La energía específica W/R de una corriente de impulso es la energía generada por la corriente de impulso en una resistencia de 1 Ω. Esta generación de energía es la integral del cuadrado de la corriente de impulso por el tiempo de duración de la misma:
Por eso, la energía específica se denomina, con frecuencia, como impulso del cuadrado de la corriente. Es determinante para el calentamiento de conductores por los que fluye la corriente de impulso de rayo, así como para los efectos mecánicos de las fuerzas magnéticas entre conductores recorridos por corriente de impulso de rayo (Ver Figura).
Para la energía generada W en un conductor con la resistencia R tenemos:
Siendo:
R: Resistencia d.c. del conductor (dependiente de la temperatura)
W/R: Energía específica
El cálculo del calentamiento de conductores atravesados por corriente de impulso de rayo puede resultar necesario cuando, al efectuar la planificación y construcción de sistemas de protección contra rayos, haya que tener en consideración los riesgos en cuanto a la protección de personas, riesgos contra incendios y riesgos de explosión.
Al efectuar el cálculo hay que partir del supuesto de que la totalidad de la energía térmica es generada por la resistencia óhmica de los componentes del sistema de protección contra rayos. Asimismo hay que tener en cuenta que, debido a la brevedad del proceso, no tiene lugar ningún intercambio térmico perceptible con el entorno. En la siguiente tabla se exponen las elevaciones de temperatura de diferentes materiales utilizados en los sistemas de protección contra rayos, y sus secciones en función de la energía específica.
Las fuerzas electrodinámicas F originadas por una corriente i que circula por un conductor de longitud l formado por dos ramas largas en paralelo y separadas por una distancia d (Ver Figura) pueden calcularse aproximadamente con la ecuación siguiente:
Siendo:
F(t): Fuerza electrodinámica
I: Corriente
µ0: Permeabilidad magnética en aire (4 π⋅10-7 H/m)
l: Longitud de conductor
D: Distancia entre conductores en paralelo
La acción de la fuerza sobre los dos conductores es de atracción si las dos corrientes fluyen en la misma dirección y es de separación en el caso de sentido opuesto de las corrientes. Es proporcional al producto de las corrientes en los conductores e inversamente proporcional a la distancia existente entre los mismos.
Pero también en el caso de un solo conductor, doblado, se produce un efecto de la fuerza sobre el conductor. En este supuesto, la fuerza es proporcional al cuadrado de la corriente en el conductor doblado.
La energía específica de la corriente de impulso determina, de este modo, el esfuerzo que causa una deformación reversible o irreversible de los componentes y de la disposición de los mismos en un sistema de protección contra rayos.
Estos efectos son tomados en consideración en los protocolos de prueba de las normas de producto referidas a las exigencias que se plantean a los componentes de unión para sistemas de protección contra rayos.
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