SISTEMA IONIZANTE NATURAL DE PROTECCIÓN … de la Resistividad de suelos mediante: alta alcalinidad, máxima humedad y retención de agua (propiedades físicas del carbón y bentonita)

Luis Cabareda WREC 2011

SISTEMA IONIZANTE NATURAL DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA

www.luiscabareda.com

PREMIO DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN

FUNDACITE, Ministerio de Ciencia y Tecnología.

Venezuela 2006

¡LA NUEVA MÁS ALTA TECNOLOGÍA, 100% VENEZOLANA, ÚNICA EN EL MUNDO!

CERTIFICACIÓN

World Renewable Energy Congress 2011,

Linköping, Suecia.

XXI World Energy Congress 2010,

Montreal, Canadá

IEEE. Congreso Internacional de Ingeniería

Eléctrica, Electrónica y Sistemas 2008, Perú.

Universidad “A.J. de Sucre”, UNEXPO.

Universidad Privada Antenor Orrego (UPAO)

Empresas Públicas y Privadas


ISBN: 978-980-12-3386-2

Invenciones y Patentes

DL: lf09120086203764

Patente Mundial

www.luiscabareda.com



C.D.P. (corriente de descarga puntual)

“efecto corona”

“efecto choque”

TIERRA

IONOSFERA

3 x 105 Volt

2.000 Amp

Rayos Cósmicos

10°C

30 – 50 s

-65°C

-15°C

V = 15 KV

E = 30.000 V/m

Estado:

Líquido

Sólido

Gaseoso

Aire Caliente

Condición de Tormenta y/o

Perturbaciones Atmosféricas

Vn= 100 x 106 Voltios

Gota de Agua

E

V

1 Amp





Energía de un Rayo Hydro Québec

Hoover

Guri

Macagua

Caruachi

Tocoma

Itaipú

Tres Gargantas

Tehri

Asuán

Inguri

Grand Dixence

Nurek

200.000 a 500.000 Amp

100 millones de Voltios

1.000 millones de KW

1 millón de MW

1.000.000 MW

36.810 MW

2.080 MW

10.000 MW

3.140 MW

2.160 MW

2.160 MW

14.000 MW

22.500 MW

2.400 MW

2.100 MW

1.300 MW

2.000 MW

4.000 MW



Daños a Edificaciones y Equipos

Eléctricos de Potencia y Electrónicos de

Alta Sensibilidad, de Comunicación, de

Computación y Cibernéticos, en general.

Daños a Personas.

Efectos inductivos y

conductivos que producen

Sobrevoltajes Transitorios

de muy alto nivel

(100 millones de Voltios)

Paro Cardíaco y/o Respiratorio.

Lesiones Cerebrales. Quemaduras

en la piel. Rotura del Tímpano.

Lesiones Pulmonares y Óseas.

Estrés Postraumático y Muerte.

Pérdidas de miles de

millones de dólares a

Empresas Generadoras

y a Usuarios del

servicio eléctrico



30 a 100 millones de Voltios.

200.000 a 500.000 Amperios.

100 a 1.000 millones de Kilowatts.

Campo Eléctrico: 30.000 Volt/m.

Gradiente de Potencial: 15 KV.

Impedancia del Aire: 5 K.

Presión Atmosférica: 100 atmósferas.

Duración: 10 – 30 seg.

Energía: 3 x 109 J/m.

Temperatura: entre 15.000 – 30.000 ºC.

Energía Acústica: 25% (trueno)

Energía Calórica: 75% (descarga eléctrica)



Keráunos en griego significa RAYO.

Es el nivel de Riesgo y se valora por el

número de días de la actividad de

rayos por año y por Km2.

Son niveles de referencia.

Mapa Isoceráunico del Continente Americano


IEEE

NFPA

ANSI

BSCP

WMO NFC

NEC

CODELECTRA

COVENIN




Pararrayos Franklin

Jaula de Faraday



Se basa en fenómenos eléctricos, sucesos

y experimentos científicamente

comprobados y mundialmente aceptados.

Descargas Atmosféricas (rayos)

Tierra y Cuerpos Ionizados.

