Análisis del comportamiento eléctrico de textiles conductores usados en dispositivos portátiles de protección contra rayos ante corrientes tipo rayo

Abstract

El presente trabajo analiza el comportamiento de los tejidos conductores usados en refugios temporales de protección contra rayos, frente a corrientes tipo rayo, con el fin de determinar las densidades superficiales de corriente crítica que pueden causar la sublimación de los diferentes materiales conductores. Lo anterior por cuanto esta sublimación provoca disminución en la continuidad eléctrica del textil o incluso la destrucción de este, lo que provocaría la exposición a la corriente de rayo de los ocupantes del refugio. En este sentido se simulan los efectos térmicos por efecto Joule que genera la circulación de la corriente en forma de onda 10/350 μs a través del tejido conductor.

Para esto se analizaron los cambios de temperatura para tejidos en material de constantán y de cobre de acuerdo con el estándar IEC 62305-1, considerando el fenómeno como adiabático, donde por la rapidez de la circulación de la corriente se considera que no existe un intercambio de calor entre el material conductor y su entorno. Posteriormente, se modela el tejido conductor en el software COMSOL Multiphysics, tanto considerando el constantán como el cobre, obteniendo valores de densidad superficial de corriente crítica, la cual genera un calentamiento en el material igual a su temperatura de fusión.

De dichas simulaciones se logra identificar que en el caso del constantán la densidad superficial de corriente es de 152 A/cm, mientras que para un tejido elaborado en cobre esta densidad es más de 5 veces mayor, llegando a los 781 A/cm. (Texto tomado de la fuente)

The present work analyzes the behavior of conductive fabrics used in temporary lightning protection shelters, against lightning currents, to determine the critical current surface densities that can cause the sublimation of the conductive materials. This is because this sublimation causes a decrease in the electrical continuity of the textile or even its destruction, which would cause the exposure of the shelter occupants to the lightning current. In this way, the thermal effects due to the Joule effect generated by the circulation of the current in the form of a 10/350 μs wave through the conductive fabric are simulated.

For this purpose, temperature changes for fabrics in constantan and copper material were analyzed in accordance with IEC 62305-1 standard, considering the phenomenon as adiabatic, where due to the speed of the current circulation it is considered that there is no heat exchange between the conductive material and its environment. Subsequently, the conductive fabric is modeled in the COMSOL Multiphysics software, considering both constantan and copper, obtaining surface density values of critical current, which generates a heating in the material equal to its melting temperature.

From these simulations it is possible to identify that in the case of constantan the surface density of current is 152 A/cm, meanwhile for a fabric made of copper this density is more than 5 times higher, reaching 781 A/cm.