escuela politÉcnica nacional facultad de...

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

" PLANIFICACIÓN Y DISEÑO DE PROTECCIONES CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS, TRANSITORIOS Y PUESTA A TIERRA DE LOS SISTEMAS

DE TELECOMUNICACIONES DE QUITO - CENTRO "

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE

INGENIERO ELECTRÓNICO, ESPECIALIZACION TELECOMUNICACIONES

NELSON ESTUARDO ALOMOTO BOLAGAY

QUITO, ABRIL 1997

Certifico que el presente trabajo fue realizado en

su totalidad por el Sr. NELSON ESTUARDO

ALOMOTO BOLAGAY.

Ing. OSWALDO BUITRÓN

Director de Tesis

AGRADECIMIENTO

$ Deseo hacer extensivo mis sinceros agradecimientos a la Empresa Estatal de

Telecomunicaciones Región 1 y a las diversas instituciones, que me

proporcionaron valiosa información para el desarrollo del presente trabajo, así

como también a los Señores Ing. Oswaldo Buitrón, Ing. Marco Bonilla, Ing.

Gerardo Tama y Sr. Miguel González, por su apoyo y sus acertadas y buenas

sugerencias para el éxito de este tema.

DEDICATORIA

El presente trabajo va dedicado

a mis padres, Alberto y Blanca

ÍNDICE GENERAL

Introducción . . . . . . . . . . viii

CAPITULO 1

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE PROTECCIONES EN LOS

SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES DE QUITO-CENTRO

1.1 Conceptos fundamentales 1

1.1.1 Red telefónica 1

1.1.2 Componentes de un sistema telefónico 3

1.1.3 Peligros de la electricidad 6

1.1.3.1 Choque eléctrico, tensión de contacto, tensión de defecto . 8

1.2 Consideraciones del medio ambiente interno y externo de los locales de

telecomunicaciones . . 1 3

1.2.1 Influencia ambiental físico 13

1.2.1.1 Temperatura y humedad 13

1.2.1.2 Vibraciones 16

1.2.1.3 Contaminación . . . . . . . . . . . . . . 1 8

1.2.2 Influencia ambiental eléctrico . . . . . . . . . . 19

1.2.2.1 Interferencia Electromagnética (IEM) . . . . . . 19

1.2.2.2 Fuentes generadoras de IEM 20

1.2.2.3 Modos de propagación de IEM . . . . . . . . 22

1.2.2A Tipos de perturbaciones en la línea y equipos para su control . 24

1.3 Descripción de la distribución actual de las instalaciones eléctricas de los

sistemas d e Quito-Centro . . . . . . . . . . . . . 2 7

1.3.1 Situación actual . 27

11

1.3.2 Descripción general de equipos de suministro de energía 30

1.3.2.1 Rectificadores 30

1.3.2.2 Baterías (Acumuladores) . 3 1

1.3.2.3 Convertidores CC/CC 33

1.3.3 Formas de alimentación auxiliar 35

1.3.3.1 Grupos electrógenos . 35

1.3.3.2 Instalación de baterías 36

1.3.4 Sistemas de alimentación instalados en Quito-Centro . . 39

1.4 Descripción de la distribución actual de los sistemas de puesta a tierra y

protecciones de descargas atmosféricas de Quito-Centro . . . . 43

1.4.1 Definiciones 43

1.4.2 Clasificación 43

1.4.3 Partes que comprende un sistema de puesta a tierra . . 45

1.4.3.1 Tomas de tierra 46

1.4.3.2 Líneas de tierra 47

1.4.3.3 Conexiones 50

1.4.4 Conexión a tierra 50

1.4.5 Estado actual de los sistemas de tierra . . . . . . . . . 51

1.4.6 Sistema de protección contra descargas atmosféricas 57

CAPITULO 2

ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS, TRANSITORIOS Y PUESTA A TIERRA

2.1 Descripción de la necesidad de una puesta a tierra 58

2.1.1 Factores que influyen en la puesta a tierra . . . . . . . 59

2.1.1.1 Factores que influyen en la resistividad del suelo . . . 60

2.1.1.2 Influencias del factor electrodo . 62

2.1.2 Soluciones para la reducción de la resistencia del terreno . 65

2.1.3 Tipos de tomas de tierra 67

2.1.4 Recomendaciones sobre los elementos que constituyen las

instalaciones de P.T.A 70

2.2 Mediciones y pruebas del sistema de puesta a tierra en Quito-Centro . 72

2.2.1 Distribución de corrientes y potenciales en suelo homogéneo . 73

2.2.2 Métodos para medir la resistividad del terreno . . . . . . 75

2.2.2.1 Medición de p mediante un electrodo de prueba . . . . 75

2.2.2.2 Método de los cuatro electrodos 76

2.2.2.3 Método de Wenner . . . . . . . . . . . . 77

2.2.2.4 Plano para medir la resistividad p . . . . . . . . 78

2.2.3 Método para medir la resistencia de una toma de tierra . . 80

2.2.3.1 Método de la caída de potencial 81

2.2.4 Mediciones y pruebas 83

2.2.4.1 Pasos para efectuar la medición de p . . . . . . . 83

2.2.4.2 Pasos para efectuar la medición de la resistencia puesta a tierra 84

2.2.5 Mediciones realizadas en Quito-Centro . 85

2.3 Sistemas de protección contra descargas atmosféricas para

telecomunicaciones 91

2.3.1 Conceptos básicos 91

2.3.1.1 Formación de las descargas atmosféricas 91

2.3.1.2 Descarga del rayo 92

IV

2.3.1.3 Poder de las puntas • . . . 94

2.3.1.4 Características de los rayos y sus efectos 94

2.3.2 Componentes básicos de un sistema de protección . . . . 96

2.3.2.1 El elemento protector 96

2.3.2.2 E l conductor descendente . . . . . . . . . . 9 8

2.3.2.3 Toma de tierra 100

2.3.3 Zonas de protección del terminal de aire 101

2.3.4 Estadísticas de probabilidad de descarga 105

2.4 Estudio de los sistemas de protección contra transitorios de comente y

voltaje 109

2.4.1 Estudio sobre los problemas de alimentación eléctrica en circuitos de

baj a tensión 110

2.4.2 Caminos y modos de ingreso de los transientes . . . . . 114

2.4.3 Limitación de transientes 116

2.4.3.1 Equipos supresores de transientes 121

2.4.3.2 Técnica de limitación de transitorios para el sistemas de

alimentación en centrales telefónicas 123

CAPITULO 3

PLANIFICACIÓN Y DISEÑO DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIONES EN

LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES

3.1 Normalización técnica de medidas de protección para telecomunicaciones 125

3.1.1 Medidas de protección contra contactos 125

3.1.1.1 Protección contra contactos directos . 126

3.1.1.2 Protección contra contactos indirectos 128

V

3.1.1.3 Medios de protección con el empleo de bajas tensiones . . 137

3.2 Dimensionamiento y ubicación de las protecciones por áreas a ser cubiertas 138

3.3 Diseño y alternativas de configuraciones del sistema de puesta a tierra . 144

3.3.1 Datos para el diseño . 144

3.3.1.1 Cálculo de la resistencia de puesta a tierra . . . . . 146

3.3.2 Estudio de alternativas de la solución . . . . . . . . 149

3.3.2.1 Solución 1 . 1 5 0

3.3.2.2 Solución 2 153

3.4 Diseño y alternativas del sistema de protecciones contra descargas

atmosféricas 167

3.4.1 Zonas de protección 167

3.4.1.1 Cono de protección 167

3.4.1.2 Radios d e aproximación . . . . . . . . . . . 1 6 8

3.4.1.3 Cilindro de protección (Golde) 169

3.4.1.4 Método d e Linck . . . . . . . . . . . . 1 7 0

3.4.1.5 Volúmenes de colección . 172

3.4.2 Evaluación de la probabilidad de la incidencia de descarga o riesgo

de exposición en una instalación 173

3.4.3 Plan de diseño del sistema de protección . . . . . . . 176

3.4.4 Estudio de alternativas de solución contra descargas atmosféricas . 177

3.4.4.1 Solución 1 179

3.4.4.2 Solución 2 185

3.4.4.3 Evaluación de la probabilidad de riesgo de exposición en la zona

de la central . 189

3.5 Diseño y alternativas del sistemas de protecciones contra transitorios de

comente y voltaje 193

VI

3.5.1 Generalidades 193

3.5.1.1 Requisitos de la tensión de distribución para centrales . . 193

3.5.1.2 Recomendaciones y normas para el sistema de protección . 194

3.5.2 Sistema de protección contra transitorios 196

3.5.2.1 Situación actual 196

3.5.2.2 Estudio de la calidad de la alimentación eléctrica . . . 196

3.5.2.3 Problemas existentes . 199

3.5.3 Sistema de protección propuesto . . . . . . . . . 199

3.5.3.1 Solución 1: Protección primaria de toda la planta telefónica . 202

3.5.3.2 Solución 2: Protección individual . 204

CAPITULO 4

ESTUDIO ECONÓMICO

4.1 Estudio de confiabilidad del los equipos a ser utilizados . . . . 211

4.1.1 Fiabilidad de los electrodos de puesta a tierra 211

4.1.2 Fiabilidad del sistema de pararrayos con nueva tecnología . 216

4.1.3 Fiabilidad de los equipos supresores de transientes . . . . 221

4.2 Evaluación de costos de equipos 223

4.2.1 Sistema de puesta a tierra 224

4.2.2 Sistemas de protección contra descargas atmosféricas . . . 228

4.2.3 Sistemas de protección contra transitorios . . . . . . 231

4.3 Evaluación de costos de instalación 233

4.4 Cronograma de ejecución 234

Vil

CAPITULO 5

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones . 238

5.2 Recomendaciones 242

ANEXOS

Anexo A: Planos de los diagramas unifilares del sistema eléctrico Quito - Centro.

