Download - Puesta a Tierra - Inst. Electricas-01
“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”
NOMBRE:
EZEQUIEL
APELLIDOS:
VARGAS HERNANDEZ
NOMBRE DEL TEMA:
“PUESTA A TIERRA”
FACULTAD:
INGENIERIA CIVIL
DOCENTE:
ING. PEDRO BALLENA DEL RIO
CURSO:
INSTALACIONES ELECTRICAS
CHICLAYO – 21 DE SEPTIEMBRE DEL 2013 – PERU
INTRODUCCIÓN
El tema de investigación que queremos detallar y a la vez conocer más
en el ámbito de las instalaciones eléctricas en una construcción es
"Puesta a Tierra”, para lo cual llegaremos a saber conceptos, esquemas.
etc.
Se ha previsto la estabilidad, continuidad de funcionamiento y la
protección de los mismos con dispositivos que eviten el ingreso de estos
transitorios a los sistemas en fracciones de segundo (nanosegundos) y
sean dispersados por una ruta previamente asignada como es el sistema
de puesta a tierra (SPAT), que es el primer dispositivo protector no solo
de equipo sensible, sino también de la vida humana evitando desgracias
o pérdidas que lamentar.
En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con
electricidad, sólo se disponía de carga eléctrica generada por
frotamiento o por inducción. Se logró (por primera vez, en 1800) tener
un movimiento constante de carga cuando el físico italiano Alessandro
Volta inventó la primera pila eléctrica.
Damos inicio a nuestro tema de investigación.
Página 2
Figura 02: Diferencias en las tomas.
I. PUESTA A TIERRA
I.1. DEFINICIÓN:
Es una unión de todos los elementos metálicos que, mediante cables de
sección suficiente entre las partes de una instalación y un conjunto de
electrodos, permite la desviación de corrientes de falta o de las
descargas de tipo atmosférico, y consigue que no se pueda dar una
diferencia de potencial peligrosa en los edificios, instalaciones y
superficie próxima al terreno.
I.2. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA:
La toma de tierra, también denominado hilo de tierra, toma de conexión
a tierra, puesta a tierra, pozo a tierra, polo a tierra, conexión a tierra,
conexión de puesta a tierra, o simplemente tierra, se emplea en las
instalaciones eléctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un
fallo del aislamiento de los conductores activos.
Página 3
Figura 02: Ubicación del sistema puesta a tierra.
En los sistemas de telégrafos de principios del siglo XIX se usaban dos o
más cables para llevar la señal y el retorno de las corrientes. Por aquel
entonces se descubrió (probablemente el científico alemán Carl August
Steinheil) que la tierra podría ser usada como un camino de retorno para
completar un circuito cerrado, de esta forma el cable de retorno era
innecesario.
Sin embargo, había problemas con este sistema, ejemplificado por la
línea de telégrafo transcontinental construida en 1861 por la Western
Unión Company entre St. Joseph (Misuri) y Sacramento (California). Con
clima seco, la conexión de tierra a menudo desarrollaba una alta
resistencia, esto requería que vertiera agua sobre las barras que hacían
de conexión para que el sistema funcionara. Más adelante, cuando la
telefonía comenzó a sustituir a la telegrafía, se encontró que las
corrientes que inducían en la tierra otros aparatos, los ferrocarriles y los
Página 4
relámpagos causaban una interferencia inaceptable, por lo que el
sistema de dos hilos fue reintroducido.
I.3. FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA:
Los objetivos principales de las puestas a tierra son:
a) Obtener una resistencia eléctrica de bajo valor para derivar a
tierra Fenómenos.
b) Eléctricos Transitorios (FETs.), corrientes de falla estáticas y
parásitas; así como ruido eléctrico y de radio frecuencia.
c) Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla
dentro de los límites de seguridad de modo que las tensiones de
paso o de toque no sean peligrosas para los humanos y/o
animales.
d) Hacer que el equipamiento de protección sea más sensible y
permita una rápida derivación de las corrientes defectuosas a
tierra.
e) Proporcionar un camino de derivación a tierra de descargas
atmosféricas, transitorios y de sobretensiones internas del
sistema.
f) Ofrecer en todo momento y por el tiempo de vida útil del SPAT
(±20 años) baja resistencia eléctrica que permita el paso de las
corrientes de falla.
g) Servir de continuidad de pantalla en los sistemas de distribución
de líneas telefónicas, antenas y cables coaxiales.
Página 5
Figura 06: Sistema de Puesta a Tierra.
