volts en el pico o niveles de energíaabajo de 10-7, pueden dañar o disturbar esos sistemas y sus componentes, como se muestra en la Tabla Nº 1.

TABLA 1 RANGO DE LOS NIVELES DE RIESGO DE DAÑO DE LOS
DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS


TIPO DE DISPOSITIVO

JOULES
Relevadores 10-3 -1
Resistores 10-3 -1
Rectificador de Diodos 5 x 10-4 0.5
Transistores de Mediana y Alta Potencia 10-4 0.1
Transistores de Baja Potencia 5 x 10-6 x10-2
Circuitos Integrados 10-7 x 10-3
Diodos de Microonda
10-7 x 10-4


Una de las principales causas de daño a los Sistemas Eléctricos y Electrónicos que se encuentran dentro o muy cerca del área de actividad eléctrica atmosférica, son los efectos secundarios derivados de las Descargas Eléctricas Atmosféricas (rayos), los cuales pueden destruir o dañar sobre todo al equipo más sensible.Los efectos secundarios pueden inducirse a través de las líneas de alimentación de energía o de las líneas de comunicación o de datos, pero en diferentes magnitudes.

En base a lo anterior, se puede desarrollar y evaluar una Tecnología de Protección Efectiva, una vez que se tenga muy en claro, cual es la influencia de la cercanía de la actividad eléctrica atmosférica en estos Sistemas. Eneste estudio, se analizan estos problemas y se provee la información necesaria para saber cómo eliminar el fenómeno de los Efectos Secundarios en los Sistemas Eléctricos y Electrónicos.


EL PROCESO DEL RAYO

El fenómeno conocido como Descarga Eléctrica Atmosférica o Rayo, es muy complejo y no se ha entendido completamente. El proceso que crea una célula de tormenta, no ha sido definidocompletamente, aunque hay una aceptación generalizada como en todos los procesos.

La actividad dentro de la nube de tormenta, origina la separación de la carga eléctrica dentro de la nube. La nube de tormenta, desarrolla una carga eléctrica entre el tope y la base de la nube. Como resultado, la nube llega a ser como una batería eléctrica cuando los niveles superiores son predominantemente cargadospositivamente y la base de la nube toma una carga predominantemente negativa (Ver figura 1). Esa carga tiende a concentrarse en la base de la nube, produciendo un fuerte campo electrostático entre la nube y la superficie de la tierra. Bajo la tormenta madura, el campo electrostático puede alcanzar niveles de entre 10,000 y 30,000 Volts por metro de elevación arriba de la superficie de la Tierra.Figura 1: Separación de Cargas






El campo electrostático creado por la nube de tormenta, induce una carga positiva sobre la superficie de la Tierra, entre la nube que es de carga igual, pero de polaridad contraria, normalmente, de polaridad positiva.

NOTA:

Deberá observarse, que la Ionosfera también crea un campo electrostático de cerca de 150 Volts por metro, normalmente,dejando una carga negativa (con respecto a la Ionosfera), sobre la superficie de la Tierra.

Para períodos cortos de tiempo, lo opuesto puede ser cierto, pero la carga positiva de la Tierra predomina y los efectos secundarios son los mismos, independientemente de la polaridad. La carga tiende a concentrarse en o cerca de la superficie de la Tierra y en la base de la nube, a través de undieléctrico separador (aire), debido a la fuerza de atracción del campo eléctrico.

A medida que madura la tormenta, se alcanzan valores de potencial de 10-8 volts, más o menos, en orden de magnitud, la calidad del dieléctrico del aire se degrada y empiezan a formarse los canales conductivos, moviéndose de la nube de tormenta hacia la Tierra en pasos. Cuando uno de esos canales, llamados “paso...