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Origen de las sobretensiones transitorias

Las sobretensiones transitorias tienen cuatro orígenes principales :
   - El rayo
   - Las sobretensiones industriales o de conmutaciones
   - Las sobretensiones electrostáticas (ESD)
   - Los impulsos electromagnéticos nucleares (IEMN)

En función de estos orígenes, las sobretensiones se diferencian en cuanto a sus amplitudes, sus energías, sus formas o sus tasas de recurrencia.
Mientras los fenómenos de rayo y de sobretensiones industriales son conocidos desde hace muchos años, las perturbaciones «ESD» e «IEMN» son mucho más específicas y dependen de mutaciones tecnológicas recientes. (Uso masivo de semiconductores en el primer caso y armamento termonuclear en el segundo).

Efectos indirectos

En el marco eléctrico, existen 3 tipos de efectos indirectos :
Impacto en las líneas aéreas
Por estar muy expuestas, pueden ser impactadas directamente por el rayo, lo que provocará primero una destrucción total o parcial de los cables, y luego una onda de tensión importante que se propagará naturalmente a lo largo de los conductores hasta alcanzar los equipos conectados a la línea. La importancia de los daños dependerá evidentemente de la distancia entre los equipos y el impacto.
Subida del potencial de tierra
El drenaje de la corriente de rayo en el suelo crea subidas de potenciales de tierra que dependen de la intensidad de la corriente y de la impedancia de la tierra local. En caso de una instalación que se pueda conectar a diferentes tipos de tierra (ejemplo : lazo entre edificios), diferencias de potencial muy importantes aparecerán como consecuencia de la caída de un rayo y los equipos conectados a las redes afectadas quedarán destruidos o muy dañados.
Radiación electromagnética
El relámpago se puede considerar como una antena de varios kilómetros de altura portadora de una corriente impulsiva de varias decenas de kiloamperios, que emite campos electromagnéticos intensos (varios kV/m a más de 1 km).

Estos campos inducen tensiones y corrientes elevadas en las líneas cercanas o en los equipos dependiendo de la proximidad y de las características del enlace.

 

Sobretensiones industriales

Se denominan bajo este término los fenómenos provocados por la puesta en marcha o el apagado de equipos eléctricos.

Las causas de sobretensiones industriales son :
- Puesta en marcha de motores / transformadores
- Cebadores para el alumbrado público
- Conmutación de redes de alimentación
- Rebote de puesta en marcha en un circuito inductivo
- Funcionamiento del fusible o del disyuntor
- Caída de líneas..

Estos fenómenos van a generar sobretensiones transitorias de varios kV con tiempos de subida del orden del microsegundo que van a afectar a los equipos de las redes sobre los cuales el sistema perturbador está conectado.

Sobretensiones electrostáticas
El ser humano se puede comparar eléctricamente a una capacidad de 100 a 300 picofaradios : desplazándose sobre una moqueta sintética por ejemplo, puede absorber hasta 15kV y, tocando un elemento conductor, «descargarse» en unos nanosegundos con una corriente de aproximadamente 10 amperios. Todos los circuitos integrados (CMOS...) son muy sensibles a este tipo de perturbación.
La reducción de esta perturbación se puede realizar mediante blindaje y puesta a masa.

El Fenómeno IEMN (Impulsión Electromagnética Nuclear)
La explosión nuclear exo-atmosférica de gran altitud provoca un campo electromagnético intenso (hasta 50kV/m en 10ns) que radia una zona en el suelo que puede alcanzar 1200 km de radio.
En el suelo, este campo va a inducir sobretensiones transitorias muy altas en las líneas de energía, de transmisión y en las antenas... y por lo tanto destruir los equipos terminales (circuitos de alimentación, terminales informáticos, equipos telefónicos...).
La elevación del campo puede alcanzar varios kV/ns. Aunque resulta difícil eliminar todas las sobretensiones inducidas por un impulso electromagnético nuclear, existen medios par reducirlas, fortaleciendo el sistema que se quiere proteger : sea la que sea la amplitud del fenómeno, se pueden adoptar soluciones de protecciones tales como el blindaje, el filtrado/protección contra la sobretensión adaptados al fenómeno IEMN.