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30 septiembre, 2015

Protección contra rayos de Aerogeneradores (Turbinas Eólicas)

PDCE Protector Electro atmosférico

(Dispositivo Equilibrador de Campos eléctricos variables) bajo licencia de Dinnteco Internacional S.L.

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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 eléctricovariable 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 losaerogeneradores y concretamente para las palas, de acuerdo al diseño deprotección 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.

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El rayo es una reacción eléctrica en la atmósfera, creada por la saturaciónelectrostática 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).

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Como ya se ha comentado, el principio de funcionamiento del PDCE SERTEC, 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 SERTEC 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.

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La presencia de corrientes de fuga son el resultado de la transformación de cargas inducidas entre los dos electrodos del PDCE SERTEC, 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 delcampo 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 SERTEC 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 SERTEC 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 PDCE SERTEC(Q3), motivo por el cual el valor de la resistencia de tierra es esencial para que el SPCR con el PDCE SERTEC 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 SERTEC está probado (pruebas de laboratorio) que no aparece elrayo 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 PDCE SERTEC, aumentando la probabilidad de que el campo eléctrico exterior se sature y aparezca el rayo.

 

La altura mínima de trabajo del PDCE SERTEC determina el  poder de aislamiento del aire y el factor tiempo de trabajo. Al ser el PDCE SERTEC 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 eléctricoequilibrado.

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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 SERTECcolocado 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 elcampo 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.

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