Procedimiento e instalación de protección contra el rayo utilizando un pararrayos con dispositivo de cebado que comprende una fuente de radiación electromagnética.

Procedimiento de protección contra el rayo por medio de un pararrayos que incluye un electrodo colector (1),

que comprende un extremo libre (1d) que permite crear un efecto de pico, en el cual se emite al menos una radiación electromagnética (F) que se focaliza en un plano de focalización (P) sobre el indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1) o en la proximidad inmediata del indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1), caracterizado por que la distancia (d) entre el extremo libre (1d) del electrodo y el centro (O) de la radiación electromagnética (F) en el plano de focalización (P) no excede los 10 cm, y/o la intensidad (I) de la radiación electromagnética en el plano de focalización (P) es inferior a 1000W/cm2.

DESCRIPCION

Procedimiento e instalación de protección contra el rayo utilizando un pararrayos con dispositivo de cebado que comprende una fuente de radiación electromagnética Ambito técnico La presente invención se refiere al ámbito de la protección contra el rayo. La misma tiene por objetos principales un 5 procedimiento y una instalación de protección contra el rayo que utilizan un pararrayos de tipo PDA (pararrayos con dispositivo de cebado) que comprende un nuevo tipo de dispositivo de cebado.

Técnica anterior El rayo es un fenómeno natural difícilmente previsible que se traduce por una descarga eléctrica de alta intensidad, que puede tener efectos destructores importantes. 10

Cuando una nube de tormenta se forma por encima de una zona de la corteza terrestre, se carga acumulando cargas eléctricas por fenómenos de convección y otros fenómenos aún mal conocidos. Se produce una segregación de las cargas según su signo, su altitud y la temperatura que varía de forma importante. La configuración encontrada en más del 90% en las regiones con clima templado conduce a una base de nube de tormenta cargada negativamente. Pequeñas «bolsas» de cargas positivas pueden igualmente encontrarse confinadas en la base de la 15 nube. El suelo por debajo de la nube de tormenta se polariza localmente de forma positiva por efecto de espejo por debajo de la base de la nube de tormenta.

Así, entre el suelo y la base de la nube de tormenta se forma un campo eléctrico denominado «campo de tormenta».

Con buen tiempo, se puede medir en la superficie de la corteza terrestre y sobre terreno plano un campo eléctrico denominado «de buen tiempo», típicamente del orden de 100 V/m a 150 V/m, debido a cargas positivas situadas en 20 altitudes del orden de los 50 km. Durante el desarrollo de un proceso tormentoso, el campo eléctrico «de la tormenta» que se forma entre la base de la nube y el suelo, presenta una polaridad inversa al campo eléctrico medido con buen tiempo y puede llegar típicamente a valores medios de -15 kV/m a -20 kV/m.

El aire forma un aislante eléctrico muy bueno. Así, no obstante de esta enorme diferencia de potencial entre la base de la nube de tormenta y el suelo, una descarga eléctrica correspondiente a la formación del rayo no puede 25 producirse. Un aumento muy fuerte del campo eléctrico local favorece el desencadenamiento de esta descarga eléctrica.

Por otro lado, es conocido que la menor desigualdad en el suelo actúa como un concentrador de las líneas equipotenciales de campo eléctrico y aumenta localmente el campo eléctrico. Este aumento local del campo eléctrico se denomina «efecto de pico». Cada desigualdad, según su altura y su grado de afilamiento, se 30 caracterizará por su propio coeficiente de amplificación del campo por efecto de pico.

Gracias a esta amplificación local del campo eléctrico por efecto de pico en la cima de una desigualdad, se puede observar una ionización local del aire en la proximidad de la cima de una desigualdad, si el campo eléctrico es superior, en valor absoluto, típicamente de 26 kV/cm. Cada electrón arrancado por ionización del aire es fuertemente acelerado por el campo eléctrico local. Cuando la energía del electrón es suficiente, puede, entrando en colisión con 35 un átomo, arrancar otro electrón, y así sucesivamente, acelerando la ionización del aire en la proximidad de la desigualdad por un fenómeno denominado «de avalancha electrónica».

En la práctica, este fenómeno de avalancha electrónica se produce si el campo eléctrico alcanza localmente al menos aproximadamente 30 kV/cm. Esta ionización del aire por un fenómeno de avalancha electrónica provoca un efecto denominado «couronne», también llamado efecto «Corona» que puede ser el precursor del relámpago, y que 40 se traduce por la emisión en la proximidad de una desigualdad de la emisión de una luz corona. En la práctica, este efecto corona es observado en la cima de los puntos más elevados (postes, edificios, árboles...) .