Anexo B: Planos de los diagramas uniñlares del sistema de puesta a tierra Quito -

Centro.

Anexo C: Planos de ubicación de las torres de transmisión y, zonas de protección contra

descargas atmosféricas Quito - Centro.

Anexo D: Planos de los diagramas unifilares del sistema de protección contra transientes

Quito - Centro.

Anexo E: Mapas isoceráunicos, curvas de protección de pararrayos, y ejemplo de diseño

del sistema DAS y del sistema 3000.

Anexo F: Tablas, elementos, materiales, accesorios de los equipos de protección contra

transientes (TVSS).

Anexo G: Elementos, materiales, accesorios de los electrodos activos (Chem - Rod).

Anexo H: Elementos, materiales, accesorios del sistema DAS y del sistema 3000

Anexo I: Registro de voltaje y corriente obtenidos por el equipo Macrologic 2000 en la

Central Quito - Centro.

VIH

INTRODUCCIÓN

Uno de los aspectos importantes a ser tomados encuenta en un Sistema de

Telecomunicaciones es el sistema de protección, para dar una seguridad en el

funcionamiento de cada una de sus instalaciones y equipos que se utiliza; dentro de las

protecciones es de relevancia la puesta a tierra.

Los Sistemas de Telecomunicaciones de Quito-Centro del EMETEL Rl se viene

desarrollado desde hace 44 años, y en vista que han surgido varios problemas para su

normal funcionamiento debido a la presencia de distintos tipos de disturbios en su

sistema eléctricos, problemas que han originado inconvenientes ajenos a los equipos; se

hace necesario establecer un nexo que relacione los sistemas de protecciones y puesta

a tierra con los sistemas de telecomunicaciones y suministro de energía eléctrica en

condiciones confiables.

Dentro de los disturbios eléctricos mas frecuentes que se presentan en los sistemas de

telecomunicaciones y en todo equipo electrónico encontramos, la presencia de picos o

transientes, variaciones de voltaje, variaciones de frecuencia, ruido eléctrico entre líneas,

que son perturbaciones originados por la mala calidad del suministro de la energía

eléctrica recibida y por descargas atmosféricas.

Cuando se presenta estos problemas de carácter aleatorio se hace necesario revisar el

sistema de protección y adoptar las medidas dirigidas a preservar la seguridad de los

equipos y del servicio de telecomunicaciones en si mismo. Por las razones expuestas se

ha planteado un plan de trabajo dedicado a un estudio para dar las soluciones más

adecuadas a la protección de los equipos de telecomunicaciones del EMETEL Rl,

denominado Quito-Centro.

CAPITULO 1

1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.2 CONSIDERACIONES DEL MEDIO AMBIENTE INTERNO Y EXTERNO DE LOS

LOCALES DE TELECOMUNICACIONES

1.3 DESCRIPCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN ACTUAL DE LAS INSTALACIONERS

ELÉCTRICAS DE QUITO-CENTRO

1.4 DESCRIPCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A

TIERRA Y PROTECCIONES DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DE QUITO-CENTRO

1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.1.1 RED TELEFÓNICA

Los sistemas de telecomunicaciones se componen básicamente de centros de

Conmutación y Transmisión los cuales se encargan de transmitir, además de la voz,

textos, datos e imágenes. Esto es posible por la comunicación eléctrica a distancia entre

abonados a dichos centros, mediante pares telefónicos denominados líneas telefónicas de

abonados que corresponde a la distribución de la red misma denominada Planta Externa.

Se puede definir tres tipos de centrales telefónicas importantes:

Central local: Las cuales conectan las líneas de abonados de una zona urbana, para así

tener acceso al resto de la red.

Líneas deenlace

Abonado

Fig. 1.1 Estructura en estrella

En la actualidad está umversalmente establecido, en las redes de telecomunicaciones, la

estructura en estrella a través de la cual cada abonado tiene su propia línea, misma que

se conecta a una central de conmutación local que es un punto común para todos los

abonados (Fig. 1.1). Tal arreglo establece que la elección de vías de conexión entre los

abonados este a cargo de órganos selectores montados en la central telefónica, la misma

que está encargada también de la alimentación de la línea de abonado y del teléfono.

Central de tránsito: Son las que enlazan a las centrales locales mediante líneas

troncales, para la comunicación interurbana y de larga distancia, a esta central no hay

abonado alguno conectado, por lo tanto solo cursa tráfico entre centrales locales y otras

centrales de tránsito.

Por ejemplo, un enlace de tránsito desde el abonado A, se conecta a través de la central

local del mismo y a través de tina o varias centrales de tránsito para establecer la

conexión con la central local deseada, donde se encuentra el abonado B (Fig. 1.2).

Normalmente una central de tránsito puede elegir entre varias vías de enlace para

establecer dicha conexión.

Centralesde Tránsito

Abonado CentralA Local

Fig. 1.2 Enlace de tránsito entre dos abonados

Central tándem: Son las destinadas a conectar las distintas centrales de una misma zona

urbana (o área local).

Las líneas telefónicas que conectan un centro de conmutación (central) con otro se

conoce como troncales o vías de enlace. Las líneas telefónicas que conectan a xin

abonado con su central se conocen como líneas o circuitos de abonado

3

Para el caso del Ecuador las centrales telefónicas presenta la siguiente estructura

jerárquica de red.

Centro Terciario: Centrales de tránsito internacional.

Centro Secundario: Centrales de tránsito regional.

Centro Primario: Centrales de tránsito provincial.

Central Local: Distribución urbana.

1.1.2. COMPONENTES DE UN SISTEMA TELEFÓNICO

Toda implantación de una red telefónica involucra un conjunto de componentes físicos.

En general, una planta telefónica básicamente esta constituida por los siguientes sistemas.

Sistema de conmutación: Este sistema es la central telefónica propiamente dicha,

encargada de procesar y enrutar la llamadas telefónicas.

Los tipos de centrales telefónicas que se encuentran instaladas a nivel nacional son las

siguientes:

a) Be tecnología analógica: Con componentes de conmutación electromecánica de tipo

selectores rotativos (AGF) llamados también conmutadores de movimiento grande, a

causa del espacio recorrido entre terminales, y de selectores de coordenadas (AJRF) que

tienen la tecnología cross-bar; cuya conexión del conmutador se establece por medio de

puntos de cruce (ver figura 1.3.a).

b) De tecnología digital: Con elementos de conmutación digital y control por programa

almacenado (SPC)a para el manejo de señalización discreta. Es decir, se requiere de una

unidad de procesamiento para realizar las operaciones de conmutación y transmisión. En

forma general se puede indicar que la estructura de una central digital consta: de grupo

de conexión, red de conmutación, y procesador de conmutación digital (Fig. 1.3.b).

La red de líneas telefónicas de cada central analógica o digital dispone del bastidor de

distribución general de abonados (MDF) para repartir a los aparatos de los suscriptores,

cuya capacidad varía de unos cientos hasta miles de líneas.

Lineas/Enlace

Operación yMantenimiento

a) Central Analógica b) Central. Digital

Fig. 1.3 Diagrama de bloques de centrales

Sistema de múltiplex: Este sistema permite que a través de un mismo canal de

comunicación puedan transmitirse un mayor número de canales telefónicos. Teniendo

en cuenta que el canal telefónico de banda acústica deja pasar componentes de

frecuencias en la banda de 0.3 - 3 KHz con distorsión tolerable para el oído humano.

Esta acción de compartir una línea, normalmente conlleva una reducción de los costos

de operación. Se distingue dos técnicas de multicanalización / demulticanalización:

FDM (Frecuency división multiplexing) por división de frecuencia.

TDM (Time división multiplexing) por división del tiempo.

En la técnica FDMS se divide el ancho de banda en rangos de frecuencias. A cada canal

se asigna un rango de frecuencia suficiente como para permitir la transmisión que se

desee enviar. En un instante dado de tiempo se tienen todos los canales transmitiendo

simultáneamente.

En TDM el tiempo se divide en períodos fijos, cada uno de los cuales se asigna a un

canal. En un instante de tiempo cualquiera, uno solo de los canales se encuentra

transmitiendo y éste utiliza todo el ancho de banda del medio utilizado.

Es muy común, por ejemplo, tener hasta 1800 conversaciones telefónicas de ciudad a

ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre cables coaxiales. Sin embargo, en la

mayoría de los sistemas telefónicos de larga distancia usan canales múltiples,

multiplexados en frecuencia (FDM) en una portadora de alta frecuencia (microonda).

Sistema de fuerza y climatización: Este sistema es el encargado de suministrar la

energía necesaria para el funcionamiento de la central telefónica, en condiciones

normales y en condiciones de emergencia.

