SISTEMAS TIERRAS PAR ADESCARGAS ATMOSFERICAS

SISTEMAS TIERRAS PAR ADESCARGAS ATMOSFERICAS

POR SERGIO OROZCO, XE1CT

Al cambiarme de casa me propuse el hacer las instalaciones de mis antenas y de mi estación lo mas adecuadas posibles y es de ahí donde comence a investigar sobre la instalación de un sistema para las descargas atmosféricas.

No explicaremos a detalle como ocurren las descargas atmosféricas ya que solo eso nos llevaría bastante tiempo, por el contrario nos enfocaremos a mencionar como se pueden instalar un sistema de este tipo.

El radioaficionado se desenvuelve en un ambiente de retos y de mejora a sus equipos y eso implica también a sus antenas y a su torre, para comunicaciones a largas distancias o para coberturas más amplias, una torre a buena altura es la mejor opción que tenemos, sin embargo, esto mismo hace que ellas estén por sobre los edificios y arboles y por lo tanto las hace más susceptibles a que sean el paso de una descarga atmosférica.

Para la planeación de nuestro sistema lo primero que debemos de considerar es la zona de protección dentro de nuestro cuarto de radio, o sea, que elementos van a ser protegidos, cabe señalar que todos los elementos que están dentro de tu cuarto de radio y que sean metálicos se deben de proteger llámese radios, amplificadores, computadoras, controladores de rotor, switch de antenas remotas, teléfonos, fuentes de poder, etc. En el caso de una antena de televisión que no tiene línea hacia tu cuarto de radio será protegida de manera diferente. Se debe de tener cuidado con la planeación de este punto ya que si dejas un elemento sin proteger el daño podría ser mayor que si no protegieras nada en absoluto.

Para cada unos de los elementos dentro de tu cuarto de radio debemos de tener un dispositivo que sea capaz de protegerlos y que cuente con características físicas y eléctricas para cada uso específico.

Líneas Coaxiales:

Los protectores de líneas coaxiales son dispositivos que se conectan en serie con el cable y no agregan ondas estacionarias o perdidas, al mismo tiempo ellos son capaces de operar en una amplia gama de frecuencias así como de potencias. Se debe de tener cuidado de elegir él mas adecuado a nuestras instalaciones en cuanto a frecuencia y potencia máxima de operación.

Cada línea coaxial que entre a nuestro cuarto de radio debe de estar protegida.

Existen protectores para especiales para antenas de televisión, para GPS o para sistemas de televisión con amplificador exterior que necesiten 120 VCA, etc.

Tomas de Corriente Alterna:

Existen protectores para corriente alterna que se usan en 120 o 240 volts y capacidades tal altas como 100 amperes, también los hay con protección a interferencias electromagnéticas.

Circuitos de Control:

Los circuitos de control pueden ser desde el cable de tu rotor hasta el switch remoto de antenas. Al igual que los protectores de coaxial se fabrican para diferentes capacidades de carga y voltaje.

Punto Unico de Tierra:

Tal vez el punto único de tierra sea el elemento más importante de nuestra instalación para la protección de descargas, veamos por que.

Cuando una descarga atmosférica ocurre, nuestros equipos experimentan una elevación y reducción de potencial en lapsos muy cortos de tiempo, lo peor que puede pasar es que tengamos elementos con diferentes potenciales ya que esto hace que la corriente fluya entre los equipos y los dañe. La función del punto único de tierra es la de proveer un punto común de conexión y evitar la diferencia de potencial. Este punto será solamente el único en cual se conectaran todos los cables de tierra de tus equipos y accesorios así como las protecciones arriba mencionadas. El material mas usado para un punto único es el cobre, y aunque no es barato este se puede conseguir en donde reciclan metales. Por mi parte les puedo decir que en León y en otras ciudades como Aguascalientes, Guadalajara y Querétaro existe la tienda de metales La Paloma la cual tienen placa de cobre de alta pureza, el cual es él mas indicado para fabricar nuestro punto único de tierra. ( Una lamina de 30 x 60 centímetros por 1 milímetro de espesor cuesta menos de $200.) El mejor lugar para colocar tu punto único de tierra es en la pared de tu cuarto de radio, ya sea adentro o afuera y protegido contra la intemperie.