I.4. ELEMENTOS QUE FORMAN UNA PUESTA A TIERRA:
A los elementos que forman el conjunto de una puesta a tierra los
podemos clasificar de la siguiente forma:
a) Tierra: Necesitamos un terreno que será capaz de disipar las
energías que pueda recibir.
b) Toma de tierra: Esta es la instalación de conexión a tierra,
consta de las siguientes partes:
Página 6
Electrodos o picas (también llamados jabalinas): Partes metálicas
enterradas.
Línea de enlace con tierra: Conductor conectado a los electrodos.
Bornes de puesta a tierra: conexión entre la línea de enlace y los
distintos conductores de protección.
Conductores de protección: unen los distintos puntos de la
instalación con la línea de enlace.
I.5. TIPOS DE TIERRAS:
El sistema a tierra se divide en tres, diferenciándolos de la siguiente
manera.
I.5.1.Sistema a tierra de corriente alterna:
Es el más común, y que la podemos encontrar en edificios, hogares,
producida por la diferencia de voltaje o corriente que tienen los circuitos
eléctricos que trabajan con este voltaje alterno.
Ejemplos:
Duchas eléctricas.
Refrigeradores.
Transformadores.
I.5.2.Sistema a tierra de corriente continúa:
Esta la encontramos en toda la infinidad de equipos electrónicos que
existen, y de igual forma se produce por la decencia de voltajes o
corrientes en estos circuitos.
Ejemplo
Página 7
Tarjetas electrónicas, que existen en computadores, videojuegos,
PLC (Controladores Lógicos Programables), sistemas HMI (Interfaz
Humano Máquina).
I.5.3.Sistema a tierra electrostática:
Este tipo de tierra es muy peculiar debido a que lo encontramos
específicamente en tanques de almacenamiento, transporte o
tratamiento, se produce por la interacción del fluido (cargas eléctricas +
ó -) y con su contenedor (cargas eléctricas + ó -) por lo general carga (-).
Ejemplo
Tanques para almacenar o tratar crudo, combustibles, gases,
sustancias químicas.
El propósito de separar estos tres tipos, es para reducir al mínimo los
daños, tanto físicos como materiales, y con ello las pérdidas
económicas, esta independizarían de las tierras, se aplican más en el
sector industrial, en los tableros de control que monitorean, supervisan
los distintos procesos que involucran mantener operativa una industria.
El conjunto del sistema de puesta a tierra tiene una resistencia menor
de 10Ω, así como asegurarnos de que no existan bucles que produzcan
tensiones inducidas.
El sistema de puesta a tierra consta, principalmente, de:
a) Tomas de tierra.
b) Anillos de enlace.
c) Punto de puesta a tierra.
d) Líneas principales de tierra.
Página 8
Figura 06: Esquema de un sistema de puesta a tierra.
I.6. TOMA A TIERRA:
I.6.1.Esquemas de conexión de puesta a tierra .
La toma a tierra es un sistema de protección al usuario de los aparatos
conectados a la red eléctrica. Consiste en una pieza metálica, conocida
como pica o electrodo o jabalina, enterrada en suelo con poca
resistencia y si es posible conectada también a las partes metálicas de
Página 9
la estructura de un edificio. Se conecta y distribuye por la instalación por
medio de un cable de aislante de color verde y amarillo, que debe
acompañar en todas sus derivaciones a los cables de tensión eléctrica, y
debe llegar a través de los enchufes a cualquier aparato que disponga
de partes metálicas que no estén suficientemente separadas de los
elementos conductores de su interior.
Cualquier contacto directo o por humedades, en el interior del aparato
eléctrico, que alcance sus partes metálicas con conexión a la toma a
tierra encontrará por ella un camino de poca resistencia, evitando pasar
al suelo a través del cuerpo del usuario que accidentalmente pueda
tocar el aparato.
La protección total se consigue con el interruptor diferencial, que
provoca la apertura de las conexiones eléctricas cuando detecta que hay
una derivación hacia la tierra eléctrica en el interior de la instalación
eléctrica que controla. Debe evitarse siempre enchufar un aparato
dotado de clavija de enchufe con toma de tierra en un enchufe que no
disponga de ella.
I.6.2.Líneas de alta tensión:
Figura 03: Grafico de colocación.
I.6.3.Bornes de puesta a tierra:
En las líneas de alta tensión de la red de transporte de energía eléctrica
el hilo de tierra se coloca en la parte superior de las torres de apoyo de
los conductores y conectado eléctricamente a la estructura de éstas,
Página 10
que, a su vez, están dotadas de una toma de tierra como la descrita
anteriormente. En este caso el hilo de tierra cubre una doble función:
por una parte protege a las personas de una derivación accidental de los
conductores de alta tensión, y por otra, al encontrarse más alto que los
citados conductores, actúan como pararrayos, protegiendo al conjunto
de las descargas atmosféricas, que de esta forma son derivadas a tierra
causando el mínimo daño posible a las instalaciones eléctricas.
