En otras ocasiones se ha hecho énfasis en el abordaje analítico del comportamiento de sistemas de protección contra rayos comparado con sistemas eléctrico de potencia.
En los sistemas eléctricos los alambres que conectan las cargas son elementos “invisibles” para el análisis de dicho sistema mientras que en protección contra rayos los alambres que conectan los terminales aéreos (pararrayos) con el suelo deben analizarse para evitar la elevación de potencial en el trayecto desde el punto de impacto hasta el suelo.
La diferencia radica en la escala temporal del fenómeno eléctrico y en la relación entre la longitud del conductor y la longitud de onda de la señal.
En los sistemas eléctricos de potencia (50/60 Hz), los conductores que conectan las cargas suelen analizarse como elementos ideales porque su impedancia es muy pequeña comparada con la de las cargas y transformadores. A 60 Hz, la longitud de onda de la señal es aproximadamente:
Un conductor de 10 o 100 metros representa una fracción insignificante de esa longitud de onda, por lo que la tensión y la corriente pueden considerarse prácticamente uniformes en toda su longitud. En estas condiciones, los efectos de propagación, las reflexiones y los campos electromagnéticos distribuidos son despreciables. Salvo en estudios específicos (caída de tensión, cortocircuito, estabilidad o líneas de transmisión muy largas), el alambre no modifica significativamente el comportamiento del circuito.
En protección contra rayos, la situación es completamente diferente. El frente de una corriente de rayo puede tener tiempos del orden de 0.5 a 10 µs, lo que equivale a componentes espectrales de cientos de KHz e incluso varios MHz. En ese régimen, cada metro de conductor posee una inductancia distribuida del orden de 1 a 1.5 µH/m, y la tensión inducida viene dada por:
Como el di/dt de un rayo puede alcanzar decenas de kA/µs, cada metro de conductor puede desarrollar decenas de kilovoltios. En consecuencia, la geometría, la longitud, las curvas, las separaciones y el recorrido de los conductores pasan a ser parte fundamental del fenómeno físico y ya no pueden ignorarse.
En síntesis:
- Circuitos de potencia (50/60 Hz): el alambre es, en la mayoría de los casos, un elemento de interconexión cuyo efecto sobre el comportamiento global del circuito es pequeño.
- Protección contra rayos: el conductor forma parte del propio fenómeno electromagnético; su inductancia y la propagación de la onda determinan las tensiones que aparecerán en la instalación.
Esta es una de las razones fundamentales por las que aplicar directamente conceptos de teoría de circuitos de baja frecuencia al análisis de la protección contra rayos conduce con frecuencia a conclusiones incorrectas. En un circuito de potencia el conductor conecta los componentes; en un sistema de protección contra rayos, el conductor es uno de los componentes más importantes del sistema.
Las siguientes gráficas muestran la diferencia entre el comportamiento resistivo y el comportamiento inductivo de un alambre que conecta un punto de impacto (pararrayos) con una puesta a tierra.
Se debe aclarar que estas gráficas son didácticas y que ambos fenómenos ocurre casi a la vez, no simultáneamente, en una misma decarga eléctrica atmosférica.