Nube cargada eléctricamente.

Evaporación y condensación de agua.

Estados físicos del Agua: líquido, sólido y

gaseoso. Valores de la energía de un Rayo.

Potencial de Ionización y afinidad

electrónica.

Deformación de una gota de agua en

presencia de campos y potenciales

eléctricos.

Fuerza y resistencia eléctrica del aire.

Resistividad y conductividad eléctrica del

suelo.

Iones Electrolíticos y Electrolitos de elevada

conductividad eléctrica.

Resistencia de dispersión.

Adhesión electrolítica a la masa terrestre.

Rayos cósmicos (efectos)

Nube tripolar y/o tripolo.

Temperatura en la nube:

+10°C, -15°C y -65°C.

“efecto choque” entre partículas.



Cargas eléctricas positivas y negativas

(gota de agua)

“efecto corona” (pérdida de energía)

“efecto choque” (liberación de energía)

Micropartículas en movimiento.

Colisión entre partículas y moléculas del

aire y creación de iones. El aire como dieléctrico nube-tierra.

Mejoramiento de la Resistividad de suelos

mediante: alta alcalinidad, máxima

humedad y retención de agua (propiedades

físicas del carbón y bentonita)

Líneas equipotenciales y equipotencialidad

de un Sistema de Puesta a Tierra.

Propiedades del acero, cobre y aluminio

como buenos conductores eléctricos.

Soldadura exotérmica.

Voltaje de Toque (Ve)

Voltaje de Paso (Vp)

Sobrevoltajes Transitorios de alto nivel.

Campos Eléctricos y Electromagnéticos,

Potencial y grandes volúmenes de iones

entre la ionosfera y la Tierra.

Movimiento y Velocidad de partículas frías y

calientes.

“Corriente de Descarga Puntual” (CDP)

Ionización metálica y atmosférica.

Aceleración y colisión de partículas, iones y

moléculas del aire por efecto de

elevadísimos Campos Eléctricos en la

Atmósfera.

Resistencia y presión atmosférica.



Cañón y/o

Barra Central

Potencial a Tierra

Casquete y/o

Excitadores

Atmosféricos

Potencial

Atmosférico

Electrodo Iónico

Trimetálico Activo Triac

Conductor Bajante

#4/0 AWG. Barra de

Acero Inoxidable

Ionización Natural

“efecto corona”

“efecto choque”

“CDP”

V = 15 KV

E = 30.000 V/m Dimensiones y Características

-Altura: 620 mm.

-Diámetro: 470 mm.

-Peso: 6.4 Kg.

-Mástil de 6 metros.

-Kit Tecnológico

-Material: Acero inoxidable 304

Politetrafluoroetileno (400°C)

-Índice de Penetración Iónica

Vertical: 100 m.



Dimensiones y Características

-Altura: 620 mm.

-Diámetro: 470 mm.

-Peso: 6.4 Kg.

-Mástil de 6 metros.

-Kit Tecnológico

-Material: Acero inoxidable 304

Politetrafluoroetileno (400°C)

-Índice de Penetración Iónica

Vertical: 100 m.



Máxima Seguridad (=30°) Área de Protección (m2)

IONCA-100 10.466 (1 Hectárea)

Jaula de Faraday 300

Punta Franklin 100

0

h (m)

Nivel Suelo

IONCA-100

100

75

50

Índice de Penetración Vertical (m)

J. Faraday P. Franklin



Es un conjunto de elementos metálicos directamente enterrados que

permiten y facilitan la propagación y dispersión a la masa terrestre de

la energía asociada a un rayo y a fallas eléctricas, sin causar daño.

Protege a Personas, Equipos eléctricos de potencia y electrónicos de

alta sensibilidad, comunicación y computación.

Protege contra: Rayos, Sobrevoltajes transitorios de alto y bajo nivel,

Contacto Accidental con líneas de Alta y Baja Tensión.

Estabiliza el voltaje de operación normal.

Facilita la operación de interruptores.

Equipotencialidad: voltaje de toque y voltaje de paso.