Sin embargo, el aumento local del campo eléctrico por efecto de pico disminuye muy rápidamente en el espacio. Si el campo eléctrico ambiente no es suficiente, esta ionización (efecto corona) no puede propagarse y permanece confinada alrededor de la desigualdad. 45

Lo más corriente, es que la formación del rayo comience por una o varias descargas eléctricas descendentes de la nube de tormenta. Estas descargas eléctricas se denominan comúnmente trazadores descendentes, o también «downward stepped leaders». Un trazador descendente, cuando se aproxima al suelo, provoca un brusco aumento del campo eléctrico global y por consiguiente del campo eléctrico local a nivel de cada desigualdad del suelo. Este brusco aumento del campo eléctrico combinado con el efecto de pico provoca la intensificación del efecto corona 50 sobre las desigualdades del suelo las más altas y las más afiladas. Cuanto más se aproxima el trazador descendente al suelo, más aumentan el campo eléctrico global y el campo eléctrico local en la cima de una desigualdad. El efecto corona en la proximidad inmediata de una desigualdad aumenta entonces fuertemente para pasar al modo impulsado y la ionización del aire en la proximidad inmediata de la asperidad tiende a propagarse hacia lo alto bajo la forma de un «streamer». Sin embargo, cuanto más se aleja de la desigualdad, más disminuye el coeficiente de amplificación del efecto de pico. A partir de una cierta distancia, las condiciones de campo no son ya suficientes para llevar esta ionización («streamer») hacia lo alto. Este límite se estima en aproximadamente 5 kV/cm. 5 Se produce entonces la recombinación de las cargas, permaneciendo el efecto corona confinado en la proximidad de la desigualdad, y el ciclo comienza de nuevo. Sin embargo, durante este tiempo, el campo eléctrico global continúa aumentando aproximándose siempre el trazador descendente al suelo.

En el transcurso de uno de los ciclos, un «streamer» encontrará las correctas condiciones de campo para propagarse libremente hacia lo alto bajo la forma, de un trazador ascendente que va al encuentro del trazador 10 descendente.

Cuando un trazador ascendente encuentra un trazador descendente, se establece un canal conductor. Este canal conductor permite a la nube de tormenta descargarse hacia el suelo evacuando sus cargas (relámpago) por el arco de retorno («return stroke») y los arcos subsiguientes. Una vez descargada la nube de tormenta, su potencial se reduce fuertemente, y la nube de tormenta se carga de nuevo para el próximo relámpago. 15

Esta descarga eléctrica rápida de alta intensidad puede ser fuertemente destructora, en particular para las instalaciones industriales o domésticas. Con el fin de proteger una zona o una instalación en el suelo contra el rayo, es habitual instalar en altura al menos un pararrayos, por ejemplo en el tejado de un edificio a proteger, con el fin de captar el rayo y evacuar a tierra la descarga eléctrica impulsional de alta intensidad que acompaña al rayo. Un pararrayos comprende típicamente, en su versión más sencilla, al menos un electrodo colector, en forma lo más a 20 menudo de una barra metálica, colocada en alto. Este electrodo metálico colector comprende un extremo libre que puede ser muy afilado en forma de punta o que puede ser redondeado, y está conectado eléctricamente a tierra, por un cable eléctricamente conductor del equivalente. Este electrodo colector tiene por función favorecer, por efecto de pico, la formación de trazadores ascendentes en el acercamiento de trazadores descendentes, con el fin de aumentar la probabilidad de que un trazador descendente de la nube de tormenta establezca un contacto con un 25 trazador ascendente producido por el electrodo colector, más bien que con un trazador ascendente producido por cualquier otra desigualdad de forma no superada.

Desde hace tiempo, con el fin de mejorar la eficacia de los pararrayos, se ha propuesto asociar con el electrodo colector inerte de un pararrayos medios de cebado activos o pasivos que permitan desencadenar más rápidamente el efecto corona y acelerar la formación de un trazador ascendente. Estos medios de cebado actúan provocando una 30 ionización adicional del aire en la proximidad del extremo libre del electrodo colector y consisten por ejemplo en descargas de alta tensión. Estos pararrayos perfeccionados son corrientemente designados por PDA (Paratonnerre à dispositif damorçage) (Pararrayos con dispositivo de cebado) ) . Ejemplos de PDA se describen particularmente en las solicitudes de patente francesas FR 2.590.737 y FR 907037, y FR 1.478.526.

