Hilos de guardia.

Los hilos de guardia, también conocidos como cables de protección, se utilizan para proteger las líneas eléctricas contra los golpes de rayos y descargas atmosféricas. Estos hilos están diseñados para captar la energía de los rayos y desviarla de manera segura hacia la tierra, protegiendo así los conductores principales y los equipos conectados.

El sistema de protección Schwaiger establece diferentes zonas de protección que se forman mediante la instalación de uno, dos o tres hilos de guardia. Estas zonas se definen en función de la distancia desde la línea eléctrica y se utilizan para proteger diferentes partes del sistema de energía.

• Zona de protección con un hilo de guardia: En esta configuración, se instala un solo hilo de guardia a una distancia determinada de la línea eléctrica. Este hilo de guardia actúa como un conductor de protección para captar las descargas atmosféricas y desviarlas a tierra. Esta zona de protección ofrece una protección básica contra los golpes de rayos y se utiliza en líneas de media y baja tensión.

• Zona de protección con dos hilos de guardia: En este caso, se instalan dos hilos de guardia a una distancia específica de la línea eléctrica, uno a cada lado. Estos dos hilos de guardia actúan como conductores de protección adicionales y ayudan a mejorar la eficiencia de la protección contra los golpes de rayos. Esta configuración se utiliza en líneas de alta tensión y proporciona una mayor protección en comparación con la zona de protección de un solo hilo.

• Zona de protección con tres hilos de guardia: Esta configuración implica la instalación de tres hilos de guardia, uno en el centro y dos en los extremos, a una distancia determinada de la línea eléctrica. Los tres hilos de guardia trabajan en conjunto para captar y desviar las descargas atmosféricas de manera más efectiva. Esta configuración se utiliza en líneas de alta tensión y proporciona la mayor protección contra los golpes de rayos.

La elección de la configuración de hilos de guardia depende del nivel de protección requerido y de las características del sistema de energía. Es importante tener en cuenta las recomendaciones y normativas específicas de seguridad eléctrica al implementar estos sistemas de protección.

Resumiendo, las zonas de protección formadas por 1, 2 y 3 hilos de guardia según el sistema Schwaiger ofrecen diferentes niveles de protección contra los golpes de rayos y descargas atmosféricas en las líneas eléctricas.

Según Schwaiger, la zona protegida por los hilos de guardia, está determinada por círculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de protección, como está representado en la figura siguiente :

Figura : Zonas de protección formadas por 1, 2 y 3 hilos de guardia (Schwaiger).

Se puede definir la posición de los hilos de guardia, mediante el ángulo de protección. Se considera que un ángulo menor de 40° ó 30°, entre el hilo de protección y conductores, asegura la línea contra los golpes directos . Las alturas de los soportes construidos de acuerdo con este criterio, resultan menores que las exigidas por la teoría de Schwaiger.

Con lo dicho quedarían definidos los criterios para la disposición de los conductores y de los hilos de guardia, pero los hilos de guardia colocados sobre los conductores de línea, aún si soportan el golpe de rayo, no garantizan por sí mismos una eficaz protección del sistema, si la aislación de la línea no se ajusta a las consecuencias que produce el golpe de rayo en el hilo de guardia. Como ya se dijo, el rayo da origen a corrientes del orden hasta 10⁵A. Esta corriente que fluye hacia tierra se distribuye sobre varios soportes de línea si la línea está provista de hilos de guardia pero los soportes próximos al lugar donde cayó el rayo pueden ser recorridos por intensidades de hasta 10⁴A. Esta corriente produce en el hilo de guardia, soporte y puesta a tierra una caída de tensión debida a la resistencia de estos elementos. 

El producto I_rayo*R_tierra resulta del orden de 10⁵ hasta 10⁶ voltios, ya que, las puestas a tierra en los demás casos representan resistencias de 10 hasta 10² ohmios. En consecuencia el soporte toma un potencial muy alto, que puede producir una descarga secundaria entre soporte y conductor, si la aislación de los conductores de fase no soporta tal diferencia de potencial. En el momento de la descarga, el potencial de los conductores no será el correspondiente a la tensión normal de la línea, porque antes la caída del rayo las nubes influenciaron también en éstos una carga electroestática. Al caer el rayo ésta se vuelve libre y produce ondas migratorias llamadas también ondas errantes en los conductores. El valor de, la carga electroestática depende del gradiente atmosférico existente a la altura de la línea antes la caída del rayo, y, por tanto, no se puede definirla. En las consideraciones que siguen se asumirá que el potencial de los conductores de línea que están recorridos por la tensión alterna U, es decir + U _máx y - U _máx es cero, suposición que es más desfavorable que la realidad.

Términos destacados :

• Ángulo de protección (Protection angle)
• Aislación de línea (Line insulation)
• Caída de tensión (Voltage drop)
• Carga electrostática (Electrostatic charge)
• Conductores de fase (Phase conductors)
• Corriente de rayo (Lightning current)
• Descarga secundaria (Secondary discharge)
• Descargas atmosféricas (Atmospheric discharges)
• Distribución de corriente (Current distribution)
• Golpe de rayo directo (Direct lightning strike)
• Hilos de guardia (Shield wires)
• Instalación de protección (Protection installation)
• Líneas eléctricas (Electric lines)
• Onda errante (Traveling wave)
• Puesta a tierra (Grounding)
• Radios de protección (Protection radii)
• Resistencia de soporte (Support resistance)
• Schwaiger (sistema) (Schwaiger system)
• Soportes de línea (Line supports)
• Zonas de protección (Protection zones)