La red comercial, junto con los equipos complementarios proveen de corriente alterna

como de corriente continua a la planta telefónica y los equipos acondicionadores de aire

proporcionan una temperatura ambiental óptima para el funcionamiento normal de la

misma.

En las fuentes de alimentación de telecomunicaciones se distinguen tres niveles:

Primario: Es toda distribución AC monofásica o trifásica de la red pública e incluye a

los equipos que reemplazan a la red (grupos electrógenos, UPS).

Secundario: Es toda distribución DC que puede obtenerse a partir de un nivel primario

(p. ej. rectificadores). También se los conoce como alimentación centralizada de

corriente eléctrica.

Terciario: Es la obtención de tensiones AC o DC de valores bajos a partir de fuentes de

1° o 2° nivel para su distribución (p.ej. inversores, convertidores). También se los

denomina alimentación descentralizada de corriente eléctrica.

Medio de transmisión: Es la facilidad física usada para el enlace entre centrales

telefónicas. El medio de transmisión sobre el cual se transporta la señal puede ser:

terrestres: cables, fibras ópticas; y espacio aéreo: microondas, radio frecuencia.

El cable es el medio más común, usado en redes telefónicas tanto para voz como para

datos. Actualmente por las ventajas que ofrece los sistemas con fibra óptica de ser

inmunes a las interferencias y ruidos eléctricos, además de un mayor ancho de banda se

las utiliza en líneas troncales entre centrales telefónicas.

La mayor parte de los enlaces para comunicaciones de larga distancia es vía microonda

usando el espacio aéreo como medio físico de transmisión. La información se transmite

a través de ondas de radio, por lo tanto se pueden direccionarse múltiples canales a

múltiples estaciones dentro de un enlace dado.

Los radioenlaces tiene puntos terminales y puntos de repetición; en los puntos terminales

se demodulan todas las portadoras de RF a la banda base; la banda resultante se

demultiplexa a la frecuencia de los canales individuales de voz. En la figura 1.4 se

muestra los puntos terminales y de repetición asociados con una central.

ESTACIÓN TERMINAL ESTACIÓN REPETIDORA ESTACIÓN TERMINAL

Troncales

Fig. 1.4 Diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones

1.1.3 PELIGROS DE LA ELECTRICIDAD

Las instalaciones de telecomunicaciones están sometidas a exigencias znuy estrictas de

7

seglaridad, encaminadas todas ellas a la protección de la salud, de la vida y de los bienes

materiales.

Eléctricamente, las normas generales de seguridad tiene por finalidad establecer las

condiciones y garantías que deben reunir las instalaciones eléctricas, conectado a un

sistema de baja tensión, en relación a:

1. La seguridad de las personas

- Contra contactos.

- Durante la operación.

- Al efectuarse trabajos en las instalaciones.

2. La protección de las instalaciones

- Contra sobretensiones.

- Contra efectos de descargas atmosféricas.

3. Proporcionar la suficiente seguridad de servicio en la generación, transmisión y

utilización de la energía.

Se debe poner mayor atención en lo referente a la seguridad de las personas, es lo que

verdaderamente preocupa, lo que no significa que se deje de reconocer la importancia

de los otros objetivos.

Por tal motivo, todo trabajador de la industria debe recibir adiestramiento de seguridad

para evitar peligros eléctricos. Normalmente para que ocurra un accidente eléctrico, ha

de producirse un contacto entre conductores o elementos energizados; lógicamente

evitando el contacto o proporcionando caminos alternativos de baja resistencia para el

paso de la corriente de falla se eliminará los accidentes eléctricos.

Al estudiar el flujo de la comente por trayectorias de resistencia paralela, se sabe que

cuando se dispone de dos o más caminos, la corriente se dividirá, con el flujo más

intenso por aquél que presente la menor resistencia. Esta es la razón por la que todas las

cubiertas metálicas que contienen conductores o dispositivos eléctricos deben conectarse

a tierra limitando así la cantidad de corriente que puede atravesar al individuo, por

debajo de valores considerados como peligrosos.

1.1.3.1 CHOQUE ELÉCTRICO, TENSIÓN DE CONTACTO, TENSIÓN DE

DEFECTO

Se dice que se presenta un choque eléctrico cuando cualquier parte del cuerpo humano

se convierte en conductor de la comente eléctrica. La seriedad del choque depende de

la cantidad de corriente que fluya por el cuerpo, del camino que siga la corriente, la

duración del defecto y la naturaleza de la corriente. La principal corriente cuya

magnitud es de alrededor de los 70 a 100 mA, son particularmente peligrosas si dura

por más de 3 segundos y el camino de circulación de la corriente incluye el corazón, el

cual produce vibraciones ventriculares que pueden degenerar en una parálisis cardíaca,

o bien cuando la intensidad de comente que pasa a través del tórax es del orden de los

20 a 30 mA, la contracción muscular puede difundirse y alcanzar los músculos

respiratorios originando una paralización del sistema respiratorio (muerte por asfixia).

Para prevenirse de un accidente eléctrico se debe impedir el establecimiento o

permanencia de tensiones de defecto elevadas y, en consecuencia, tensiones de contacto;

la misma se consigue mediante:

Una adecuada construcción de los medios de servicio eléctrico, usando materiales

aislantes apropiados (cubiertas, blindajes, etc.) que impiden que personas entren en

contacto con partes activas y en casos necesario proceder a alejar las partes bajo

tensión de la instalación a una distancia mínima para impedir cualquier contacto

fortuito (contactos directos).

Una conexión a tierra apropiada de las partes conductoras (masas) de los medios de

servicio que no pertenecen al circuito operativo. Esta es una medida de seguridad

en caso de contactos indirectos.

Pese al cuidado que se observe en la fabricación de los medios de servicio y

posteriormente en su instalación, tarde o temprano envejecen, es decir, no soportan las

cargas eléctricas o mecánicas para los que fueron proyectadas. En tal caso ya no pueden

cumplir con su misión y, en consecuencia pueden presentarse los contactos a tierra o a

masa. Se forman así las tensiones de defecto y de contacto. Ambas pueden presentarse

entre el neutro y tierra o entre el conductor de fase y tierra.

Se ha de señalar que unión conductiva entre piezas conductoras no pertenecientes al

circuito de servicio (masas) y partes activas de los medios de servicio, se lo conoce

como contacto a masa y si la unión conductora se establece entre conductores del

circuito operativo, o bien entre un conductor de fase y tierra o pieza conectada a tierra,

se denomina contacto a tierra (cortocircuito).

Se dice que: Tensión de defecto (Ed) es la tensión que se origina al presentarse una

avería entre una pieza conductora no perteneciente al circuito de servicio y la tierra de

referencia o entre otra pieza conductora accesibles al contacto; y por Tensión de

contacto (Ec) es aquella parte de la tensión de defecto que puede resultar aplicada al

cuerpo humano (ver figura 1.5).

: — —_». 1 — 1

•

Ed

]w

Ec

I

' (/

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E Tierra de refereRe Suma resisten

•4- Rf Resistencia tieRe Resistencia de

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u»-

Fig. 1.5 Tensiones de defecto y contacto

10

Internacionalmente de acuerdo a la norma VDE 0141, la tensión de contacto aplicada

al cuerpo humano, se determina en función del tiempo de duración del defecto, según

la fórmula siguiente:

Ec = K / t n [1.1]

Siendo: Ec = tensión máxima de contacto aplicada.

K = 72 y n = 1 para t < 0.9 s

K = 78,5 y n=0318 para 0.9 < t < 3 s

Ec = 64 V para 3 < t < 5 s

Ec = 50 Y para t > 5 s

t = tiempo de duración del defecto en segundos.

Las tensiones de contacto peligrosas no solo pueden originarse por defectos de

aislamiento, sino también cuando la tensión de puesta a tierra (E) es demasiado elevada

en el momento de derivarse un gran flujo de corriente de defecto a tierra. Lo que

consideraremos ahora es como se produce esta tensión de tierra en las instalaciones con

puesta a tierra, en donde el personal queda sometida a dos tipos de tensiones:

Tensión de toque (Et) es aquella tensión a tierra, que puede ser puenteada por una

persona (Fig. 1.6)5 circulando la corriente a través del cuerpo desde una mano hasta el

pie (distancia horizontal a la pieza tocada 1 m) o de una mano a otra.

En la figura 1.6.b se muestra el circuito equivalente para un "toque" o contacto entre la

mano a ambos pies. Existe una diferencia de potencial (Et), que es función de la

comente de falla i y de las resistencias del circuito de puesta a tierra de la instalación

(Rl, RO), del terreno (R), y (Re) del cuerpo. Por la figura se demuestra que la tensión

máxima de toque admisible en una instalación, es dada por:

Et = Eta x [1 + (0.5 x R / Re)] [1.2]

11

Siendo: Eta la fracción de la tensión de toque que resulta directamente aplicado en los

puntos A y B del cuerpo humano.

Potencial de la su-perficie de la tierra

Electrodo

[b]

Fig. 1.6 Ejemplo de tensión de toque

Tensión de Paso (Ep) es aquella tensión a tierra, que puede ser puenteada por una

persona dando un paso de 1 m de longitud, circulando la corriente a través del cuerpo

desde un pie al otro (Fig. 1.7).