Bueno ahora que ya tenemos establecidos que elementos de nuestro sistema serán protegidos, que accesorios necesitamos y que ya tenemos nuestro punto único de tierra, vamos a determinar los elementos que se necesitan para un buen sistema de tierra.

Sistemas de Tierra:

La función principal de nuestro sistema de tierra es la de llevar la mayor cantidad de energía hacia la tierra antes de que llegue a nuestros equipos. Sin importar que tan bien diseñamos nuestra tierra, una porción de la energía se irá hacia nuestros equipos y de ahí la necesidad de las protecciones antes mencionadas. Con un buen sistema de tierra podremos hacer que el 90% de la energía sea absorbida por la tierra dejando a nuestros equipos manejar el 10% restante.

Usualmente el material que usamos para el sistema de tierra son las varillas mal llamadas Coperweld esas varillas tienen una alma de hierro para darles dureza al momento de ser enterrarlas y el exterior de la varilla es de cobre (para la buena conducción). Existen en el mercado varios tipos de varillas que van desde las económicas que solo tienen un baño de cobre y las de primera calidad que tienen una capa de cobre alrededor de la varilla, las primeras cuestan de $30 a $50 y las segundas de $120 a $200 según en donde las adquiera uno. Es obvio pensar que para nuestro sistema de tierra las de primera calidad serán la única opción que consideraremos ya que las económicas solo duran poco tiempo antes de que la corrosión acabe con ellas. Las marcas que se comercializan en León son Cadweld y Burdy, las segundas son las mejores y cuestan alrededor $187. Las varillas que usaremos para nuestro sistema serán de 3 metros de largo.

Para que nuestro sistema de tierra trabaje es cuestión de seguir unas simples reglas, tomen en cuenta que se trata de disipar la mayor parte de la energía de un rayo hacia la tierra lejos de nuestros equipos.

Si consideramos que la impedancia es la resistencia que tenemos al flujo de los electrones, es obvio que mientras menor impedancia tengamos es mejor nuestro sistema ya que será más fácil el paso de la corriente hacia la tierra, usualmente por debajo de 25 ohms es aceptable. Algunos artículos de las compañías dedicadas a instalar estos sistemas señalan que una varilla de cobre de 3 metros de largo y que fue enterrada mecánicamente, es decir con un marro o con una herramienta especializada, tiene una resistencia de 230 ohms y que para bajar a la mitad de la resistencia es necesario instalar el doble de varillas, por lo tanto necesitaremos alrededor de 10 varillas para lograr una baja impedancia. Es necesario decir que la separación de las varillas será el doble de la longitud de las varillas, o sea, si las varillas son de 3 metros, la separación será de 6 metros, si por alguna razón es necesario instalar varillas mas cortas se aplica la misma regla, o sea, la distancia entre ellas será la suma de sus longitudes.

Para cuestiones practicas es meramente imposible el acomodar 10 varillas en nuestras casas ya que no han sido diseñadas de manera que tengamos espacio donde colocarlas, a falta de espacio podemos hacer varias cosas, si solo puedes enterrar una parte de las varillas has una zanja de 50 centímetros de profundidad que corra de varilla a varilla y utiliza cinta de cobre de 3 pulgadas de ancho para unirlas, esa cinta de cobre aumentará el área de contacto por lo tanto bajara la impedancia.

No tienes que ir en línea recta, si por alguna razón el terreno no te permite colocarlas de manera lineal, puedes hacer desviaciones sin hacer curvas pronunciadas, hay que procurar hacer las curvas con un diámetro de 30 centímetros. Si utilizas cable para unir las varillas, el calibre puede ser cualquiera mayor a 6 AWG.