Los dispositivos de cebado conocidos, entre otros del tipo de descargas de alta tensión, no son... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de protección contra el rayo por medio de un pararrayos que incluye un electrodo colector (1) , que comprende un extremo libre (1d) que permite crear un efecto de pico, en el cual se emite al menos una radiación electromagnética (F) que se focaliza en un plano de focalización (P) sobre el indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1) o en la proximidad inmediata del indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1) , 5 caracterizado por que la distancia (d) entre el extremo libre (1d) del electrodo y el centro (O) de la radiación electromagnética (F) en el plano de focalización (P) no excede los 10 cm, y/o la intensidad (I) de la radiación electromagnética en el plano de focalización (P) es inferior a 1000W/cm2.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual la radiación electromagnética es un haz láser continuo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual la radiación electromagnética es un haz láser impulsado. 10

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la radiación electromagnética presenta una longitud de onda comprendida entre los 80nm y los 900nm.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el cual la radiación electromagnética presenta una longitud de onda comprendida entre los 80 nm y los 450nm.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la distancia (d) entre el extremo libre 15 (1d) del electrodo y el plano de focalización (P) en el cual se focaliza la radiación electromagnética (F) es inferior a 4cm, de preferencia inferior a 2cm, y más preferentemente aún inferior a 0, 5cm.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el electrodo colector (1) comprende una parte distal (1c) ahusada cuya sección transversal disminuye hasta el extremo libre (1d) .

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el radio de curvatura del electrodo (1) 20 a nivel de su extremo libre (1d) es inferior a 30cm.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el electrodo (1) está hueco y el extremo libre (1d) del electrodo está abierto, y en el cual la radiación electromagnética focalizada (F) se emite a través del indicado extremo libre (1d) abierto.

10. Instalación de protección contra el rayo que comprende un pararrayos y un dispositivo de cebado, 25 comprendiendo el pararrayos un electrodo colector (1) que comprende un extremo libre (1d) que permite crear un efecto de pico, comprendiendo el indicado dispositivo de cebado una fuente (2) de radiación electromagnética y medios ópticos de focalización (4) que permiten focalizar la radiación electromagnética emitida por la fuente en un plano de focalización (P) sobre el indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1) o en la proximidad inmediata del indicado extremo libre (1d) del electrodo colector (1) , caracterizada por que la distancia (d) entre el extremo 30 libre (1d) del electrodo y el centro (O) de la radiación electromagnética (F) en el plano de focalización (P) no excede los 10cm, y/o la intensidad (I) de la radiación electromagnética en el plano de focalización (P) es inferior a 1000W/cm2.

11. Instalación según la reivindicación 10, en la cual la fuente (2) es un láser continuo.

12. Instalación según la reivindicación 10, en la cual la fuente (2) es un láser impulsado. 35

13. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en la cual la fuente (2) permite la emisión de una radiación electromagnética con una longitud de onda comprendida entre los 80nm y los 900nm.

14. Instalación según la reivindicación 13, en la cual la fuente (2) permite la emisión de una radiación electromagnética con una longitud de onda comprendida entre los 80nm y los 450nm.

15. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en la cual la distancia (d) entre el extremo libre 40 (1d) del electrodo y el plano de focalización (P) en el cual se focaliza la radiación electromagnética (F) es inferior a 4 cm, de preferencia inferior a 2cm, y más preferentemente aún inferior a 0, 5 cm.

16. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en la cual el electrodo colector (1) comprende una parte distal (1c) ahusada cuya sección transversal disminuye hasta el extremo libre (1d) .

17. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en la cual el radio de curvatura del extremo 45 libre (1d) del electrodo (1) es inferior a 30 cm.

18. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, en la cual el electrodo (1) está hueco y el extremo libre (1d) del electrodo está abierto, y en la cual la fuente (2) y los medios ópticos de focalización (4)

permiten la emisión de dicha radiación electromagnética focalizada (F) a través del indicado extremo libre (1d) abierto.

19. Utilización de la instalación considerada en una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18 para proteger una zona contra los impactos del rayo.