En la figura 1.7.b se muestra el circuito equivalente para un "paso" o contacto pie a pie.

La resistencia Rl, es la resistencia del electrodo de aterrizamiento, la resistencia RO, es

la resistencia del suelo por donde se debe escapar la corriente de falla i, y la resistencia

R2 es la resistencia que existe entre los puntos A y B por el cual se origina una

diferencia de potencial Ep.

De la figura se deduce que la máxima tensión de paso admisible en la instalación, es

dada por la expresión:

Ep = Epa x [1 + (2 x R / Re)] [1.3]

Siendo: Epa es la fracción de la tensión de paso que resulta directamente aplicada entre

los puntos A y B del cuerpo humano.

12

Electrodo

Potencial de la su-perficie de la tierra

Epa.

[b]

Fig. 1.7 Ejemplo de tensión de paso

Apoyándose en la resolución de la IEEE Std 80-1976, al recoger las experiencias del

Ing. Loucks, indica que, cuando la trayectoria de la corriente es pie~pie, para que deba

producir los mismos efectos cuando se tiene la trayectoria mano-pie (pasando por el

corazón) se requiere una intensidad de corriente de 25 veces mayor, lo cual se introdujo

cierta modificación a la ecuación [1.3], se consideró un factor de 10, así se tiene:

Ep - 10 x Epa x [1 + (2 x R / Re)] [1.4]

Por otro lado, se establece que la resistencia de la piel y del calzado, es relativamente

bajo y se asumirá como cero, el pie puede ser considerado equivalente a una placa-

electrodo de 200 cm2 de superficie, ejerciendo sobre el suelo una fuerza de 250 N, se

ha llegado a determinar que la resistencia R de contacto con el suelo para cada pie,

puede ser expresada en función de la resistividad superficial (p) con un valor igual a 3ps.

El valor de la resistencia del cuerpo Re es muy difícil de establecer y según experiencias

un valor razonable es de unos 1000 ohmios.

Sustituyendo apropiadamente las constantes en las expresiones [1.2] y [1.4] se llega a:

Et = [K / tn] x [1 + (1.5 x ps / 1000)]

Ep = 10 x [K / tn] x [1 + (6 x ps / 1000)]

[1.5]

[1.6]

13

En las instalaciones de telecomunicaciones se considera peligrosa para las personas las

tensiones de contacto a las alternas superiores a 65 V con respecto a tierra o continuas

superiores a 120 V con respecto a tierra, siempre y cuando se asegure una interrupción

de la corriente de falta en menos de 3 segundos. Para tiempos superiores a los 3

segundos de desconexión, el límite para la tensión admisible es alrededor de los 40 Yac

y de 65 Vdc.

1.2 CONSIDERACIONES DEL MEDIO AMBIENTE INTERNO Y EXTERNO DE

LOS LOCALES DE TELECOMUNICACIONES

Las influencias ambientales en que opera los equipos de telecomunicaciones se divide

en dos grupos principales:

Los aspectos ambientales físicos de la instalación, tiene que ver con la temperatura,

humedad relativa, la contaminación con polvo o gases y las vibraciones o golpes.

Los aspectos ambientales eléctricos tal vez los más importantes se relaciona con, las

descargas eléctricas, y electrostáticas, el ruido eléctrico, transitorios y las variaciones

que se produce en la red eléctrica.

1.2.1 INFLUENCIA AMBIENTAL FÍSICO

En las aplicaciones de telecomunicaciones, los equipos pueden estar localizados en

ambientes hostiles, saturados de polvo, gases, humo, y sujetos a cambios de temperatura.

Para ello, tanto los equipos y cables se han diseñado para que presenten la mínima

sensibilidad posible a diferentes influencias exteriores.

1.2.1.1 TEMPERATURA Y HUMEDAD

Las variaciones de temperatura (T) del medio ambiente es un factor muy importante, ya

que de acuerdo con las leyes de la termodinámica, tiene una relación directa con la

humedad relativa (Hr) y, en consecuencia, variaciones extremas de una u otra variable

14

ambiental, puede ocasionar un mal funcionamiento de los equipos.

En la actualidad se dispone de sistemas de acondicionamiento de aire en las centrales

telefónicas, que permiten retirar el calor excesivo del ambiente y manejo de la humedad

relativa para que los equipos trabajen siempre dentro de los rangos especificados por los

fabricantes. Estos sistemas constan de un compresor, un condensador, un evaporador y

una unidad manejadora de aire (humidificador y ventilador) para poder mantener el aire

circundante en ciertas condiciones de temperatura y humedad relativa.

Existe en la planta telefónica, salas destinadas a los centros de conmutación y

transmisión, al centro de cómputo (centro de operación y mantenimiento de centrales

digitales) y a los equipos de suministro de energía DC, en todas ellas se debe establecer

condiciones ambientales, con la finalidad de asegurar un buen resultado de operación y

larga vida útil de los equipos.

En la figura 1.8.a se indica los límites permitidos para la temperatura y la humedad

relativa en las salas usadas para almacenamiento y operación del equipo de suministro

de energía (rectificadores, convertidores, etc).

Tamp Temp

°Gt60--

50"4540"

20-

10'5Q---5

-10--

4

°C160-

i \"\

I N 2520-15

1 10-

2 n3 °

-10-

HR

12

HH

10 20 40 60 80 100 % . u 10 20 40 60 80 100 %

a} Requisitos ambientales para b) Requisitos ambientalessalas de equipo de fuerza para salas de baterías

Fig. 1.8 Requerimientos ambientales

Curva 1 Requisitos durante un mínimo de 95% del tiempo total de operación (operación

15

normal).

Curva 2 Requisitos durante un máximo de 4.5% del tiempo total de operación

(funcionamiento seguro).

Curva 3 Requisitos durante un máximo de 0.5% del tiempo total de operación

(no destrucción).

Debido a la .disipación de calor en el equipo de suministro de energía, normalmente en

la sala de fuerza se necesita un ventilador.

En la figura l.S.b se muestran los requerimientos climáticos para las salas de baterías

de ácido de plomo, (curva 1 límite recomendado, y curva 2 límite permitido).

Las baterías de plomo también trabaj an satisfactoriamente a temperaturas más altas, pero

su vida útil se reduce mucho. Por ejemplo una batería que trabaje permanentemente a

35 °C durará aproximadamente la mitad que una que trabaje de 15 a 25 °C.

Para obtener los mejores resultados de operación la temperatura en las salas de los

sistemas de conmutación y transmisión será de 10 °C a 25 °C. No obstante la

temperatura puede variar entre 4 °C y 35 °C5 ya que aún dentro de este rango no hay

problemas de operación. La humedad relativa ha de mantenerse entre 50% a 65%, se

evitará variaciones por debajo del 20% y superiores al 80% y debe ponerse especial

atención a la condensación.

Los requisitos ambientales recomendados para las salas del centro de cómputo son: la

temperatura debe mantenerse entre 20 y 24 grados centígrados y la humedad relativa en

un 50%, con una variación menor al 5%. Además, a la hora de seleccionar la ubicación

de los equipos computacionales, periféricos., etc, y las restantes oficinas que conforman

el centro de cómputo, debe tenerse en cuenta las siguientes consideraciones, que tiene

como finalidad dar mayor seguridad a la instalación.

16

No deben estar expuestos directamente al sol.

Procurar que la temperatura ambiente sea lo más constante que pueda. Es ideal la

existencia de aire acondicionado.

No se debe ubicar la sala de cómputo sobre o bajo superficies en las que se

produzcan excesivas vibraciones.

Usar pisos y techos falsos, por las ventajas que ofrecen, (facilidad de tendido de

cables, permitir el flujo de comente de aire adecuado, etc).

1.2.1.2 VIBRACIONES

Para que un cuerpo vibre se debe efectuar un movimiento oscilante con respecto a una

posición de referencia. Esencialmente la vibración depende de la aceleración (en

términos de g), desplazamiento (cm) y velocidad (cm/s).

Las vibraciones pueden ser causadas por equipo pesado como, prensas hidráulicas,

generadores, circulación de transporte pesado, temblores, etc.

Las vibraciones sobre equipos electrónicos causaría diferentes niveles de daños , que van

desde la ruptura de contactos internos y/o externos de los circuitos integrados, hasta la

destrucción parcial y total del equipo.

La colocación de amortiguadores son necesarios cuando existe la presencia de

vibraciones significativas. Estos dispositivos reducen considerablemente la transmisión

de ruidos y vibraciones producidos a los recintos adyacentes de una central.

Las vibraciones pueden ser:

Transitorias son vibraciones intermitentes y no producen una respuesta resonante

continua en los equipos.

17

Continuas son vibraciones que presentan un extenso período de tiempo y producen una

resonancia mecánica continua en el equipo.

El término desplazamiento se da a la magnitud de la forma de onda de vibración;

normalmente viene expresada por la amplitud de pico a pico en unidades métricas (cm)

o inglesas (mus).

Si se conoce la frecuencia de la onda, la aceleración puede ser calculada a partir del

desplazamiento. La aceleración normalmente se mide en submúltiplos de G, que es la

cantidad de aceleración causada por la fuerza de gravedad.