I.6.4.Tierra y masa:
Figura 04: Línea de enlace con tierra, bajo cimentación de la vivienda.
a. Tierra Física:
El término "tierra física", como su nombre indica, se refiere al potencial
de la superficie de la Tierra.
El símbolo de la tierra en el diagrama de un circuito es:
Para hacer la conexión de este potencial de tierra a un circuito eléctrico
se usa un electrodo de tierra, que puede ser algo tan simple como una
barra metálica (usualmente de cobre) anclada al suelo, a veces
humedecida para una mejor conducción.
Es un concepto vinculado a la seguridad de las personas, porque éstas se hallan a su mismo
potencial por estar pisando el suelo. Si cualquier aparato está a ese mismo potencial no
Página 11
habrá diferencia entre el aparato y la persona, por lo que no habrá descarga eléctrica
peligrosa.
Por último hay que decir que el potencial de la tierra no siempre se puede considerar
constante, especialmente en el caso de caída de rayos. Por ejemplo si cae un rayo, a una
distancia de 1 kilómetro del lugar en que cae, la diferencia de potencial entre dos puntos
separados por 10 metros será de más de 150 V en ese instante.
Figura 05: Puesta a tierra de un apoyo eléctrico.
b. Tierra analógica:
La definición clásica de masa (en inglés de Estados Unidos ground de donde viene la
abreviación GND, earth en inglés de Reino Unido) es un punto que servirá como referencia
de tensiones en un circuito (0 voltios). El problema de la anterior definición es que, en la
práctica, esta tensión varía de un punto a otro, es decir, debido a la resistencia de los cables
y a la corriente que pasa por ellos, habrá una diferencia de tensión entre un punto y otro
cualquiera de un mismo cable.
Una definición más útil es que masa es la referencia de un conductor que es usado como
retorno común de las corrientes.
El símbolo de la masa en el diagrama de un circuito es el siguiente (también es aceptable
sin el rayado):
En la mayoría de las aplicaciones la masa del equipo o sea el chasis, el soporte de los
circuitos así como el valor 0 voltios deben, en principio, ir conectados a tierra. Por lo que
muchas veces cuando se dice conexión a masa también significa conexión a tierra. En otras
Página 12
pocas ocasiones la masa y la tierra en un circuito no tienen porque tener la misma tensión.
Incluso la forma de onda de la masa respecto a la tierra puede ser variable, como ocurre en
un convertidor Buck.
I.6.5.Elementos:
Las tomas de tierra están formadas por los siguientes elementos:
a. Electrodos:
Los electrodos son elementos metálicos que permanecen en Sistema de puesta a tierra
inteligente, diseñado para complementar las instalaciones de pararrayos desionizantes de
carga electroestática durante el proceso de formación del rayo en una tormenta eléctrica,
facilitando la fuga de corriente a tierra durante la primera fase de formación del rayo,
disipando uniformemente estas fugas producidas por corrientes o derivaciones ocurridas
fortuitamente en las líneas receptoras, carcasas, postes conductores y todo aquello que
pueda producir descargas eléctricas a los que trabajan con tensiones eléctricas peligrosas.
El objeto del sistema es minimizar las tensiones eléctricas en el cable de tierra en caso de
avería de un equipo eléctrico, en baja, media o alta tensión, protegiendo de tensiones
peligrosas a personas e instalaciones.
El sistema consiste en un pozo efectuado en el terreno, electrodos especiales, tierras
orgánicas y químicas, enlace mecánico con tierra, sistema de humidificación automático
para tierras orgánicas y químicas, instalaciones eléctricas, hidráulicas y electrónicas,
dosificador de sales naturales, sondas de control, miniordenador para la gestión del análisis
y seguimiento del comportamiento de la instalación y conexionado con modem.contacto
directo con el terreno.
Los electrodos estarán construidos con materiales inalterables a la humedad y a la acción
química del terreno. Por ello, se suelen usan materiales tales como el cobre, el acero
galvanizado y el hierro zincado.
Según su estructura, los electrodos pueden ser:
Página 13
Placas: Serán placas de cobre o hierro zincado, de al menos 4 mm de grosor, y
una superficie útil nunca inferior a 0.5 m2. Se colocarán enterradas en posición
vertical, de modo que su arista superior quede, como mínimo, a 50 cm bajo la
superficie del terreno. En caso de ser necesarias varias placas, están se colocarán
separadas una distancia de 3 m.