Permite la propagación y dispersión a la masa terrestre

de la energía asociada a fallas eléctricas, corrientes

de fuga y descargas atmosféricas (rayos).



Malla Reticular – Barras de Cobre – Flejes Radiales

Circular – Placas Metálicas – Semiesferas

Malla Reticular

60 x 40 metros

Barra Coperweld

5/8” x 2,44 metros

Conductores Radiales Placa Metálica

Nivel Suelo

Adhesión Mecánica a la masa terrestre



porque una Malla de gran dimensión

sólo podría dispersar entre 30.000 y 40.000 Amperios y la Energía de un RAYO es de

200.000 a 500.000 Amperios y 1.000.000 de Megavatios. Además, las Mallas de Puesta a Tierra no son diseñadas ni calculadas para proteger contra Descargas Atmosféricas

Fatiga electromecánica del conductor.

Pérdida de la capacidad de dispersión.

Petrificación de la tierra alrededor de la malla.

Disminución de la conductividad eléctrica del

terreno.

Tierra Petrificada,

Cristalizada y/o

Vitrificada

Barra Coperweld y Malla de Puesta a Tierra

sometidas a los Efectos de Corriente de

Cortocircuito ICC y/o Descargas Atmosféricas

I

Nivel Suelo

500.000 Amperios

1.000 millones de KW


CAPACIDAD MALLA

30.000 a 40.000 Amp

Intensidad del Rayo (I)

Fulgurita



Conductor #4/0 AWG (THHN, TTU)

2” PVC

Elemento Trimetálico

(Al-Cu-Acero Inoxidable)

Barras de Cobre y/o Acero

Inoxidable 5/8” x 2,44 m.

Soldadura Exotérmica y/o

Conexión Electromecánica

Tierra tratada con: Agua,

Cloruro de Sodio, Carbón

Vegetal, Sulfato de Cobre,

Bentonita y otros elementos.

Tanquilla de

Servicio (Acero

Inoxidable)

Tubo 4” (Acero

Inoxidable) 2,60 m.

con 96 huecos

3/4”

Tubo de Aluminio

(Anódo de Sacrificio)

1” x 2,60 m.

V = 27 m3

Nivel Suelo

60 – 90 cm Kit Tecnológico

Kit Tecnológico



R < 0,86 a 3 Ω (ohmios)

Capacidad de Dispersión

600.000 Amperios 1.000 millones de Kilowatts


Características del Terreno

Bajísima Resistividad

Máxima Humedad

Máxima Alcalinidad

Altísima Conductividad Eléctrica

Electrolitos

Adhesión Electrolítica a la masa terrestre



Agua.

Bentonita.

Carbón Vegetal.

Cloruro de Sodio.

Sulfato de Cobre y otros elementos

V = 27 m3

Máxima Conductividad Eléctrica.

Mínima Resistencia de Dispersión (Rd)

Mínima Resistividad () -m

Máxima Humedad.

Máxima Alcalinidad.

Máxima Adhesión a la Masa Terrestre (Electrolítica)

Conductor #4/0 AWG (THHN, TTU)

2” PVC

Acero Inoxidable, Cu, Al r = 3 – 6 metros



Volumetría Semiesférica de Radio r = a 3m < a < 6m

Valores medidos y calculados:

Equipo METRATERR II Electrónico Brown Boveri.

Resistividad (-m): 12 -m < < 28 -m

Resistencia de Dispersión Rd (): 0,86 < Rd < 3,94

Voltaje de Paso Vp (volt.): 97,1V < Vp < 99,4V t 3seg

9,6V < Vp < 10,6V t > 3seg

Voltaje de Toque Vc (volt.): 98,1V < Vc < 99,4V t 3seg

9,2V < Vc < 9,4V t > 3seg

Capacidad de Dispersión de Energía: 600.000 Amperios.

1.000 millones de Kilowatts.

100 millones de Voltios.



KAmp

Nivel Suelo

1.000.000 MW

500

100

20

0

Comparación de Capacidad de

Dispersión y Propagación de

Energía a la masa terrestre

(Amp – KW)

5

Malla Reticular

Barra de Cobre

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra

500 a 600 KA

20 a 30 KA

5KA

Adhesión Electrolítica a la masa terrestre

Adhesión Mecánica a la masa terrestre



IR = A + B + C + D + E + F + G

A: Uso de la estructura.

