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Protección contra rayos de Aerogeneradores (Turbinas Eólicas)
PDCE Protector Electro atmosférico Sertec (Dispositivo Equilibrador de Campos
eléctricos variables) bajo licencia de Dinnteco Internacional S.L.
Cuando una tormenta eléctrica pasa cerca de un aerogenerador, la tormenta
impone un fuerte campo eléctrico en la turbina y palas. Este campo eléctrico se amplifica
cerca de las puntas de la hoja, haciendo que el aire de la punta se ionice y forme líderes
ascendentes que se conectan con líderes descendentes formando rayos y relámpagos que
impactan en las palas, produciéndole considerables daños.
Viendo la necesidad de proteger a las turbinas eólicas o aerogeneradores de los rayos
presentamos una solución que anula en un 99% la formación del rayo
La innovación tecnológica (PDCE SERTEC) bajo la licencia de Dinnteco Internacional
S.L. facilita el crear un ambiente eléctrico equilibrado entre el suelo y el aerogenerador,
definido como un sistema CAPTADOR PASIVO de corrientes electrostáticas en tiempo, que las
deriva a tierra en débiles corrientes que se fugan por el cable de tierra a la toma de tierra,
cuyo principio de funcionamiento está basado en equilibrar o compensar el campo eléctrico
variable existente en su entorno, evitando que se genere el trazador ascendente en el
producto y en las aspas y en las turbinas así como en toda la estructura que protege,
dependiendo del diseño de protección. De esta manera conseguiremos que no aparezca el
rayo en la estructura protegida.
El Objetivo principal del dispositivo PDCE SERTEC es evitar que la estructura protegida
pueda generar trazadores ascendentes cuando aparece el campo eléctrico atmosférico. Para
ello el PDCE SERTEC, cada vez que se produce una variación del campo eléctrico existente en
su entorno, realiza una compensación del mismo hasta que se llega a tener el mismo potencial
entre las dos semiesferas, generando en este proceso una fuga de corriente a tierra. El hecho
de que la semiesfera inferior esté unida a tierra y a las estructuras metálicas que quedan por
debajo de ella, hará que siempre esté cargada con la misma carga que tenga la tierra, por lo
que la semiesfera superior y todas las estructuras metálicas unidas a ella, tendrán la carga
contraria de tierra, o sea, la carga existente en la parte inferior de la nube. En el caso de los
aerogeneradores y concretamente para las palas, de acuerdo al diseño de protección
propuesto, conseguiremos que las partes metálicas de la misma tengan una carga contraria a
tierra, con lo cual, cada vez que se genere una variación del campo eléctrico, provocado por su
movimiento o bien, por variaciones de campo eléctrico exterior, el PDCE SERTEC lo
compensará de forma continua, consiguiendo que estas no puedan generar trazadores
ascendentes y evitando, por tanto, que se puedan producir impactos de rayos en las mismas.
El funcionamiento del PDCE-SERTEC ha sido demostrado y corroborado en las pruebas
de laboratorio y pruebas reales.
El rayo es una reacción eléctrica en la atmósfera, creada por la saturación
electrostática entre dos puntos de polaridad opuesta y dentro de un medio dieléctrico
ionizado de baja resistencia. El fenómeno eléctrico evoluciona normalmente durante la
formación de nubes de tormenta. La nube típica de tormenta es el Cumulonimbos que
eléctricamente se trasforma en un condensador natural (Q1), creando la aparición de un
segundo condensador a causa de la diferencia de potencial entre la base de la nube y la
superficie de la tierra (Q2). Las cargas se concentran en los puntos más predominantes del
suelo, y la capacidad de carga de los elementos en el suelo está proporcionalmente
relacionada con la capacidad de la carga de Q1, su velocidad de desplazamiento, la
permeabilidad del medio y la variación de distancias entre placas (base de la nube y elementos
en tierra o la propia tierra).