Picas: Pueden estar formadas por tubos de acero zincado de 60 mm de diámetro
mínimo, o de cobre de 14 mm de diámetro, y con unas longitudes nunca inferiores a
los 2 m. En el caso de ser necesarias varias picas, la distancia entre ellas será, al
menos, igual a la longitud.
Conductores enterrados: Se usarán cables de cobre desnudo de al menos
35 mm2 de sección, o cables de acero galvanizado de un mínimo de 2.5 mm de
diámetro. Estos electrodos deberán enterrarse horizontalmente a una profundidad no
inferior a los 50 cm.
Mallas metálicas: F ormadas por electrodos simples del mismo
tipo.
Como la tierra no tiene la misma resistividad en todos los puntos,
pueden existir distintos potenciales entre dos placas de metal
enterradas. Por eso en un sistema de protección formado por múltiples
placas, conectadas entre sí mediante una malla, se pueden originar
campos electromagnéticos generados por la corriente de descargas a
través del pararrayos y los electrodos de la toma de tierra. Además, con
la caída de un rayo en las inmediaciones de un edificio, y fluir la
corriente de descarga por la tierra.
La circulación de la corriente de rayo por la bajante del sistema de
protección exterior contra el rayo, origina la aparición de diferencias de
potencial entre éste y las masas metálicas o elementos conductores
conectados a tierra que existen próximos. Esto se origina por inducción
Página 14
electromagnética en el bucle abierto que constituyen ambos elementos
o estructuras, existiendo por tanto posibilidad de formarse una chispa
peligrosa entre ambos extremos.
La equipotencialidad de todos los sistemas de la instalación (transitoria
o permanente), en los que se puede originar estas diferencias de
potencial, constituye el medio más importante para reducir los peligros
de incendios, explosión, riesgo de muerte y daños materiales en el
espacio a proteger. No obstante la equipotencialidad en ciertos casos y
condiciones no es llevada a cabo: Función de la distancia de seguridad,
estructuras inflamables o explosivas, aislamiento de las masas
conductoras con respecto a tierra, etc.
Figura 06: Puesta a tierra.
A diferencia de potencial entre las tomas de tierra hará que por la malla
circule una corriente, que puede crear campos eléctricos y magnéticos
que afectarán negativamente a los aparatos electrónicos que se
Página 15
encuentren en el edificio. Para intentar reducir estos efectos, será
necesario hacer uso de protección Barra o elemento conductor, que
permite unir el Sistema de protección Contra el Rayo (SPCR), las
instalaciones o estructuras metálicas (elementos conductores:
exteriores, embebidos en la pared o interiores), masas y tomas de tierra,
así como los blindajes o apantallamientos y conductores de protección
de las líneas eléctricas, de telecomunicación y de otros tipos de cables
(redes informáticas, medida, control, regulación,...). La equipo
tencialidad o unión equipotencial de estos sistemas se consigue a través
de conductores de equipo tencialidad, vías de chispas o protectores de
sobretensiones.
I.6.6.Anillos de enlace con tierra:
El anillo de enlace con tierra está formado por un conjunto de
conductores que unen entre sí los electrodos, así como con los puntos
de puesta a tierra. Suelen ser de cobre de al menos 35 mm2 de sección.
Punto de puesta a tierra
Un punto de puesta a tierra es un punto, generalmente situado dentro
de una cámara, que sirve de unión entre el anillo de enlace y las líneas
principales de tierra.
I.6.7.Líneas principales de tierra:
Son los conductores que unen al pararrayos con los puntos de puesta a
tierra. Por seguridad, deberá haber al menos dos trayectorias
(conductores) a tierra por cada pararrayos para asegurarnos una buena
conexión.
Así mismo, se deben conectar a los puntos de toma de tierra todas las
tuberías metálicas de agua y gas, así como canalones y cubiertas
metálicas que pudieran ser alcanzadas por un rayo.
I.7. SOBRETENSIONES :
Página 16
Las sobretensiones transitorias son un incremento de voltaje de corta
duración entre 2 conductores (en nuestro caso entre 2 fases ó entre fase
y neutro).
Cuando esta tensión llega a los equipos y supera el nivel de tolerancia
de algún componente, los mismos resultarán dañados.
Las principales causas de sobretensión son las siguientes:
I.7.1.Descargas eléctricas (externa):
Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo
(consecuencia catastróficas para personas, animales ó bienes) ó por
causas indirectas (generan grandes pérdidas económicas).
Las causas indirectas que son las más numerosas, son las caídas del
rayo sobre tendidos aéreos ó en las inmediaciones, generando
inducciones en estos conductores.
I.7.2.Conmutaciones de las Empresas de Energía (externa):
Estas operaciones que son normales en todo sistema de distribución de
energía, pueden causar sobre voltajes. Generalmente son más
frecuentes en distribuciones largas y aéreas.