B: Tipo de Construcción.

C: Contenido de la edificación.

D: Grado de aislamiento.

E: Tipo de Terreno.

F: Altura de la estructura.

G: Número de días de tormenta al año.

Índice Ceráunico NASA/USB:

Zulia, Bolívar, Amazonas.

Brasil, Perú, México, Canadá, USA

IR: 0-30 Protección Opcional

31-60 Protección Necesaria

> 61 Protección Indispensable

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra

Conductor Bajante

#2/0, 3/0, 4/0 AWG

Torre (m)

Pararrayos Ionizante

Natural Ionca

r (m)

h (m)

Mástil

3 - 6 m. – 2 1/2

= 30°

Cono Franklin de Protección

Máxima Seguridad

Riesgo Cero (0)



20

MVA

20

MVA

Sala de

Medición

y Control

Pararrayos Franklin

y/o Jaula de Faraday

5 km

I = 500.000 Amp

P = 1.000 x 106 KW

V = 100 x 106 Voltios

Malla de Puesta a Tierra

ICC (10.000 – 30.000 Amp)

ERRÓNEO

Sala de

Medición y

Control

20 MVA 5 km

I = 200.000 Amp

500.000 Amp

100 a 1.000 millones de KW

100 millones de Voltios Malla de Puesta a Tierra

Pararrayos

Franklin y/o

Jaula de Faraday

# 4/0 AWG

# 4/0 AWG

ERRÓNEO

ERRÓNEO



CERO INTERRUPCIONES Y/O APAGONES

Máxima Seguridad. Riesgo Cero (0)

Sala de

Medición y

Control

5 km

I = 200.000 Amp

500.000 Amp 1.000 millones de KW

100 millones de Voltios Malla de Puesta a Tierra Pararrayos Ionizante

Natural Ionca

#4/0 AWG

2” PVC

#4/0 AWG (THHN, TTU)

2” PVC

Electrodo Iónico


20 MVA

#4/0 AWG

2” PVC

#4/0 AWG

2” PVC

CORRECTO


R

S

T

FASES

1

2

3

N


NUEVO SISTEMA DE CONEXIÓN (CORRECTO)

Puesta a Tierra para

Equipos Electrónicos

de Alta Sensibilidad

(Tarjetas Electrónicas)

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra

Barras y/o Malla de

Puesta a Tierra

Puesta a Tierra para

Equipos de Potencia

Conductor #4/0 AWG

(THHN, TTU) 2” PVC

200.000 a 500.000 Amp

1.000.000 MW

Tablero

Actual

(ERRÓNEO)



Líneas de 115KV

230KV

400KV

800KV

Expuestas a Salidas por

Descargas Atmosféricas

1. Directas o

Apantallamiento

2. Retroactivas o Inversa.

3. Inducción.

Subestaciones y Patios

de Distribución

¡¡ERRÓNEO!! 2 Bandas de

Guarda

Línea de

Transmisión

3 Fases



TORRES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Línea de Transmisión

3 Fases

230KV - 400KV - 800KV

2 Bandas de Guarda

300 – 500 m

Subestaciones

Descargadores de

Sobretensión

RELÉ

Pórticos de

Entrada a S/E

Conductor de

Conexión a Tierra

Barras de Cobre,

Contrapesos

y/o Mallas

Tierra Petrificada, Cristalizada

y/o Vitrificada de mala

conductividad eléctrica por

efecto de la energía de Rayos

¡¡ERRÓNEO!!

Barras de Cobre,

Contrapesos

y/o Mallas

Fulgurita Fulgurita


Línea de Transmisión

3 Fases

230KV - 400KV - 800KV

Conductor de

Conexión a Tierra

Electrodo Iónico

Trimetálico

Activo Triac de

Puesta a Tierra

Tierra Original

Electrolítica de Altísima

conductividad eléctrica

aún después de un Rayo

Electrodo Iónico

Trimetálico

Activo Triac de

Puesta a Tierra

Subestaciones

Descargadores de

Sobretensión

RELÉ

Pórticos de

Entrada a S/E

3 Bandas de Guarda

300 - 1.000 m

¡¡CORRECTO!!