Los siguientes términos se utiliza en el estudio de las características de una onda de

vibración:

RMS es el valor medio cuadrático de la aceleración o desplazamiento. Es usada como

medida de la vibración.

Pico es el valor máximo de vibraciones. Esta puede ser expresada como nivel pico a

pico para vibraciones de desplazamiento sinusoidal.

Para estimar los valores máximos de vibración que puede presentar un medio ambiente

para que no exista daños en los equipos se ha determinado tres clases de medios

ambientes vibratorios:

- VI para equipos y máquinas montadas en el piso de una oficina.

- V2 para máquinas sobre una mesa o empotradas en una pared.

- V3 para equipo industrial pesado y equipo móvil.

En la tabla 1.1 se resume los valores límites de vibración para cada uno de las tres

clases, en función de la frecuencia [Ref. 1].

18

Clase

VI CH

VI TH

VI CL

VI TL

V2C

V2T

V3 C

VST

Mils pico a

pico 5-17 Hz

1.3

2.0

2.4

3.6

5.2

7.9

30.0

37.1

G

17-200 Hz

0.021

0.035

0.040

0.060

0.070

0.110

0.150

0.180

G

200-500 Hz

0.013

0.023

0.025

0.040

0.036

0.055

0.075

0.090

Tabla 1.1 Límites de vibración

Donde: T es una vibración transitoria.

C es una vibración continua.

G es la unidad de la aceleración causada por la gravedad.

H es el peso del equipo mayor a 1500 libras.

L es el peso del equipo menor a 440 Libras.

Mils, unidad inglesa igual a 10"3 pulgada (2.54x10"3 cm).

1.2.1.3 CONTAMINACIÓN

Las condiciones ambientales indispensables que debe ser satisfechas, incluye la

contaminación, por gases, polvo y vapores.

En el centro de cómputo debe disponerse de un acondicionador de aire y una ventilación,

este debe ubicarse en un lugar libre de la acción de factores contaminantes. La existencia

de gases corrosivos, tóxicos o inflamables, origina un peligro mayor, pues lo corrosivo

causará lenta, pero seguramente, daño en los equipos, lo tóxico a la salud del personal

y lo inflamable puede originar incendios.

En lo que respecta a la sala de baterías ha de estar bien ventilada, a fin de evacuar los

gases explosivos que se forman durante el proceso de carga/descarga y además para

19

mantener la sala fría. La ventilación se puede solucionar con una instalación de

acondicionadores de aire o con un ventilador-respirador.

Para una ventilación suficiente del recinto de baterías, se requiere de un volumen de aire

VA equivalente a la siguiente relación:

VA = 55.n.I (mVhora) [1.7]

Siendo: n número de elementos.

I intensidad, en amperios A, que origina la formación de gas.

55 factor para caudal de aire (m3/A.h).

Dependiendo de la batería y del procedimiento de carga resulta como valor promedio

1=1 A/100 Ah (baterías de plomo).

Cabe mencionar que el contenido de polvo del aire en la sala de fuerza no será mayor

de 50 microgramos por m3. Si es necesario el aire de ventilación se filtrará., a fin de

cumplir con este requisito.

1.2.2. INFLUENCIA AMBIENTAL ELÉCTRICO

1.2.2.1 INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA (DEM)

Son fenómenos de alta frecuencia que se propaga con un amplio rango de frecuencia y

amplitud, los cuales se sobreponen a una señal deseada. La interferencia aparece por

cambios abruptos de un campo eléctrico y/o campo magnético, la velocidad de los

cambios determina el rango de frecuencia.

La habilidad de un equipo para operar en un medio ambiente electromagnético, con otros

equipos, sin introducir perturbaciones intolerables para este ambiente se conoce como

compatibilidad electromagnética EMC.

20

Las interferencias puede aparecer en cualquier equipo o sistema sino se ha tomado

medidas correctivas introducidas en su diseño, fabricación e instalación, para hacerlos

inmunes a estas perturbaciones.

El conocimiento de las principales fuentes de IEM, su clasificación y los tipos de

perturbaciones más habituales que se presenta en la red eléctrica, se describe a

continuación.

1.2.2.2 FUENTES GENERADORAS DE IEM

Las fuentes de interferencia electromagnética pueden ser clasificadas en dos grandes

grupos:

- Fuentes de IEM de origen natural y,

- Fuentes de IEM de origen artificial producidos por el hombre.

De origen natural como es el caso de: el ruido atmosférico y las descargas atmosféricas

en el transcurso de una tormenta eléctrica (origina transientes) y las descargas

electrostáticas (DES).

Se considera a las descargas eléctricas como las más comunes, los fenómenos que tienen

lugar durante la descarga son:

- Los campos electromagnéticos radiados.

- Los campos electrostáticos.

- El aumento de potencial debido a la circulación de las comentes del rayo en el suelo.

De todos éstos, el fenómeno más importante es el de la radiación electromagnética, el

cual puede ser asimilado, durante algunas décimas de milisegundo en cada impulso., por

una antena de varios kilómetros de altura, adquiriendo corrientes de 10 a 80 KA.

Se considera como ruido atmosférico a las frecuencias situadas por debajo de los 30

21

MHz originadas por las descargas eléctricas de las tormentas.

Las descargas electrostáticas, es una perturbación que se produce por la acumulación de

carga eléctrica seguida de una descarga de esta energía, bajos ciertas condiciones de

humedad relativa del aire y temperatura ambiente, todo objeto y aún las personas (por

prendas de vestir) pueden adquirir determinada carga eléctrica. En condiciones de baja

humedad relativa y sin adecuadas medidas de protección los materiales pueden alcanzar

diferencias de potencial peligrosas de hasta 10 KV.

Para evitar estos problemas es recomendable observar lo siguiente:

Mantener una buena conexión a tierra de las cubiertas o chasis de los equipos, que

permita la descarga inmediata impidiendo la acumulación de cargas eléctricas en el

chasis.

Mantener la humedad relativa en el 50%. Por cuanto menor sea la humedad relativa

del medio en el que se haya situado el equipo, mayor será el nivel de voltaje (carga

estática) desarrollado.

Producidas por el hombre se pueden a su vez subdividir en:

- Fuentes de radiaciones intencionales y,

- Fuentes de radiaciones no intencionales.

Fuentes intencionales de interferencias son aquellas que al radiar una señal

electromagnética la misma puede interferir con otros equipos a los cuales no va

destinada. Como por ejemplo las emisiones de radio y televisión., los radares, los enlaces

radioeléctricos por microondas, por satélite, etc.

Estos últimos son los causantes del mayor número de problemas de IEM, debido a la

potencia de sus pulsos, al ancho de espectro de éstos y el alto contenido de armónicos

que emiten.

22

Fuentes no intencionadas de interferencias son aquellas que su cometido no es emitir

ondas electromagnéticas, pero que al ejecutar su misión genera perturbaciones espúreas

no deseadas. Como ejemplos se puede citar los motores, los tubos fluorescentes, los

ordenadores, los conmutadores como contactores, relés, y circuitos de conmutación por

semiconductores, etc.

Los relés producen interferencias cuando al abrirse, mediante un conmutador, su circuito

de alimentación, se produce una tensión inversa de valor de 10 a 20 veces superior a la

nominal.

Los semiconductores son también usados como dispositivos de conmutación que

conectan o desconectan una carga, al variar su resistencia entre valores muy altos y casi

nulos. Pueden aparecer transitorios de frecuencias de hasta 1 GHz. La magnitud y rango

de frecuencia de la interferencia es función de la corriente que se maneja con el

elemento semiconductor (tiristores, triacs).

1.2.2.3 MODOS DE PROPAGACIÓN DE EEM

Son los medios de enlace por los cuales una perturbación se propaga desde el punto

generador de perturbaciones de interferencias hacia el elemento receptor donde

ocasionará un trastorno.

Existen tres modos diferentes de propagación:

EEM conducida se produce cuando la fuente generadora de perturbaciones esta

físicamente conectada a los equipos receptores. Es decir el medio de propagación lo

constituye los conductores que los unen.

IEM radiada, también conocida como interferencia de radio frecuencia (RFI) se

propaga por el espacio que existe entre estos dos puntos y generalmente no causa daño

directo en los dispositivos eléctricos.

23

Interferencia por acoplo entre dos conductores cercanos (diafonía) se origina por el

acoplo en uno de ellos de una parte de la señal eléctrica que circula por el otro. La

energía se acopla al sistema capacitivamente por intermedio de un campo eléctrico E,

o inductivamente a través de un campo magnético H.

Normalmente las instalaciones de telecomunicaciones deben ser protegidas contra las

interferencias producidas a través de la red de alimentación, así como los que se originan

en el interior del sistema.

Existen regulaciones y recomendaciones del CCITT, a través del CISPR; para las

perturbaciones máximas en líneas y para las perturbaciones radioeléctricas radiadas. Para

equipos de alimentación de sistemas de telecomunicaciones que ocasionan interferencias

permanentes superiores a los 10 KHz, la norma VDE 0871, ha dado las siguientes

recomendaciones (tabla 1.2):

Rango defrecuencia

IEM en líneas (Voltaje)

Punto de medición

0.15 a 0.5 MHz

0.5 a 30 MHz

Valor Limite

2mV(66dB)

ImV(60dB)

lOmV(BOdB)

5mv(74dB)

IEM radiada (campo eléctrico)

Punto de medición Q

30 a 230 MHz 45 a 55 dBuv/m

Tabla 1.2 Valores límite de la tensión perturbadora

Si la interferencia excede a aquellos valores, se debe tomar medidas de prevención

24

como:

Buen sistema de tierra.