I.7.3.Contacto con sistemas de alto voltaje (externa):
Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con
conductores de baja tensión ó cuando falla el aislamiento de un
transformador. Su importancia dependerá de la forma de conexión del
neutro (aislado o a tierra).
I.7.4.Fallas de línea a tierra (interna):
Página 17
Sucede cuando una fase del sistema se pone a tierra. Su importancia
dependerá de la forma de conexión del neutro (aislado ó a tierra), ya
que en el caso de Neutro Aislado, las fases sanas reciben una
sobretensión de 73% más de lo normal. En caso de neutro a tierra no
hay sobretensión.
I.7.5.Pulsos por conexión y desconexión de cargas (interna):
Estas operaciones normales en todo sistema, pueden causar sobre
voltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje nominal y
de corta duración. Las mismas se originan por el prendido y apagado de
grandes cargas inductivas ó capacitivas.
Figura 07: Sobretensiones.
I.8. FORMA DE CONEXIÓN DE NEUTRO :
Página 18
Existen 3 formas de conectar el centro de estrella ó neutro del
transformador.
I.8.1.Neutro Aislado (Sistema IT):
En este caso el neutro está aislado de tierra ó puede estar conectado a
tierra, por medio de una impedancia de alto valor.
Figura 08: Diagrama de carga.
I.8.2.Neutro a Tierra en el transformador (Sistema TT):
En este caso el neutro está a tierra sólo en el transformador mientras
que mi instalación de Puesta a Tierra tiene un punto ó referencia de
tierra ,no conectado al neutro .Se aclara que el Neutro y el Sistema de
Tierra, se vinculan por la tierra misma.
Es la forma de conexión más utilizada en Baja Tensión, cuando el
transformador es de la Empresa Distribuidora.
Diesel o Gas, 11 a 17,460kVA Electricidad Continua o Principal
www.catelectricpowerinfo.com
Página 19
Figura 09: Diagrama de carga.
I.8.3.Neutro y Tierra en el transformador ( Sistema TNS):
En este caso el neutro y mi instalación de Puesta a Tierra se conectan en
el centro de estrella del transformador y de ahí se conecta rígidamente a
tierra.
Es la forma de conexión más utilizada, cuando el Cliente es el
propietario del transformador.
Figura 09: Diagrama de carga.
Página 20
O sea que en general adoptamos los Sistemas TT ó TNS, por las
siguientes razones:
Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos
conductores aislados.
Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando se produce la
misma
Limitar los sobre voltajes que aparecen en el sistema en diferentes
condiciones.
I.9. PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN CONTRA LAS
SOBRETENSIONES EXTERNAS E INTERNAS:
Para proteger las Instalaciones en forma integral debemos realizar lo
siguiente:
Realizar una Red de Tierra Externa (conductores enterrados y
jabalinas) para evacuar la energía proveniente del rayo o de la
sobretensión hacia tierra, de manera que esta energía no ingrese
a la Planta.
Realizar una Red de Tierra Interna (conductores conectados a
partes metálicas de tableros, estructuras de equipos y carcazas de
motores) para que en el caso de ingreso de alguna sobretensión,
no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro, o entre
partes de un mismo equipo.
Instalar las protecciones adecuadas en cada Ingreso de
conductores metálicos a la Planta. En una situación normal las
mismas están inactivas y caso de sobretensiones se cebarán
conduciendo estas tensiones peligrosas a tierra y de esta forma,
protegiendo los equipos.
En síntesis las Protecciones detectan las sobretensiones y las conducen
mediante la Red Interna a la Red Externa, para su evacuación.
Por esto vemos que estos 3 elementos (Red Externa, Red Interna y
Protecciones) son fundamentales y se necesita que estén los 3
presentes simultáneamente, para ser eficaces
Página 21
De nada vale tener una buena Red Externa sino tengo Red Interna y
Protecciones y viceversa. Esto se podría asemejar a una mesa de "3
patas".
Por ello y para una mejor comprensión dividiremos el tema en: Red
Externa y Red Interna a la Planta y además explicaremos los diferentes
elementos de protección desde el punto de vista de ingreso de las
sobretensiones.
I.10. RED EXTERNA:
Tiene por finalidad evacuar la energía proveniente de las Sobretensiones
Externas ó Internas hacia tierra, para que esta energía no ingrese al
Edificio ó no afecte a otros equipos.
