Se pueden utilizar varios métodos para planificar los sistemas captadores como parte del sistema externo de protección contra rayos. Un método que ha demostrado su eficacia en numerosos casos es el denominado método de la esfera rodante. Es particularmente adecuado como método de planificación para instalaciones complejas. A diferencia del método del ángulo de protección o de la malla, el método de la esfera rodante se deriva del modelo de rayo electrogeométrico y tiene una base física. Por lo tanto, este método también debe utilizarse si surgen incertidumbres con el ángulo de protección o el método de mallas.
La base para el cálculo de los sistemas captadores es el radio de la esfera rodante, porque con este método una esfera rodante rueda digitalmente sobre el objeto a proteger. Los puntos de contacto forman entonces posibles puntos de impacto del rayo.
Distancia de penetración final y cabezal líder
Debido a la separación de carga, surge una diferencia de potencial entre las nubes y la tierra, y provoca un líder, primera descarga, encabezando la trayectoria. Las descargas de captura parten de varios puntos, como árboles, casas o antenas, en dirección a esta cabeza de líder. Se produce una descarga disruptiva final en el punto cuya descarga de captura alcanza primero la cabeza de líder. De ello se deduce que todos los puntos en la superficie de la esfera rodante con el radio del tramo de distancia disruptiva final y con la cabeza de líder como punto central deben protegerse de los rayos directos. El radio de la esfera rodante está determinado por la clase de protección contra rayos del edificio que se va a proteger.
Sistemas captadores como refugios
La corriente del rayo debe ser capturada y descargada por el sistema de protección contra rayos y, en caso de impacto directo, también proporciona protección contra incendios para el edificio. Los sistemas captadores ofrecen un punto óptimo de impacto y se conectan al sistema de puesta a tierra a través de los conductores de bajada. Esto crea una transición conductiva para las corrientes de rayo hacia el suelo. Los sistemas captadores se pueden considerar como refugios. Estos refugios se determinan mediante el método de la esfera rodante.
Con el método de la esfera rodante se pueden dimensionar las longitudes necesarias de las puntas captadoras y las distancias entre ellas. Deben colocarse de modo que todas las partes de la instalación a proteger estén en el área de protección del sistema captador. En consecuencia, el edificio a proteger debe estar equipado con sistemas captadores de tal forma que una esfera con un radio de esfera especificado según las clases de protección contra rayos no pueda tocar el edificio.
El modelo de rayo electrogeométrico como modelo reconocido físicamente
El radio de la esfera rodante junto con los valores pico mínimos de corriente relacionados con la clase de protección contra rayos correspondiente forman el modelo electrogeométrico (EGM), que es el único modelo básico reconocido físicamente para crear el concepto de zona de protección contra rayos según VDE 0185-305-1 (IEC/EN 62305-1).
Con la ayuda de programas CAD, la bola rodante puede rodar sobre todo el sistema para protegerlo en un espacio tridimensional. Por ejemplo, en edificios de clase de protección contra rayos I, la pelota toca áreas y puntos que todavía están en el área protegida en edificios de clase de protección contra rayos II, III o IV. Con el método de esfera rodante, el sistema a proteger se puede dividir en diferentes zonas de protección contra rayos externas (Lightning Protection Zones = LPZ):
LPZ 0A: peligro por impacto directo de rayo y todo el campo electromagnético del rayo
LPZ0B: protegido contra rayos directos, pero vulnerable al campo eléctrico general del rayo
Cálculo de la profundidad de penetración
Si se utilizan varias puntas captadoras para proteger un objeto, se debe tener en cuenta la profundidad de penetración entre puntas captadoras. La siguiente fórmula se puede utilizar para el cálculo exacto:
p = R − √(R² − (d/2)²)