Filtrado de red en la línea de alimentación de corriente alterna y en la línea de

distribución de corriente continua.

Incrementar la inmunidad dentro del sistema con el uso de componentes limitadores

de voltaje (supresores de transitorios) en la entrada y salida de las líneas de

alimentación y de señal.

Mantener la distancia mínima entre los cables de fuerza y de señal. También es

importante la disposición y tendido de los mismos.

1.2.2.4 TIPOS DE PERTURBACIONES EN LA LINEA Y EQUIPOS PARA SU

CONTROL

El tipo de perturbaciones que aparecen en la red pueden ser de muy diferentes clases de

formas, amplitudes y frecuencias.

Fluctuaciones de voltaje (sobre y bajos voltajes) los sobres y bajos voltajes se

caracteriza por el ascenso o descenso de la tensión de línea a un nivel superior o inferior

a su tensión nominal, durante intervalos de algunos segundos (caídas de voltaje

momentáneos) y aún horas. Su origen se encuentra en las conmutaciones de encendido

o apagado de equipos de potencia, sobre cargas en los circuitos, aumento en el consumo

de energía en ciertas horas picos, y la caída de una fase en un sistema trifásico produce

una elevación de tensión entre los otras dos fases, y que estas tienden a compensar la

pérdida de la anterior.

Este tipo de disturbio afecta a casi a la mayor parte de los equipos electrónicos, pese a

que muchos equipos, estén diseñados para tolerar 120 voltios ±10 %. La presencia de

variaciones de voltajes momentáneos pueden causar daños en los equipos que poseen

baja tolerancia o afectar a circuitos sensitivos de baja potencia, como por ejemplo las

25

computadoras.

Para acondicionar este tipo de falla se emplea los reguladores de voltaje,

acondicionadores de línea y fuentes ininterrumpibles de potencia (UPS).

Transitorios: son aumentos bruscos de la amplitud de la onda sinusoidal de voltaje que

se presenta de forma aleatoria, la magnitud supera considerablemente el valor del voltaje

nominal, en un tiempo muy corto del orden de los 100 /AS a los ms, el cual tiene una

gran potencia instantánea que no de encontrar un medio para su disipación se disipará

completamente en el equipo.

Son producidos por descargas atmosféricas en las líneas de distribución cercanas, por la

conmutación de grandes cargas eléctricas (motores, rectificadores, transformadores, etc),

por la conmutación on-off de la red de alimentación.

La forma de los transitorios de tensión en una red no tiene en todos los casos las mismas

características, no obstante, todo transitorio puede ser caracterizado, por su polaridad,

el período de amortiguamiento, pico de amplitud y el tiempo de subida (rise time), como

se observa en la figura 1.9.

Carga

Conexión y Desconexión delPrimario de un Transformador pjCQ en 1& conexion

Pico de la desconexión

Vs"

rise time = 8,3 ms

Desconexión de una carga

Fig. 1.9 Ejemplo de formas de ondas de transitorios

26

Picos de voltaje (spike) son transitorios de duración menor a medio ciclo, con aumentos

rápidos en el flujo total de energía Este pico de voltaje viaja a través de las líneas y se

traslada a todos los equipos conectados en ese sector.

La protección contra estas alteraciones eléctricas se realiza mediante el empleo de

supresores de pico o apaga chispas.

Ruido eléctrico esta compuesto por pulsos de alta frecuencia pero de baja amplitud que

se sobreponen sobre la onda sinusoidal de la línea de alimentación y trata de presentar

una pequeña modulación de amplitud a esta.

En una línea de alimentación eléctrica, hay dos tipos de ruido:

Ruido en modo normal es la señal de ruido que se propaga, a través de las líneas, entre

fase y el neutro del sistema de alimentación. El valor de los impulsos puede llegar a 50

voltios.

Ruido en modo común es la señal de ruido que se propaga, a través de la líneas, entre

fase y la tierra del sistema, y entre el terminal del neutro y la misma tierra. Los impulsos

pueden superar los 70 voltios.

Para evitar estos problemas se utiliza, entre otros dispsositivos, filtros, transformadores

de aislamiento, UPS.

Armónicos son voltajes o corrientes cuya frecuencia es un múltiplo de la frecuencia

fundamental de la red. Su presencia se manifiesta como distorsión de la forma de onda

sinusoidal.

Suspensión del fluido eléctrico (apagones) es la ausencia total de energía eléctrica, que

pueden durar minutos, horas y aún días, este defecto puede ser producido por un corto

circuito, una falla en el sistema de interconexión o distribución, fallas en los

transformadores.

27

Todo equipo puede verse afectado por este tipo de falla, la forma de proteger los equipos

de estas fallas es por medio de UPS.

En la tabla 1.3 se hace un resumen de las principales disturbios de la red, las causas y

las posibles soluciones que debe incorporar el sistema de alimentación.

Disturbio Causa Protección

Transitorios

Caída de Voltaje

(momentáneo)

Bajovoltajes

Sobrevoltajes

Apagones

Ruido

Descargas eléctricas

Conmutación de grandes cargas

Conmutación de la red

Conmutación con semiconductores

Fallas de tierra

Arranque de cargas pesadas

(motores, transformadores)


Horas pico

Demanda máxima

Desconexión de cargas de red

Fallas de tierra y neutro


Red mal dimensionada

Fuentes de poder conmutadas

Sistemas pobres de tierra

Supresores de picos

(varistores MOVs)

Filtros

Conmutación rápida a inversor

Aislamiento de la red

Regulación de voltaje


Regulación de voltaje




(UPS)

Filtros


Tabla 1.3 Resumen de perturbaciones eléctricas

1.3 DESCRIPCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN ACTUAL DE LAS

INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE QUITO-CENTRO

1.3.1. SITUACIÓN ACTUAL

En la central Quito-Centro el EMETEL Región 1 tiene instaladas centrales analógicas,

centrales digitales, equipo tanto para la medición de tráfico como para el procesamiento

de datos, distribuidas a lo largo del edificio. Cabe señalar que dichas centrales se hallan

agrupadas mediante locales definidos en el cuadro 1.4, según datos recogidos hasta 1996.

28

DESCRIPCIÓN GENERAL

CÓDIGO

QC1

QC2

QC3

QC4

ARÍVIN

QST1

QST2

ARMI1

ARMI2

CTX

TELEX

NOMBRE

Quito-Centro 1

Quito-Centro 2

Quito-Centro 3

Quito-Centro 4

ARM Nacional

Quito-RI

Quito-Rl

Internacional

Central Alcatel

Transmisiones

DE LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES

QUITO - CENTRO

TIPO

Central Local AGF

Central Local ARF 102

Central Local ARF 102

Central Local NEAX 61M

Tránsito Regional

Tránsito Nacional NEAX 61M

Tránsito Nacional

Tránsito Internacional AXE

Tránsito Internacional E10B

Transmisiones por Radio

Central de Télex Transmisiones Datos EDX

TECNOLOGÍA

Analógica

Analógica

Analógica

Digital

Analógica

Digital

Digital

Digital

Digital

Ana./Dig.

Digital

CTI Centro de Tratamiento de Información

COMAG Centro de Operación y Mantenimiento de Centrales Digitales

Tabla 1.4 Sistemas de comunicación instalados en Quito-Centro

CENTRALES: Consta de 9 centrales telefónicas destinadas a la comunicación local,

nacional e internacional, las mismas se encuentran repartidas a lo largo de los cinco

ediñcios que conforman esta planta.

Centrales Analógicas: Existen 4 centrales analógicas que sirven a la ciudad de Quito

y a nivel nacional. De las 4; una es de tipo AGF; las otras dos de tipo ARF y la última

es ARM, de estas, 3 son centrales de abonados y la restante es central especial de

tránsito regional, la misma que no tiene abonados conectados.

Las centrales de tipo AGF y ARF son electromecánicas fabricadas por la Cia. Ericsson.,

cuya capacidad en líneas instaladas se indica en la tabla 1.5.

CENTRAL LOCAL

Quito-Centro 1

Quito-Centro 2

Quito-Centro 3

Quito-Centro 4

TIPO

AGF

ARF 102

ARF 102

NEAX 61M

CAPACIDAD/LINEAS

10000

10000

4000

5000

Tabla 1.5 Centrales de abonados de Quito-Centro

29

La central AGF es la más antigua, a prestado servicio desde la década de los 505

actualmente muestra una obsolescencia demasiado notoria como para servir una ciudad

tan activa como es Quito (próximamente quedará fuera de servicio). Las centrales ARF

son más modernas y se prestan para dar más facilidades y mejor servicio al usuario.

Centrales Digitales: De las 5 centrales digitales instaladas, la una es central de abonado;

2 son de tránsito nacional; y 2 son de tránsito internacional. Las dos primeras centrales

son del tipo NEAX 61M fabricados por la Cia. NEC; las otras dos siguientes es del tipo

AXE de la Cía. ERICSSON y la última es una E10B fabricado por la Cia. ALCATEL.