Esta red externa vincula la puesta a tierra del mástil del pararrayos, con
la puesta a tierra perimetral al Edificio de la Planta y con la puesta a
tierra de la Subestación ó pilar de acometida, mediante cable de cobre
desnudo de 1x50mm2 y jabalinas soldadas asociadas.
a) La puesta a tierra del mástil comienza en la cima con un pararrayos
tipo Franklin ó Piezoeléctrico ó Iónico y a continuación existe un cable de
bajada que puede ser de cobre desnudo de 50mm2 o fleje de cobre de
30 x 2 mm2.
Esta bajada deberá ser lo más recta posible evitando cambios bruscos
de dirección y terminará en una cámara de pararrayos cercana a la base
del mástil.
De esta cámara de pararrayos saldrá una pata de ganso en dirección
opuesta al Edificio de la Planta (la pata de ganso son extensiones de
cable enterrado con jabalinas soldadas ).
b) La puesta a tierra de Planta consiste en un anillo enterrado en forma
perimetral al edificio de la Planta. Este anillo que estará formado de
cable de cobre desnudo de 50 mm2 y jabalinas tipo cooperweld de 1,5m
empezará y terminará en la cámara de Edificio.
Página 22
c) La puesta a tierra de la Subestación en Sistemas TNS consiste en
vincular la cámara de Energía con la red de tierra, mediante cable de
cobre desnudo de 50mm2 .De esta cámara de Energía se conectará el
Neutro y la carcaza del transformador.
En Sistemas TT la puesta a tierra consiste en vincular la cámara de
Energía con la red de tierra, mediante cable de cobre desnudo de
50mm2.A esta cámara de Energía se conectará el borne de tierra de los
descargadores auto valvulares de pilar.
En síntesis la Red Externa deberá contar con una tierra unificada donde
se vincularán: la cámara de Pararrayos con la cámara de Edificio,
mientras que la cámara de Energía lo hará con el punto más cercano del
anillo perimetral y de esta manera quedará todo unificado. Esto significa
que no existirán "Tierras Independientes".
En terrenos de alta resistividad, es difícil bajar la resistencia por debajo
de un determinado límite. Habrá que contentarse con un valor un poco
superior, pero sí con una buena unificación.
Si es necesario bajar un valor de resistencia, deberá agregarse
conductor de cobre desnudo de 50mm2 y jabalinas tipo cooperweld
soldadas a dicho cable.
Para realizar estas soldaduras se deberá utilizar el molde apropiado y
una carga de soldadura.
Una buena soldadura es brillante, no es porosa y queda del mismo color
que los elementos a unir. En caso de soldaduras defectuosas (recocida,
fracturadas o con poca sección de contacto) lo mejor es rehacerlas.
Un consejo útil es no hacer las soldaduras sobre cables de energía, ya
que en el momento de soldarse se llega a unos 1200 °C y es sumamente
peligroso para las vainas o coberturas exteriores de los mismos.
Otro hecho importante es saber que cuando se deforman los moldes, lo
mejor es cambiarlos (vida útil promedio 100 a 150 soldaduras).
Página 23
Página 24
Figura 10: Plano de planta de red externa.
Página 25
O sea que en general adoptamos los Sistemas TT ó TNS, por las
siguientes razones:
I.11. RED INTERNA
La red interna del Edificio consiste en tener todos los equipos e
instalaciones a un mismo potencial, para que en el caso de ingreso de
alguna sobretensión no exista diferencia de potencial entre un equipo y
otro, o entre partes de un mismo equipo.
Los objetivos básicos que se buscan son los siguientes:
Asegurar que las personas en el lugar estén libres de riesgos de choques
eléctricos de voltaje peligrosos.
Suministrar capacidad de conducción de corriente, tanto en magnitud
como en duración adecuada para aceptar la corriente de falla a tierra
que permite el sistema de protección de sobre corriente sin provocar
fuego o explosiones.
Contribuir a un funcionamiento óptimo del sistema eléctrico
Para construir esta Red Interna se parte de una reja principal de
distribución que se conecta a la Red Externa y desde la cual se vinculan
en forma independiente (radial) mediante cable de cobre unipolar
aislado en PVC los siguientes equipos ó partes de instalación:
Borne de tierra de Tablero Principal de CA.
Borne de tierra de cada Tablero Seccional de CA tanto sea de
Fuerza Motriz ó de Iluminación y Tomas. A partir de estos Tableros
se pondrán a tierra, cada motor y tomacorriente con tierra.
Borne de tierra de equipo de Grupo Electrógeno (de poseer) y sus
elementos asociados (tanque, cañería, etc.).
Borne de tierra de equipo de Radio (de poseer).
Borne de tierra de equipo de Central Telefónica (de poseer).
Borne de tierra de protección para cables telefónicos y modem.
Borne de tierra de protecciones de transmisión.
Estructura metálica de la nave.
