1. Universidad Simón Bolívar
Bajantes Para Sistemas De
Protección Contra
Descargas Atmosféricas En
Estaciones De
Telecomunicaciones
Luis Gerardo Díaz
Miguel Martínez
Juan Carlos R
J C Rodríguez
í
Jorge Ramírez
Elizabeth Da Silva
Guillermo Guillen
Erasmo Chirinos

2. Agenda
Introducción a los sistemas de protección
contras descargas atmosféricas
El bajante como caso de estudio
Objetivos
Alternativas de bajante recomendadas en
normas internacionales.
Metodología:
Estudio comportamiento Térmico de las
alternativas
Estudio comportamiento Eléctrico de las
alternativas
Medición de la impedancia en función de la
frecuencia.
Resultados
conclusiones

3. Sistemas de protección contra
descargas atmosféricas
Un sistema externo de
protección contra rayos SPR
está compuesto por tres
elementos fundamentales Captación
que forman una cadena en la
Conducción
que ningún eslabón funciona
correctamente sin el otro. Dispersión
El sistema de captación
(terminales aéreos)
El sistema de conducción SEGURIDAD
(bajantes)
El sistema de drenaje (puesta a
tierra).

4. Sistemas de protección contra
descargas atmosféricas

5. Caso particular:
El Bajante
Su función principal es drenar de manera segura
las corrientes de rayo desde el elemento
captador hasta el sistema de puesta a tierra.
En su diseño es fundamental considerar tres
Aspectos:
Cantidad de bajantes: Varía según el nivel de
protección que se requiera (se recomienda
siempre >2)
Ruta: Con objeto de evitar descargas a la
estructura o “side flashing”
side flashing
Tipo de conductor: Establece la caída de
tensión y soporte térmico del bajante.

6. El bajante en Torres de
Telecomunicaciones
Tradicionalmente se utiliza un solo
bajante que desciende en línea recta
q
desde la punta hasta la base de la torre.
En general se recurre al cobre como
material de construcción, por sus
excelentes propiedades eléctricas y
térmicas.
Problema del cobre: E muy costoso para
P Es
las empresas y atractivo al hurto, dadas
las ubicaciones apartadas en las que se
encuentran las torres de
telecomunicaciones

7. Objetivos
Evaluar desde el punto de vista
técnico, las distintas
alternativas de materiales
utilizados para diseñar bajantes
y sus configuraciones.
Considerando su
comportamiento térmico y
eléctrico.
eléctrico
Estudiar al menos una soluciónó
al problema del hurto de los
conductores de bajada en
torres de telecomunicaciones.

8. Materiales recomendados por
las Normas Internacionales
Recomiendan en
general el uso de
Norma País Año materiales como:
AEA
Aluminio
Argentina 2006 Acero (Galvanizado
92305
IEC
o inoxidable)
Europa 2006 Cobre
62305
NBR 5419 Brasil 2001
Bajo distintas
configuraciones:
NFPA 780 USA 2004 Conductor
trenzado
DR 02359 Australia 2002 Barra sólida
Tira Sólida

9. Algunas opciones Recomendadas
SECCIÓN
NORMA MATERIAL CONFIGURACIÓN
(mm2)
Cobre Tira sólida 50
aluminio Tira sólida 70
aluminio Cilindro Sólido 50
IEC-62305-
3 aluminio Trenzado 50
año:200 Acero galvanizado Tira sólida 50
6
Acero galvanizado Cilindro Sólido 50
Acero galvanizado Trenzado 50
Acero inoxidable Trenzado 70
Cobre Trenzado 29
NFPA-780 Aluminio Trenzado 50
año:200
4 Cobre Tira sólida 29
Aluminio Tira sólida 50

10. Estudios realizados sobre
las alternativas de bajantes
Para evaluar comportamiento de
las distintas opciones de
bajantes que se recomiendan en
las normas se realizaron tres
estudios:
Estudio comportamiento térmico
Estudio comportamiento eléctrico
Estudio de la impedancia en función
de la frecuencia

11. Estudio comportamiento
Térmico
El aumento de la temperatura viene dado
básicamente por las propiedades del material
bajante y la energía específica inyectada por el
rayo
⎡ ⎛W ⎞ ⎤
⋅α ⋅ ρ0
1 ⎢ ⎜ R ⎟ ⎥
θ − θ 0 = ⋅ ⎢exp⎜ 2 ⎟ − 1⎥
α ⎢ ⎜ q ⋅ γ ⋅ CW ⎟ ⎥
⎜ ⎟
⎢ ⎝
⎣ ⎠ ⎥ ⎦
Donde:
•θ-θ0: Aumento de temperatura en el conductor (K)
•α: Coeficiente de temperatura de la resistencia(1/K)
•W/R: Energía especifica del impulso de corriente (J/Ω)
•ρ0: Resistividad a temperatura Ambiente (Ω·m)
γ:
•γ: Densidad del material (Kg/m3)
•q: Sección transversal del conductor. (m2)
•CW: Capacidad Térmica del material. (J/Kg·K)