La capacidad actual de la central local digital es de 5000 líneas (ver tabla 1.5), cabe

anotar que las centrales digitales son las únicas que se instalan hoy día.

CENTRO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CENTRALES

DIGITALES: Las centrales tipo NEAX 61M poseen un complejo sistema de software

y hardware que permite, el enlace casi inmediato de un número de esta central con

cualquier otra y se presta para dar más facilidades al usuario, como por ejemplo discado

abreviado, hotline, discado directo internacional DDI, etc.

Las centrales digitales cursan un tráfico que es procesado automáticamente por el centro

de operación y mantenimiento conocido con las siglas COMAG (según NEC). De

manera similar es la configuración del CTI que lleva a cabo el control del

funcionamiento de la central digital ALCATEL a nivel provincial.

CENTRAL DE TELEX: El télex o la teleimpresora registra mensajes directamente a

partir de señales de línea. Para que estas teleimpresoras puedan ponerse en contacto con

otros, se introduce el télex, una red de centrales públicas independientes que proporciona

posibilidades de comunicación estándar sobre una base de comunicaciones de circuitos.

En Quito-Centro se tiene la central de télex tipo EDX digital para los servicios de

transmisión de mensajes ya sea a nivel local, nacional o internacional.

30

1.3.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE EQUIPOS DE SUMINISTRO DE ENERGÍA

Para el funcionamiento de los sistemas de telecomunicaciones, llámese éstos,

conmutación, transmisión, etc, se requieren de equipos para el suministro de corriente

continua y fuentes de alimentación de reserva (baterías).

A continuación, se presenta una breve introducción teórica que va a permitir que se

comprenda mejor los sistemas de alimentación instalados en Quito-Centro.

1.3.2.1 RECTIFICADORES

Los equipos rectificadores reciben tensión alterna, esta es rectificada por medio de etapas

de potencia con tiristores o por transistores, para proporcionar en su salida una tensión

continua (-48 V) y junto con las baterías proveer en forma ininterrumpida, la

alimentación en los equipos de comunicación.

Los rectificadores se pueden subdividir en rectificadores no regulados y regulados: No

regulados es cuando la tensión de salida decrece con el incremento de la carga, además

esta tensión varía con las alteraciones de frecuencia y tensión de la red. Estos

rectificadores son adecuados para corrientes de 0.7 a 3 A. Los regulados mantienen la

tensión continua a la salida constante dentro de los márgenes de tolerancia prefijados

(por ejemplo ±0.5 %), independiente a las variaciones de tensión y frecuencia de la red

o la carga variable producida por los sistemas de comunicaciones. Este grupo de

rectificadores se divide en: rectificadores con regulación en base a tiristores (con control

del ángulo de conducción) y rectificadores que cuentan con etapas de potencia

transitorizadas para la regulación (fuentes conmutadas). Estos rectificadores son

construidos para comentes de 25 hasta 1000 A.

En la figura 1.10 se ilustra el principio de funcionamiento: se dispone de un

transformador reductor en cuya salida se obtiene una tensión alterna baja, que pasa luego

al circuito rectificador. El condensador Cl (electrolítico) se halla conectado en paralelo

31

a esta salida que realiza la función de carga y descarga de energía, se obtiene una

tensión continua con cierto rizado. Para mantener la pureza DC requerida, el

condensador C2 y la bobina L realiza un último filtrado de salida, para ser llevada a las

baterías y al consumidor (distribuidor).

CONVERTIDOR AC/DC

vYA ÍYWT

Fig. 1.10 Diagrama de bloques de un rectificador

El módulo de regulación y control es el encargado de mantener dentro de los márgenes

de tolerancia aceptables ante variaciones de tensión, frecuencia de la red o corriente de

carga, en la salida de la comente continua.

1.3.2.2 BATERÍAS (ACUMULADORES)

Para garantizar una alimentación permanente a los medios de telecomunicaciones, se

instalan grupos de baterías como fuentes de almacenamiento de comente eléctrica de

emergencia, que entra en funcionamiento en caso de interrupciones o fallas en la red de

suministro de energía o en los rectificadores. Las baterías estando completamente

cargadas y en condiciones normales, no participan en el suministro de energía; con

excepción de cuando se requiere repentinamente una comente mayor (horas picos de

carga) que la nominal del rectificador, esta es suministrada por la batería.

Las baterías, además de suministrar energía, por su baja impedancia actúa como filtros

32

eliminadores de rizado, atenúa tensiones transitorias, interferencias y la diafonía. Dicho

en otras palabras, las baterías se constituyen en la principal fuente de energía de reserva

y en grandes filtros.

Tensiones en el proceso de carga/descarga: Estos dispositivos son construidos para ser

cargados (acumulación de energía química) y descargados (convierte en energía eléctrica)

muchas veces, dentro de su vida útil, sin que exista una acentuada pérdida de su

capacidad.

Tensión de descarga: La tensión disminuye considerablemente en una descarga

prolongada. Esto es apreciable cuando la descarga se realiza en poco tiempo y con una

gran intensidad de corriente; llegándose a registrar tensiones finales de descarga que

oscila entre 1.8 a 1.72 V/elemento.

Capacidad nominal: Es la cantidad de energía que puede extraer de una batería (Ah),

durante un tiempo determinado (h) de descarga, con una corriente constante (A) hasta

alcanzar una tensión preestablecida (tensión de descarga final).

Por ejemplo, la capacidad nominal de 100 Ah, quiere decir que se puede extraer 10 A

durante 10 horas antes de alcanzar la tensión final de descarga.

Tensión nominal: Es la tensión de 2 V/elemento ±0.5 % que se hace efectivo poco

después de comenzar el proceso de descarga luego de superar el "pozo" de tensión

(punto S). (Fig. 1.11).

Tensión de mantenimiento (fluctuación): Es la tensión que el rectificador debe

suministrar a la batería con una corriente mínima de carga (p.ej. 20 mA por cada 100

Ah) para conservarlas cargadas constantemente en 2.23 V/elemento i 1%.

Tensión de carga: Luego que la batería de plomo-ácido estando en estado de fluctuación

es sometida a una descarga, es necesario someterla a una recarga. Para esto se requiere

33

que la tensión de la fuente DC (cargadores) sea superior a la de la batería a un promedio

de 2,33 V/elemento.

Por ejemplo, cuando la carga se efectúa con la tensión de 2,33/elemento con una

corriente de 0,5.I10 (10 amperios), se alcanza la plena carga (100%) al cabo de 20 horas.

a) PrV

2.232.2

1.91.8

oceso c Le descarg

tensión d

Curios min

b) P

v/i

i[•oceso de

W

carga

2.3

\ de un elemento de batería

e mantenimiento

Tensión f i n a l~~~ -~^^ de descarga

1 minutos hasta horas t2

ie un

3 V

-^

ti .de carga

elemento de batería

2.23 V

20 a 40 mÁ

t2 de mantenimiento

' i

Fig. 1.11 Características de las tensiones de baterías

1.3.2.3 CONVERTIDORES CC/CC

Son aquellos equipos que convierte una tensión continua de determinado valor y

polaridad en otra tensión continua de distinto valor e igual (o diferente) polaridad.

En las centrales telefónicas se lo utiliza como circuito compensador, el convertidor toma

su alimentación de las baterías, su salida es conectada en serie entre la batería y la

distribución. Por esta razón se denomina convertidores en serie y se logra de esta manera

suministrar una tensión adicional que al unirse con la tensión de la batería proporciona

una alimentación de distribución constante para los equipos consumidores (carga).

Los convertidores existen en dos versiones; los no regulados entregan una tensión de

34

salida fija y se elige de tal forma que pueda mantenerse la tensión de distribución por

encima del valor mínimo permitido, sin causar una sobre tensión a la distribución.

Los regulados entregan una tensión de salida variable permitiendo mantener la tensión

de distribución constante independiente del estado de carga de las baterías, es decir

suministra una tensión adicional que se incrementa gradualmente entre O a 8 V en

sistemas de 48 Vdc.

Principio básico de funcionamiento: se hace una transformación de la tensión DC

obtenida de los rectificadores o baterías a una tensión alterna de frecuencia alta de onda

cuadrada (unos 425 Hz), conseguida por medio de tiristores trabajando en conmutación.

Esta nueva tensión pasa por un transformador reductor perfectamente adaptado a la

frecuencia de conmutación de cuyo secundario se obtiene la amplitud de onda deseada

(O - 8 V) para que una vez rectificada y filtrada en los bornes de salida se obtenga una

tensión continua requerida (Fig. 1.12).

CONVERTIDOR CC/CC

Fig. 1.12 Diagrama de bloques de un convertidor en serie

Si el sistema de telecomunicaciones requiere una tensión AC para alimentar equipos

periféricos (memorias, impresoras, etc), se utilizan inversores que convierte el voltaje

DC de la batería, a un voltaje alterno de magnitud y frecuencia iguales a la de la red de

alimentación. Los circuitos inversores operan según el principio de control por amplitud

35

impulsos. Por lo general, cada inversor consta de una parte de tiristores o transistores,

un transformador y filtros.