Página 26
Estructura metálica de tanques.
Cañerías metálicas de gas, agua y desagües.
Es de destacar que en Plantas más complejas por estar dispuestos los
equipos en distintas Salas, el criterio será el mismo .Desde la reja
principal de distribución se alimentará en forma independiente una barra
de cobre por Sala, desde la cual se conectarán a tierra sólo los equipos
de esa Sala.
Figura 11: Plano de planta de red interna.
Página 27
I.12. PROTECCIONES:
I.12.1. Para Descargas Directas
Un rayo es una transferencia de cargas generalmente, entre una nube y
la tierra. Cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra, se
establece una trayectoria ionizada escalonada, produciendo una
corriente elevada de descarga (valor medio 20 KA).
Los rayos tienden a seguir la ruta de menor resistencia hacia tierra y con
frecuencia esta trayectoria se encuentra en objetos altos o metálicos. En
determinados casos un objeto "alto" podría ser un edificio, una torre,
una casa, un tanque ó una persona.
En cierto modo el pararrayos "atrae" los rayos. Lo que no es cierto, es
que sin él el rayo caerá en "otra parte".O sea que la función del
pararrayos es proporcionar un camino de menor resistencia que el aire
hacia tierra.
Por lo expuesto el Pararrayos es la única protección contra las descargas
atmosféricas (rayos).
Tipos de pararrayos: Franklin, Piezoeléctrico ó Iónico.
Ubicación: partes más elevadas de las Instalaciones ó estructura
específica para tal fin.
Cantidad: es dependiente de las superficies y alturas a proteger.
En Plantas de poca superficie un pararrayos Franklin (de puntas) podría
andar. Protege un radio igual a su altura de instalación.
En Plantas de poca altura y gran superficie optar por pararrayos
Piezoeléctrico ó Iónico (gran radio de cobertura).
Página 28
a. Por Transmisión
Este tipo de protecciones son para proteger los equipos de Tx contra
descargas directas ó indirectas, ya que la antena siempre está ubicada
al exterior sobre uno de los puntos más altos de la Planta (mástil ó
estructura).
Si no coloco estos protectores tendré problemas en los Radios y en sus
equipos asociados.
Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada cable coaxil ó
guía de onda, que vincula la antena con el equipo de radio mismo:
Una que protege el exterior del cable llamada Kit de Tierra y se instala sacando la cobertura del cable.
Otra que protege el interior del cable llamado Protector de Coaxil y se instala interrumpiendo (cortando) el cable.
Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias descargas antes de inutilizarse.
Sus características principales son las siguientes:
Kit de tierra
Uso: transmisión.
Destino: cada coaxil ó guía de onda.
Tipo o denominación: Uni- kit 2 CC
Cantidad por cada coaxil o guía de onda: mínimo 2 (1 cuando el cable se separa del mástil ó torre y la otra junto al pasamuro.
Corriente de descarga: 20 KA.
Protector de coaxil
Uso: transmisión.
Destino: cada coaxil.
Tipo o denominación: su código depende de la potencia y frecuencia del radio.
Cantidad por cada coaxil : 1
Página 29
Corriente de descarga: 20 KA.
b. Por Energía
Este tipo de protecciones son para proteger los equipos que se
alimentan con C.A. contra descargas directas ó indirectas, ya que los
cables de alimentación de las Empresas Distribuidoras de Electricidad
constituyen verdaderas "antenas naturales".
Si no coloco estos protectores tendré problemas en los Equipos de Alta
Tecnología (Tableros Inteligentes, Computadoras, plaquetas, etc.).
Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada fase y el neutro:
Una que está ubicada cerca del medidor llamada Descargadores
Autovalvulares y se utiliza principalmente para sobretensiones de
larga duración.
Otra que se instala dentro del Tablero Principal de CA y se utiliza
principalmente para todo tipo de sobretensiones.
Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias
descargas antes de inutilizarse y tienen indicador de inutilización.
Sus características principales son las siguientes:
Descargador autovalvular
Uso: energía.
Destino: cruceta en pilar de acometida.
Tipo o denominación: MP / MP MOSA.
Cantidad: 1 por fase más 1 para el neutro.
Corriente de descarga: 2,5 KA.
Protector derivación con "indicación de estado"
Uso: energía.
Destino: cada del Tablero Principal de C.A.
Tipo o denominación: Citel DS 402 ó DS 404.
Página 30
Cantidad: 1 (son bipolares ó tetrapolares).
Corriente de descarga: 40 KA.
Puede pedirse con contactos secos para alarma.
Cambia de color al inutilizarse (pasa de verde a rojo en algunas
marcas).