12. Estudio comportamiento
Térmico
Mientras que el valor de W/R se obtiene de la expresión:
2.2 .10
5
W
= ∫ i2d
2 .10
5
dt 1.8 .10
5
R 1.6 .10
1.4 .10
5
5
Donde i es la forma de onda de la i( t )
1.2 .10
5
1 .10
5
corriente del rayo: 8 .10
4
10 −t
⎛t ⎞ 6 .10
4
⎜ ⎟ ⋅ eτ 2
I ⎜ τ1 ⎟
4 .10
4
i (t ) = ⋅ ⎝ ⎠ 10
2 .10
4
k ⎡ ⎛t ⎞ ⎤
0
1 .10 2 .10 3 .10 4 .10 5 .10 6 .10 7 .10 8 .10 9 .10
4 4 4 4 4 4 4 4 4
0
t
⎢1 + ⎜ ⎟ ⎥
⎜ ⎟
⎢ ⎝ τ1 ⎠ ⎥
⎣ ⎦ I=200kA I=31kA
Donde:
•I: Corriente pico (kA) K=0.93 K=0.93
τ=19μs y τ1=19μs
•k: Factor de Corrección de la corriente pico.
•τ1: Constante de tiempo de frente de onda. (μs) τ2=485 μs τ2=485 μs
•τ2: Constante de tiempo de la cola de onda. Nivel Caso
(μs) protección I promedio

13. Estudio Comportamiento
Eléctrico
Evaluar la caída de potencial por unidad de longitud
Factor
di determinante
ΔV = R ⋅ I P + L ⋅
dt
Donde:
•ΔV: Es la caída de potencial por unidad de
longitud (V/ )
(V/m).
•R: es la resistencia a temperatura del ambiente
deseado (30º) por unidad de longitud (Ω/m).
•L: es la inductancia del conductor por unidad
de longitud (H/m). 1μH/m
•di/dt: Es la variación de la corriente del rayo
en un periodo de tiempo (A/s·m) 10.5263
10 5263 kA/μs
•IP: Máxima valor de la función de corriente (A).
200kA

14. Estudio Comportamiento
Eléctrico
R viene dada por la expresión:
ρo(1 + α (T − T ))
To
R=
A
Donde:
R: es la resistencia por unidad de longitud
(Ω/m).
ρo: Es la resistividad que corresponde a
cada material (Ω·m)
≈10-8
α: Es el coeficiente de variación de R es
resistencia con temperatura.(1/°C)
( ° )
T: Es la temperatura de ambiente deseada, muy
en éste caso 30° pequeño
≈10-3
To: Es la temperatura ambiente estándar:
20°C
A: Es el área transversal del conductor.
(m2)

15. Estudio de la impedancia en
función de la frecuencia
La impedancia depende de R y L,
quienes influyen de manera
determinante en el comportamiento
térmico y eléctrico respectivamente.
é é
Luego se hace necesaria un estudio
de la impedancia en función de la
frecuencia, en el sentido que brinda
una visión global del comportamiento
eléctrico y térmico

16. Estudio Impedancia en
función de la frecuencia
Para ello se realizó el siguiente montaje:
Muestras
utilizadas:
•Placa de cobre de
3*30mm2
•Conductor
Trenzado de Acero
2/0 AWG
•Conductor
Trenzado de Cobre
2/0 AWG
•Ericore®
(Conductor de
cobre hueco,
apantallado y
aislado)

17. RESULTADOS

18. Resultados: Comportamiento Térmico
Bajantes recomendados en la norma IEC-62305
Temperatura IEC-62305-3
960,51
1000,00
960,51
900,00
900 00
800,00
700,00
C)
Temperatura (°C
600,00
421,97
500,00
400,00 216,88
216,88
300,00 216,88
216 88
200,00
25,82
100,00 53,12
22,00 53,12
,
0,00 22,00 Acero
22,00 Acero
Inoxidable
solid tape
Galvanizado
solid round Aluminio
Configuración
trenzado Cobre
C b
Para corriente pico de 200kA

