19th International Symposium of Electrical Engineering

SIE 2021

Positive experience of external protection against lightning in Cuba: empirical validation of early streamer emission devices (ESE)

Abstract

Historically, external lightning protection (lightning rods) has presented important theoretical controversies, from the time of Benjamin Franklin to the present day. In all this time, the lack of scientific validation of any lightning protection system (LPS) has prevented settling this controversy. This validation presents important difficulties:

- In the laboratory, only certain aspects of the beam can be reproduced, since there are scale problems that prevent a complex phenomenon of such magnitude from being fully reproduced.

- The test fields with natural rays do not receive a statistically significant number of rays, nor representative of the geographical, architectural and climatological variety, therefore the statistics obtained cannot be applied to global models.

- Carrying out an independent scrutiny of existing facilities involves a dissuasive economic cost, high complexity and a considerable investment of time. In our country, the Republic of Cuba, the necessary conditions have been given to carry out this unique scrutiny for the following reasons:

• One of the highest isokeraunic indices on the planet.

• The design, installation and operation of the LPS are controlled and audited exclusively by the Fire Protection Agency (APCI), which implies that the available data is organized and centralized.

• There are thousands of LPS installations and an experience of more than 20 years.

This article constitutes the first formal document at the international level, independent of the industry, on the empirical validation of external protection systems, in this case, on systems based on ESE, after more than 200 years of applied protection against lightning without studies statistically representative of any lightning protection system or device. This work is based on data and experience from government institutions and in an environment with very high ceramics activity, typical of subtropical climates.

Palabras clave: protección externa contra rayos, pararrayos de emisión adelantada

Keywords: external lightning protection, early streamer emission

Resumen

Históricamente la protección externa contra el rayo (pararrayos) ha presentado importantes controversias teóricas, desde tiempos de Benjamin Franklin hasta la actualidad. En todo este tiempo la falta de validación científica de cualquier sistema de protección contra el rayo (SPCR) ha impedido zanjar esta controversia. Dicha validación presenta importantes dificultades:

- En laboratorio solo pueden reproducirse ciertos aspectos del rayo, ya que existen problemas de escala que impiden reproducir totalmente un fenómeno complejo y de tal magnitud.

- Los campos de ensayos con rayos naturales no reciben un número de rayos estadísticamente significativo, ni representativo de la variedad geográfica, arquitectónica y climatológica, por lo que las estadísticas obtenidas no pueden aplicarse a modelos globales.

- La realización de un escrutinio independiente sobre las instalaciones existentes supone un coste económico disuasorio, una elevada complejidad y una inversión de tiempo considerable. En nuestro país, la República de Cuba, se han dado las condiciones necesarias para la realización de este singular escrutinio por los siguientes motivos:

• Uno de los índices isoceráunicos más altos del planeta.

• El diseño, instalación y explotación de los SPCR están controlados y auditados exclusivamente por la Agencia de Protección Contra Incendios (APCI), lo que implica que los datos disponibles se encuentran organizados y centralizados.

• Existen miles de instalaciones de SPCR y una experiencia de más de 20 años.

Este artículo constituye el primer documento formal a nivel internacional, independiente de la industria, sobre la validación empírica de los sistemas de protección externa, en este caso, sobre sistemas basados en PDCs, tras más de 200 años de protección aplicada contra el rayo sin estudios estadísticamente representativos de ningún sistema ni dispositivo de protección contra el rayo. Este trabajo está basado en datos y experiencia de instituciones gubernamentales y en un entorno con la actividad ceráunica muy alta, propia de climas subtropicales.