TORRES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN



SUBESTACIONES,

TORRES Y LÍNEAS

DE TRANSMISIÓN

Tierra Original Electrolítica de altísima

conductividad eléctrica aún después

de un Rayo

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra

Descargadores de

Sobretensión


Fulgurita


CONEXIÓN ACTUAL Y/O TRADICIONAL Conductor

Desnudo

Conductor Aislado

(THHN, TTU)

2” PVC

CONEXIÓN NUEVA

ALTA TECNOLOGÍA

Electrodo Iónico

Trimetálico

Activo Triac de

Puesta a Tierra

Barras y Malla de

Puesta a Tierra

INTERCONEXIÓN

CORRECTA

ERRÓNEO ¡¡CORRECTO!!



Pararrayos Ionizante Natural Ionca

Base de Sustentación (H.G.)

Soporte de Bajante Aislado

(Inducción Cero)

Conductor Bajante, Barra 3/4”

(Acero Inoxidable) y/o

#4/0 AWG (TTU) 2” EMT

Posición Este-Oeste

(dirección del viento)

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra

Caseta

AUDOR

MÓDULO CENTRAL DE

TELECOMUNICACIÓN 2 Anillos de

Puesta a Tierra

MÁXIMA SEGURIDAD Y RIESGO CERO (0)

Equipos de

Potencia



Fulgurita

2 Regletas de

Puesta a Tierra

#4/0 AWG (TTU)

2” PVC

ERRÓNEO CORRECTO

Electrodos Iónico Trimetálico Activo Triac



1

2

3

4

5

6

7

8

Caseta de Vigilancia

Subestación Eléctrica

(2x1500KVA)

Sala Centro de Control de Transferencia

Plantas de Emergencia

(1x550KVA – 1x750KVA)

Tanques

Edificio Central

*Sala TI, Equipos Electrónicos.

*Sala de Energía.

*Sala CORE (celular). *Sala de Baterías.

*CCR. *Oficinas, Comedor.

Torre de Comunicación

Caseta AUDOR

Electrodo Iónico


de Puesta a Tierra.

Pararrayos Ionizante

Natural Ionca. Mástil

2” x 6m (Acero

Inoxidable)

45m

25m

Puesta a Tierra.



Puesta a Tierra.

Equipos de Potencia

1

2

3

4

5

6

7

8

#4/0 #4/0

#4/0

#4/0 AWG (TTU)

2” PVC

#4/0

2 Anillos de Puesta a Tierra

2 #4/0 AWG en Pared

Puesta a Tierra



120m

40m

Puesta a Tierra.

Equipos de Potencia

r = 80m

r = 68m



MUY ALTO

Voltaje Longitud (Km)

TASA DE SALIDA x 100

Km/año

SALIDAS/AÑO

Apagones y Fallas

230 KV

400 KV

765 KV

5.313

3.441

2.083

8,5/100

7,0/100

1,0/100

451,60

240,87

20,83

TOTALES 10.837 1 a 9 x Km/año 813,30



Electrodo Iónico Trimetálico Activo Triac de Puesta a Tierra

Evita “la quema” de Tarjetas Electrónicas



Pararrayos Ionizante Natural Ionca y




Pararrayos Ionizante Natural Ionca y


¡EL SISTEMA ELÉCTRICO NACIONAL

NO POSEE SISTEMAS DE

PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS (RAYOS)!

Las Barras, “Contrapesos” y

Mallas de Puesta a Tierra no son

diseñadas ni calculadas contra

Descargas Atmosféricas (Rayos)

¡HE ALLÍ LA CAUSA DE LOS GRANDES „APAGONES‟!



Subestaciones Eléctricas

Estación de Baño

Centro de Control de Motores

Área Administrativa

Área Industrial





Polvorines


Centro de Control de Motores

Mina Subterránea


Proyecto:

Mina Sosa Méndez



Corporación 80.000, C.A.