19. Resultados:
Comportamiento Térmico
Aumento de temperatura ante impacto de corriente de 200kA
SECCIóN
NORMA MATERIAL CONFIG θ-θ0(K) θ(ºC)
(mm2)
Cobre 35 46,92 73,923
NBR5419
año:2001 Acero
50 216,88 243,878
galvanizado
Cobre Tira sólida 50 22,00 49,003
IEC-62305-3
IEC 62305 3
año:2006 Acero
Tira sólida 50 960,51 987,511
inoxidable
NFPA 780
NFPA-780 Cobre Tira sólida 58 16,18
, 43,177
,
año:2004 Aluminio Tira sólida 97 13,13 40,132
Cobre Tira sólida (25*3) 9,55 36,555
DR 02359
año:2002 Acero
Tira sólida (25*3) 360,45 387,448
Inoxidable

20. Resultados: Comportamiento Eléctrico
Bajantes recomendados en la norma IEC 62305
Caída d T
C íd de Tensión IEC-62305-3
ió IEC 62305 3
13,954
11,848
, 12,974
14,0000
11,880 11,880
12,0000 9,775 10,772 10,772
8,597
m)
10,0000
10 0000
Caída Tensión (kV/m
10,676 10,676
8,0000 8,570
6,0000
4,0000
Acero Inoxidable
2,0000
Acero Galvanizado
0,0000 Aluminio
Al i i
solid tape Cobre
solid round
trenzado
Configuración
Para corriente pico de 200kA

21. Resultados: Comportamiento
Eléctrico
Caída de potencial por unidad de longitud ante euna corriente de
C í
200kA
SECCIóN
NORMA MATERIAL CONFIG ΔV/l (kV/m)
ΔV/ ( V/ )
(mm2)
Cobre 35 10.7397
NBR5419
año:2001 Acero
A
50 11,8799
galvanizado
Cobre Tira sólida 50 8,5704
IEC-62305-3
IEC 62305 3
año:2006 Acero
Tira sólida 50 11,8482
inoxidable
NFPA-780
NFPA 780 Cobre Tira sólida 58 8,5498
8 5498
año:2004 Aluminio Tira sólida 97 8,5478
Cobre Tira sólida (25*3) 8,5206
DR 02359
año:2002 Acero
Tira sólida (25*3) 10,7058
Inoxidable

22. Resultados:
Medición de Impedancia en
función de la frecuencia
ó

23. Resultados:
Medición de Impedancia en
función de la frecuencia
ó

24. Conclusiones
Existe una variedad de materiales y
configuraciones disponibles en las
normativas internacionales que
satisfacen los requerimientos
térmicos y eléctricos mínimos.
De las opciones recomendadas,
aquellas configuraciones hechas en
acero son las que presentan peor
comportamiento térmico y eléctrico
eléctrico.
Acumula de 2 a 4 veces más temperatura
que el resto de las configuraciones
La caída de potencial es al menos 40%
mayor que el resto

25. Conclusiones
De las configuraciones
recomendadas por las normas,
es la placa de cobre la que
presenta mejor comportamiento.
De las configuraciones
estudiadas es el Ericore® el que
muestra mejor comportamiento
de impedancia en frecuencia.

26. Conclusiones
El factor clave que determina la calidad de
un bajante es su impedancia en función de
la frecuencia Z(f):
Ante eventos alta frecuencia predomina el factor
inductivo, lo que más influye en la caída de
á í
tensión en un bajante impactado por rayo.
Ante eventos de baja frecuencia predomina el
factor resistivo, lo que más influye en la
á
temperatura almacenada en el material.
Una Z(f) pequeña indica una baja inductancia
y una baja resistencia, lo que implica
buenos comportamientos eléctricos y
térmicos

27. Conclusiones
El problema de hurto es una realidad
que afecta el desenvolvimiento de
los sistemas de protección contra
descargas atmosféricas. Ante esto,
é
la mejor opción es realizar una
evaluación técnica y económica del
ó é ó
proyecto, a fin de determinar el
bajante que mejor se adapte a las
necesidades.

32. Resultados:
Comportamiento Térmico
Bajantes recomendados en la norma NBR-5419
Calentamiento NBR5419
243,878
250,000
200,000
Temperatura NBR5419
Temperatura (°C)
150,000
30,500
30,284
73,923 30,000
100,000 52,824
29,500
T
29,000
50,000
Temperatura (°C)
28,500
28,037
0,000
Cobre Aluminio Acero galvanizado
28,000
27,591
27,500
Material
27,000
26,500
26,000
Acero Galvanizado
Para corriente pico de 200kA
Aluminio
Cobre
Material
Para corriente pico de 31kA