Como ya se ha comentado, el principio de funcionamiento del PDCE, se basa en la
Compensación de Campo Eléctrico Variable; se consigue facilitando a las cargas presentes en el
entorno, encontrar su equilibrio sin saturación o diferencia de potencial entre ellas, el PDCE
transforma las cargas que se presentan en la estructura en débiles corrientes a tierra, gracias a
su diseño mecánico y eléctrico que lo caracterizan por controlar la diferencia de potencial en
todo momento, invirtiendo la polaridad del campo presente que aparece dentro de sus dos
electrodos (Q3).
Su característica forma, le facilita ordenar las cargas internamente, dando la aparición
de un flujo controlado de electrones internamente, que se fugan por el cable del bajante del
SPCR, en forma de una débil corriente de miliamperios (entre 50 a 350 mA en buen tiempo a
entre 700 a 1.800 mA en fase de tormenta) a la toma de tierra del SPCR. La aparición de estas
débiles corrientes de miliamperios que se fugan por el bajante del SPCR, impiden que se sature
el campo eléctrico del entorno y por tanto, no aparece el rayo en la zona y/o estructura
protegida.
La presencia de corrientes de fuga son el resultado de la transformación de cargas
inducidas entre los dos electrodos del pararrayos PDCE, en concreto de la gran diferencia de
potencial creada entre la base de Q1 y Q2 .
Este proceso de corriente de fuga se llama “desionización de carga” y es básica, para
cancelar todos los procesos que intervienen en la saturación del campo eléctrico de alta
tensión en las estructuras, factor responsable del principio de formación del rayo que arranca
con la excitación de trazadores descendentes (camino eléctrico en la atmósfera), Líder (efecto
de ionización o punta que crea el trazador ascendente) y la excitación y llamada del rayo
(unión de trazadores y descarga de energía). Si estos procesos son controlados, se anulará la
aparición de Trazadores Ascendentes y por tanto del Rayo.
La capacidad de disipación de cargas del PDCE está influenciada por la velocidad de
desplazamiento del condensador Q1 (velocidad de la nube), el tiempo de carga de Q1 (el
proceso termodinámico de la nube), del comportamiento del dieléctrico Q2 (resistencia del
aire por debajo de la nube) y de la resistencia en ohmios de la toma de tierra del SPCR (tiempo
de transferencia de carga). La intensidad y polarización del PDCE serán valores variables en
función de la polarización y separación de placas entre Q1 y Q2. Estos parámetros están
contemplados y calculados a límites de trabajos extremos que pueden aparecer en la
naturaleza (del orden de 500 Kv/m) para modelizar el DDCE (Q3), motivo por el cual el valor de
la resistencia de tierra es esencial para que el SPCR con el PDCE funcione en régimen de
trabajo normal. El control de la carga del condensador Q2, con un condensador Q3, limita el
tiempo y tensión de carga del dieléctrico en la base del condensador Q2. Teniendo en cuenta
que cuando el campo promedio de la guía (trazador descendente) y los punto salientes de
tierra (trazador ascendente, que son múltiples en cualquier entorno normal) llega a unos 500
KV/m las corrientes corona de dichos puntos aumentan y se transforman en canales ionizados
que se propagan hacia arriba de manera análoga a la propagación de la guía escalonada,
impulsados por el propio campo eléctrico y teniendo en cuenta, que el PDCE está probado
(pruebas de laboratorio) que no aparece el rayo con tensiones muy superiores a los citados
500 KV/m, será importante que la resistencia de la toma de tierra del SPCR no tenga un valor
superior a 10 ohmios, por tal de no aumentar el tiempo de transferencia de carga del DDCE,
aumentando la probabilidad de que el campo eléctrico exterior se sature y aparezca el rayo.
La altura mínima de trabajo del PDCE determina el poder de aislamiento del aire y el
factor tiempo de trabajo. Al ser el PDCE el elemento más predominante de la instalación, éste
sube al mismo potencial de la toma de tierra a su semiesfera inferior, siendo el punto de
resistencia más baja en ohmios de su entorno referente al plano de tierra y del entorno
natural, si existe un equipotencial de tierras y masas. El conjunto de sus características lo
convierten en uno de los mejores SISTEMAS CAPTADORES PASIVOS de cargas, por su situación,
capacidad y polarización.