Subestaciones Eléctricas

Estación de Combustible

Polvorín y Molinos

Campamento

Promotora Minera Guayana PMG, S.A.

Minería MS, C.A. Rusoro Mining


Área Industrial






CVG Venorca (Minería Oro)

Planta Perú, Molinos, Procesadores

Control de Motores, Subestación Eléctrica

CVG Las Cristinas (Minería Oro)


Motores, Campamento

CVG Ferrominera Orinoco

(Minería Hierro) Centro de Control

CVG Fior de Venezuela (Briquetas)

Reactores, Subestación Eléctrica

Motores, Área Administrativa

Liquid Carbonic (Gases)


Planta de Producción de Gases TV Guayana (Televisión)

Antenas de Comunicación

Servicios Panamericanos (Transporte)


Policlínica CEMCA

(Salud) Tomógrafos, Rx, Resonador Magnético

Policlínica CHILEMEX (Salud) Tomógrafos, Rx, Resonador Magnético

Policlínica Puerto Ordaz (Salud)

Proyecto:

Tomógrafos, Rx, Resonador Magnético

Centro Médico Maracay (Salud)

Proyecto:

Tomógrafos, Rx, Resonador Magnético


HIDROBOLÍVAR (Acueducto)

Proyecto: Planta de Potabilización,

Toro Muerto

RECVCA (RUSOS) (Minería Caolín)

Proyecto: Planta de Caolín

PDVSA

(Petróleo y Gas)

Proyecto Boquerón:

Área Industrial Planta

Proyecto Orocual:

Estación de Flujo

ENELBAR (Energía Eléctrica)

S/E - Nirgua, Yaritagua, Chivacoa (Yaracuy)

S/E - Valle Seco, Morón, Bárbula (Carabobo)

FAN (SICODENA)

Proyecto:

Piedra Azul. Fuerte Tiuna.

FAV (Base Aérea)

Proyecto:

Base Generalísimo Francisco de Miranda. La Carlota.

Universidad Nacional de Panamá (Ciudad Universitaria Inteligente)

Proyecto:

Edificio Inteligente



Invenciones y Patentes. ISBN: 978-980-12-3386-2. DL: lf09120086203764.

IEEE, The Institute of Electrical and Electronics Engineers. Región Latinoamericana y El Caribe.

Medalla Premio de Ciencia, Tecnología e Innovación otorgado FUNDACITE, Ministerio de Ciencia,

Tecnología e Industrias Intermedias de Venezuela, 2006.

World Renewable Energy Congress, WREC 2011. Suecia. Autor y Conferencista. Representante de

Venezuela.

Petición de Publicación del Sistema Ionizante Natural de Protección Eléctrica contra Descargas

Atmosféricas (Rayos) por JOURNAL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING. USA-China. 2011.

Postulado al Premio ZAYED FUTURE ENERGY PRIZE. Abu Dhabi. Emiratos Árabes Unidos. 2010.

Paper Nueva Más Alta Tecnología publicado a través de: The International Energy Technology Data

Exchange (www.etde.org); US Department of Energy Office of Scientific and Technical Information, OSTI,

Library and Archives Canada) y Scientific Libraries Worldwide.

XXI World Energy Congress, WEC 2010. Canadá. Autor y Conferencista. Representante de Venezuela.

IEEE, XV Congreso Internacional de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Sistemas. INTERCON 2008, Perú.

Autor y Conferencista. Representante de Venezuela.

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” (UNEXPO), Universidad Arbitrada,

Venezuela. Universidad Privada Antenor Orrego (UPAO), Perú.

Departamento General de Investigación de Ciencia y Tecnología del Ministerio de Ciencia, Tecnología e

Industrias Intermedias de Venezuela.

Centro Nacional de Innovación Tecnológica (CENIT) de Venezuela.

Empresas Públicas y Privadas Nacionales e Internacionales.

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SISTEMA IONIZANTE NATURAL DE PROTECCIÓN … de la Resistividad de suelos mediante: alta alcalinidad, máxima humedad y retención de agua (propiedades físicas del carbón y bentonita)