33. Resultados:
Comportamiento Térmico
Bajantes recomendados en la norma NFPA-780
Temperatura NFPA-780
100,000
98,129
98,129
90,000
80,121
80,121
80,000
Para corriente pico de 31kA
70,000
60,000
Temperatura NFPA-780
50,000 Temperatura (K)
43,177 40,132
40,132 40,000 28,600
43,177
30,000 28,511 28,511
28,400
20,000
28,200
10,000
10 000 28,160
28 160 28,160
28 160
28,000
0,000
27,800
Nvl. II Aluminio
Configuracion trenzado Nvl. I Aluminio 27,600 Tem peratura (°C)
Nvl. II Cobre 27,377
solid Nvl. I Cobre 27,377 27,400
strip
27,308
27,308
27,200
27,000
Para corriente pico de 200kA 26,800
26,600
Configuración Nivel II Aluminio
trenzado
Nivel I Aluminio
Nivel II Cobre
solid strip
Nivel I Cobre Material / Nivel de protección

34. Resultados: Comportamiento
Térmico
Bajantes recomendados en la norma DR 02359
Temperatura DR 02359
Para corriente pico de 31kA
3000,000
2778,111
2500,000 Temperatura DR-02359
eratura (°C)
2000,000 387,448 70,000
Acero Inoxidable
799,144
1500,000
Tempe
100,584 Acero G l
A Galvanizado
i d 62,421
62 421 60,000
60 000
1000,000 Material
49,351 147,431 Aluminio
50,000
500,000
36,555 73,923 cobre
34,630 40,000
0,000
Tira Trenzado Tem peratura (°C)
28,451
Configuración 30,000
27,515 33,777
29,372 20,000
27,225
28,037
Para corriente pico de 200kA 10,000
0,000
Acero
Acero Inoxidable
Tira Aluminio Galvanizado
Configuración
Material
Trenzado Cobre

35. Resultados comportamiento
Eléctrico
Bajantes recomendados en la norma NBR-5419
Caída de Tensión NBR5419
11,8799
12,0000
11,8000
11,6000
11 6000 Para corriente pico de 31kA
Caída Tensión (kV/m)
11,4000
11,2000
10,7397 10,7020
11,0000 Caída de Tensión NBR5419
10,8000
10,6000
1,8500
10,4000
1,8398
10,2000
1,8000
10,0000
Cobre Aluminio Acero galvanizado
Material 1,7500
Caída de Tensión (kV/m ) 1,7000
1,6572 1,6631
Para corriente pico de 200kA 1,6500
1,6000
1,5500
Acero Galvanizado
Aluminio
Material Cobre

36. Resultados: Comportamiento
Eléctrico
Bajantes recomendados en la norma NFPA-780
Caída de Tensión NFPA-780
12,0000
10,6550
10,7722 10,6531
10,7838 10,0000
8,5498
8 5498 Para corriente pico de 31kA
Caída Tensión (kV/m)
8,6670 8,5478 8,0000
8,6785
Caída de Tensión NFPA-780
6,0000
1,8000
4,0000 1,6500
1,6699
1 6699 1,6681 1,6000
1 6000
1,6496
2,0000
1,3240 1,4000
1,3439 1,3421 1,3236
Configuració
0,0000 1,2000
trenzado
Nvl. II Aluminio 1,0000
n
solid strip Nvl. I Aluminio Caída de Tensión (kV/m )
Nvl. II Cobre
Nvl. I Cobre 0,8000
Material y Nivel de Prtoección
0,6000
0,4000
Para corriente pico de 200kA 0,2000
0,0000
Configuración
g Nivel II Aluminio
do
Nivel I Aluminio
trenzad
Nivel II Cobre
solid strip
Nivel I Cobre Material / Nivel de protección

37. Resultados:
Comportamiento eléctrico
Bajantes recomendados en la norma DR-02359
Caida de Tensión DR 02359
Para corriente pico de 31kA
15,4223
10,7058
10 7058
12,4600
Caída de Tensión DR-02359
16,0000
9,3234
14,0000 10,8776
sión (kV/m)
12,0000
8,5850 2,5000
10,7397
10,0000 Acero Inoxidable 2,3889
8,5206
8,0000
8 0000
Caída Tens
Acero Galvanizado 2,0000
6,0000 Material
1,9297
1,6845
4,0000 Aluminio 1,4439 1,6581
1,3294 1,5000
2,0000 1,6631
cobre
Caída de Tensión (kV/m )
0,0000 1,3194
Tira Trenzado 1,0000
Configuración
0,5000
Para corriente pico de 200kA Tira 0,0000
Configuración Trenzado Acero Inoxidable
Acero
Aluminio Galvanizado
Cobre
Material

38. Resultados:
Medición de Impedancia en
función de la frecuencia
ó