La cinta de cobre es mas recomendada y se puede conseguir en la Paloma la cual tiene un ancho de 11 pulgadas y uno puede hacer fácilmente los cortes a 3 pulgadas de ancho. Yo compre 11 metros de esta cinta y costó $130

Si en realidad no puedes colocar una sola varilla en tu casa, una opción será la tubería del agua, siempre y cuando sea de cobre o similar, pero recuerda siempre conecta todos tus equipos a un solo punto de conexión.

El tercer cable de la toma de corriente no servirá para el propósito de sistema de tierra para descargas atmosféricas.

Torre:

A nuestra torre también hay que aterrizarla, he leído y escuchado comentarios de que una torre aislada no le caen rayos, de que una torre es necesario colocar un cable desde la punta hasta la tierra ya que no es buena conductora, etc.

Bien, la probabilidad de que nos caiga un rayo es la misma a que no nos caiga, los factores que lo determinan están fueran de nuestro control, lo que sí podemos hacer es controlar la manera en que afectaría a nuestras instalaciones en el caso de que nos cayera un rayo.

Ahora, una torre aislada no hace gran diferencia a la susceptibilidad a que le caiga un rayo, si consideramos que el rayo recorre varios kilómetros para llegar a la tierra, unos cuantos centímetros de aislamiento no lo detendrán.

En el caso de protecciones contra descargas, las torres con retenidas sin aisladores son mejores ya que si uno también aterriza las retenidas ellas servirán como camino hacia tierra. Ahora para los que piensan que una torre no es buena conductora les diré que en realidad no es buena conductora es un muy mal aisladora, por lo tanto no son necesarios los cables paralelos de bajada a tierra.

La torre debe de estar aterrizada en la base, se puede utilizar abrazaderas especiales para este fin o hacer uno mismo las abrazaderas, es muy importante que consideren que la tener contacto dos metales distintos va a existir corrosión, en el caso de la torre seria cobre y zinc (que es galvanizado de la torre) y siendo el cobre el material más noble literalmente se comerá el galvanizado de la torre, para evitar eso es necesario poner una capa de material como el acero inoxidable entre el cobre y el zinc así evitaremos este efecto. La mejor manera de hacer esta conexión es colocando una capa de lamina delgada de acero inoxidable sobre la pata de la torre y luego la cinta de cobre y apretarlos con una abrazadera sin fin de acero inoxidable. No olviden que la conexión se debe de hacer sobre la pata de la torre sin pintura, una vez terminado el trabajo se procederá a proteger con cinta de aislar y luego con cinta vulcanizada.

En Home Depot venden abrazaderas que se pueden utilizar en las patas de las torres estas son galvanizadas y por lo tanto no afectaran la torre, el calibre de conductor que acepta es 6 AWG o menor. Mencionaremos que a esta abrazadera le pasara el mismo efecto de unir cobre con zinc, pero es más económico remplazar esta abrazadera de $15 a un tramo de torre.

Todas las líneas coaxiales deben de aterrizarse a la torre en la altura de la antena o muy cerca de ella y en la base de la torre justo donde los coaxiales se dirigen a tu cuarto de radio. Para hacer estas conexiones también existen conectores especiales y obviamente muy caros, nosotros los podemos hacer de esta manera, cortar aproximadamente 3 centímetros del forro del cable, colocar una cinta de cobre de aproximadamente 5 centímetros de ancho por 50 centímetros de largo y amarrar la cinta a la malla del cable usando abrazaderas sin fin, posteriormente es necesario proteger esa conexión usando cinta de aislar que resista los rayos UV y una cinta vulcanizable para evitar la entrada de agua a la conexión.

En este documento no se cubren a detalle todos los conceptos sobre la protección contra descargas, solamente sirve como base para aquellos que quieran instalar un sistema de este tipo, si quieres saber un poco mas y no hay problema para leer en ingles, visita la pagina de polyphaser www.polyphaser.com en la cual encontraras la referencia técnica en la cual nos basamos .

Tienes algun cometario o sugerencia?, mandame un correo: [email protected]

Regresar a la página principal.