La
PROTECCIÓN
ELECTROMAGNÉTICA,
es otra ventaja
tecnológica
complementaría que ofrece el pararrayos PDCE SERTEC, donde los sistemas convencionales
en punta no son capaces de llegar. El PDCE SERTEC (bajo licencia de Dinnteco Internacional
S.L.) está diseñado para proteger de los tan peligrosos pulsos electromagnéticos generados
por los rayos (PEM) y de los campos magnéticos radiados (EM). El PDCE SERTEC disipa la
energía radiada en el aire, atenuando de forma efectiva los campos magnéticos radiados o
inducidos, campos eléctricos y pulsos electromagnéticos de cualquier frecuencia, potencia o
tensión (E1, E2, E3). Es un equipo que puede utilizarse como pararrayos o pantalla
electromagnética, siendo transparente a las frecuencias domésticas o industriales.
El PDCE SERTEC minimiza de forma muy significativa (entre un 60% a 90%,
según el nivel de protección) los EFECTOS INDIRECTOS, en concreto, las sobretensiones
inducidas externas provenientes de los pulsos electromagnéticos y las corrientes
derivadas por tierra, que generan, los impactos de rayos en zonas próximas o cercanas a un
instalación i/o una zona protegida con el dispositivo PDCE SERTEC.
Para proteger una turbina eólica y evitar la formación del rayo interactuando con las
tecnologías de protección actuales que usan los aerogeneradores que en las aspas cuentan con
un sistema de transferencia de corriente de rayos (LCTU por sus siglas en inglés) compuesto de
una serie de botones metálicos pequeño que están colocados a lo largo de las aspas de toda su
extensión. Está diseñado para transferir la corriente de los rayos desde las aspas a las góndolas
(Nacelle) los puntos de contactos de las transferencias están determinados por el (Metal rail)
de las aspas y el metal front de las góndolas, de esta forma transfiere la corriente que colecta
en las aspas hacia tierra a través de conductores para conexión equipotencial. En resumen las
medallas colectoras de las aspas, transfieren la energía del rayo a través del conductor que las
interconecta y deriva a tierra
Para anular la formación del rayo y equilibrar el campo eléctrico entre las nubes y las
aspas, se debe montar un (o dos según la corriente de drenaje) PDCE SERTEC dentro de la
estructura en la parte inferior del eje, el frente metálico de las góndolas debe estar conectado
únicamente el electrodos superior del PDCE SERTEC, y el electrodo inferior con un conductor
único al anillo de tierra, el resto de la góndola tiene que estar equipotencialmente conectado a
tierra con el sistema actual es decir el existente, con esto se logra eliminar el efecto de
ionización en su área de cobertura logrando la absorción de las cargas que se concentran
alrededor de las aspas manteniendo un campo eléctrico equilibrado.
Para ampliar la protección se montaran sobre las góndolas dos PDCE SERTEC (bajo
licencia de Dinnteco Internacional S.L.) si es posible uno a cada lado de la góndola y
colocado a distintas alturas considerando el sentido de giro del generador es en sentido
horario viendo desde el frente, en la parte izquierda de la góndola ira instalado un PDCE
SERTEC a una altura de dos metros sobre la parte superior de la góndola el segundo PDCE
SERTEC del lado derecho a una altura mayor, el propósito de estos dos PDCE SERTEC es el
absorber las cargas eléctricas concentradas de manera a inhibir el proceso de formación del
rayo y drenar la energía estática generada por las aspas.
Estos dos PDCE SERTEC deberán estar interconectados con el PDCE colocado en la
parte interior inferior de la góndola y referenciados a tierra con un conductor independiente.
El resto del aerogenerador conectado a tierra al mismo potencial.
Esta es una pequeña descripción del sistema de protección PDCE SERTEC para
garantizar una protección eficiente en los aerogeneradores equilibrando el campo eléctrico en
su entorno y drenando la energía estática en corrientes inofensivos.
La propuesta técnica acorde a las necesidades de protección específica está
supeditada a una inspección previa sin costo ni compromiso de parte de los Ingenieros de
Sertec S.R.L.
www.dinnteco.com