Vienen módulos de recambio para cada polo o el neutro.
c. Por cables telefónicos
Este tipo de protecciones son para proteger los equipos que se vinculan
a Conductores Telefónicos contra descargas directas ó indirectas, ya que
los cables de alimentación de las Empresas de Telecomunicaciones
constituyen verdaderas "antenas naturales".
Si no coloco estos protectores tendré problemas en la Central
Telefónica, Central de Alarmas, Computadoras, etc.
Existen 1 tipo de protección que trabaja sobre cada par telefónico y sus
características principales son las siguientes:
Uso: circuito normal de cables telefónicos tanto de ingreso como egreso.
Cantidad: 1 por par de abonado.
Tensión nominal: 230 V+/- 10%.
Corriente de descarga: 10 KA.
Tiempo de actuación: 30 nanoseg.
Página 31
Figura 12: Diagrama de bloques ingresos de sobretensiones y protecciones.
Página 32
I.13. MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA A TIERRA :
Para medir la resistencia de esta Red Externa se utiliza un instrumento
llamado Telurímetro cuyo principio de funcionamiento se basa en el
hincado de 4 jabalinas a saber: las 2 extremas para la circulación de una
corriente y las 2 centrales para la medición de tensión, de manera que el
instrumento directamente indique el valor de resistencia, es decir el
cociente entre tensión y corriente.
Figura 13: Esquema de medición de puesta a tierra.
Regularmente se utiliza el método de las 3 jabalinas y para ello el borne
E del instrumento se conecta a la jabalina ó punto a medir, mientras que
los bornes S y H se conectan a los cables provenientes de 2 jabalinas
auxiliares dispuestas alineadas entre sí y a cierta cantidad de metros del
Página 33
instrumento. Después se pone el selector en Re 3 polos y pulsando "
START " se lee el valor de resistencia.
El instrumento viene en una valija junto a todos sus accesorios:
El valor de la resistencia a tierra no debe exceder los 10 ohmios. Este límite superior es una directiva, pero para muchas instalaciones los valores de resistencia requeridos pueden ser mucho menores.
En plaza también se encuentran Pinzas Medidoras de Resistencia a Tierra.
Este método de medida es innovador ya que ofrece la posibilidad de medir la resistencia sin necesidad de desconectar nada.
Página 34
CONCLUSIÓN O RESUMEN DE LA TAREA.
RED EXTERNA:
Red externa común, es decir "Tierras Unificadas" y No "Tierras
Independientes".
Bajo valor de resistencia (la mayor parte de la Sobretensión se
derivará a tierra y menos entrará / transitará por la Instalación).
Hacer "Anillo" si se puede, no es excluyente.
Uso de conexiones soldadas en cables y jabalinas (mejores
contactos y menos mantenimiento).
Uso de cámaras de inspección donde se justifique (puntos
singulares), el resto de la instalación de cables y jabalinas puede ir
enterrado sin cámaras.
Usar cable desnudo y no aislado en pvc (esto favorece el drenaje a
tierra).Sección mínima normada: 50mm2 Cu.
En casos de instalaciones de tierras "viejas" interconectarlas con
las nuevas, ya que ayudan
Tratar de usar un mismo material para el cable como para las
jabalinas.
Montar el pararrayos lo más alto posible (mayor carpa de
protección).
De ser factible cercar en la bajada de pararrayos (altas tensiones
de paso en caso de descargas).
RED INTERNA:
Tener en cuenta que con la Red Interna estamos "Poniendo el
Equipo a Tierra". Con esta medida evitamos "daños personales y
materiales".
Realizar conexiones "Radiales" y No "En Serie".En configuraciones
en Serie si algo se afloja, pierdo continuidad "aguas abajo".
Página 35
Poner a tierra en forma centralizada (a partir de 1 barra
única) ,evitando las puestas a tierra por carga (mayor
mantenimiento, mayor resistencia, etc.) .
Usar cables aislados en PVC ó desnudos. En caso de cables
aislados usar código de colores (verde ó verde / amarillo).
En caso de utilizar Placas de Tierra Secundarias y haya mucha
distancia, verificar las secciones de los conductores de la Red
Interna.
Evitar usar secciones de cables muy chicas (a menor sección
mayor inductancia) .
BIBLIOGRAFÍA DE LIBROS Y/O PÁGINAS CONSULTADAS.
http://es.wikipedia.org/wiki/Toma_de_tierra
http://www.tuveras.com/seguridad/tierra/tierra.htm
http://www.marcombo.com/Descargas/8496334147-
INSTALACIONES%20EL%C3%89CTRICAS%20DE%20INTERIOR/
UNIDAD%2010.pdf
http://www.para-rayos.com/datos/gel20061.pdf
Página 36