1.3.3 FORMAS DE ALIMENTACIÓN AUXILIAR

1.3.3.1 GRUPOS ELECTRÓGENOS

unaUna central de telecomunicaciones no puede verse afectada por un apagón o por

falla en el suministro de energía eléctrica, por esta razón es necesario disponer de un

equipo de emergencia que suministre la tensión alterna a los rectificadores, para

garantizar a la planta una corriente continua sin interrupciones. Para ello se usan grupos

electrógenos a diesel.

En servicio normal, la red suministra energía a los equipos consumidores. Al fallar ésta,

se realiza el cambio de servicio de la energía comercial a la de emergencia de manera

inmediata y automáticamente primero la alimentación es proporcionada por las baterías

(como paso intermedio) y luego el generador, cuando se encuentra listo para brindar

servicio estable. Restablecido el suministro público y después de un tiempo prudencial

(a fin de evitar picos y fallas que se producen en los primeros minutos) se conmuta

nuevamente al servicio de alimentación de la red pública.

Distribución

TTA Grupo derectificadores

Banco debaterías

G.E

TTA Tablero de transferenciaautomático

Fig. 1.13 Diagrama del suministro de energía de emergencia

36

Al disponer de una planta de suministro de energía de emergencia se debe tener un

tablero de transferencia (Fig. 1.13), el mismo que de preferencia debe ser automático,

que responda a disminuciones del 10% de voltaje nominal y que pueda recuperarse

cuando el voltaje alcance el 93% de su valor nominal, de acuerdo a valores que se

establecen como estándar.

1.3.3.2 INSTALACIÓN DE BATERÍAS

En las centrales telefónicas tiene que haber una fuente de reserva que pueda alimentar

al equipo telefónico con comente continua durante el tiempo que transcurre hasta que

el grupo electrógeno diesel arranca; sin embargo, se debe tener en cuenta la posibilidad

de que ésta no arranque.

Se distingue las siguientes modalidades de servicio:

Servicio de conmutación: En servicio normal los consumidores son alimentados por la

red pública a través de rectificadores. En caso de fallar la red se conmuta a las baterías,

recibiendo de ellas la energía necesaria. Al restablecerse el suministro de energía, los

rectificadores principales nuevamente suministrarán comente a la central, en tanto que

las baterías en forma inmediata pasarán a ser recargadas por rectificadores auxiliares.

Servicio en paralelo: En esta forma de operación el rectificador, la batería y el sistema

de telecomunicaciones se encuentran conectados en paralelo. Al producirse una falla en

el suministro de red o al presentarse cualquier tipo de anomalía que implique la

desconexión de los rectificadores, el suministro de energía pasará a depender

exclusivamente de las baterías, hasta el restablecimiento de la tensión de la red.

La ventaja del servicio en paralelo es que se tiene un suministro de energía

ininterrumpido y además el conjunto de baterías absorben en este caso los picos de

carga.

37

Los sistemas de alimentación de corriente en paralelo que se utilizan en las centrales

telefónicas del país, tenemos:

Sistema de alimentación de corriente con diodos reductores BZA: En servicio normal

los rectificadores alimentan al sistema de carga; además le suministra a la batería una

corriente de carga de almacenamiento. Puede suceder que la tensión de alimentación (p.

ej. 2.23 V x 24) obtenida es demasiado elevada para los equipos consumidores (48 V),

se disminuye este valor de tensión por medio de diodos reductores (en modo de

conducción) conectados en serie con el circuito para que la tensión de alimentación este

dentro de los límites admisibles.

El contacto Cl se halla abierto y, por lo tanto, el grupo de diodos DI se encuentran en

conducción. En cambio, los diodos D2 están puenteados por el contacto C2 y, en

consecuencia, inhabilitados.

Ante una falla de la red de alimentación, la batería entra en funcionamiento y comienza

la descarga de éste. Al disminuir la tensión se cierra el contacto Cl puenteando a los

diodos DI, de modo que se encuentra disponible toda la tensión de la batería para

alimentar al sistema.

Cuando retorna el suministro de energía, los contactos Cl y C2 se abren, en

consecuencia los diodos reductores DI y D2 están en serie con el circuito (caída de

tensión). Una vez finalizado la carga de batería (2.33 Vdc) se conmuta a servicio normal

(Cl abierto y C2 cerrado) con carga de mantenimiento (2.23 Vdc). Este modo de

funcionamiento se ilustra en la figura 1.14.a.

Sistema de alimentación de corriente con convertidores o BZ/D: En servicio normal,

los rectificadores suministran la tensión necesaria para la carga de mantenimiento de la

batería y la alimentación de la central con una tensión continua de 48 V. Las baterías

toman solamente muy poca comente (de 2 a 4 niA)3 por lo que la corriente dada por el

rectificador, sigue las variaciones de la carga.

38

Al interrumpirse el suministro de la red pública o desconexión del rectificador, las

baterías en forma directa entran a suministrar corriente continua a la distribución

produciéndose paulatinamente una baja de su tensión. Para compensar esta disminución

se intercala el circuito de compensación, que alimentado por la batería suministra una

tensión adicional variable de O a 8 V (véase la figura 1.14.b). La tensión adicional que

proporciona este circuito se incrementa a medida que decrece la tensión de la batería.

De esta manera se logra mantener constante la tensión de alimentación a la carga.

Entonces, la tensión de distribución viene dada por VD = YB + VC.

Rectificador Baterías DiodosReductores

Distribución

Rectificador Baterías Convertidor , Distribución

Fig. 1.14 Servicio en paralelo

Cuando regresa la energía de la red, los rectificadores se hacen cargo nuevamente de la

alimentación de la central y al mismo tiempo recargan a las baterías, cuando éstas

alcanzan el nivel de tensión normal, los convertidores dejan de funcionar.

Cuando los rectificadores operan en forma normal, los convertidores no funcionan, pero

la corriente de distribución circula por éstos, produciéndose una caída de tensión de 1

a 1.5 Vdc. Para esta condición VD = YB - 1.

En la figura 1.15, se ilustran las curvas típicas de trabajo de un sistema de alimentación

39

de comente BZD de 48 V, junto con los niveles de tensión en la batería y de

distribución, en caso de falla de red.

Vmáx 56

5150

Vmin 45.5

Vmáx 56

5150

Vmin 45.5

VBk / ]^^^^ VD

(2) /— N/"

NO REGULADO

/ /

40.25(5)

^=

A + * t(T) © (D

VB

(

VDs. *V- -— -_ t "ve

40.25.3) REGULADO C

// '/'

~r

i) ©

•4

tVB Tensión de batería VC Tensión de salidaVD Tensión de distribución del convertidor

Fig. 1.15 Curva de trabajo en el equipo de fuerza

1 interrupción de la red AC; 2 Arranque del convertidor; 3 Descarga de la batería

4 Retorno de la red AC; 5 Se desconecta el convertidor e inicio de la recarga de

baterías; 6 Final de la carga.

1.3.4 SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN INSTALADOS EN QUITO-CENTRO

En la planta telefónica de Quito-Centro; existen una diversidad de sistemas de suministro

de energía (BMC, BZD, BZA), tanto en tecnología., como en capacidad, destinados a

alimentar a los equipos de telecomunicaciones con corriente continua de valor estable

(48 V) y con un nivel de ruido muy bajo (rippley-rizado). Razón por la cual se hará una

breve descripción general.

En el esquema circuital de la figura 1.16, se puede observar la conexión de los

componentes principales del sistema de fuerza tipo BZD: Rectificadores (R), Baterías

(B), Convertidores en serie (C) y Distribución (D). Todo el sistema esta provisto con

40

dispositivos de protección, maniobra y supervisión, ha sido fabricado con elementos

electrónicos y sin partes móviles.

En los sistemas BZD y BZA, se dispone de tres barras colectoras de conexión: 1) La

positiva (+) común para todos; 2) Barra R (-) reúne todos los (-) del rectificador y

baterías; 3) Barra D(-) para distribución. La salida de los convertidores está ubicada

entre las barras R(-) y D(-). Los rectificadores de 60 a 160 A, utilizan cables y desde

200 a 630 A, barras de Cu o Al.

R- •

Rectíficadorl

R2

RectificadoraConvertidor

OC Carga automática de baterías

Fig. 1.16 Distribución de los componentes BZD y la conexión al sistema de barras.

Nota: I.» Cada bastidor contiene 1 rectificador.

2.- Cada bastidor contiene 2 convertidores.

El bastidor de distribución contiene unidades funcionales, aquí se han concentrado los

fusibles principales de distribución, unidades de limitación de transitorios y las unidades

de fusibles de baterías. Forman parte de este bastidor todos los órganos centrales de

control, supervisión y maniobra para la operación automática del equipo de suministro

de energía. El distribuidor tipo BMG es el más común, está basado en el principio

modular, con capacidad máxima de 1200 A.

En la tabla 1.6, se indica la capacidad, tipo y cantidad de rectificadores, convertidores,

baterías de los sistemas de fuerza alojados en el edificio de Quito-Centro.

41

Sistema de alimentación BMC: El módulo de planta para QC1 consta de 6 bastidores;

3 rectificadores de 150 A, 2 rectificadores de 42 A, y 1 bastidor de distribución. Además

se dispone de 2 bancos de baterías de 12 elementos c/u.

Sistema de alimentación BZD: Para QC2, QC3, ARMN tienen un módulo de planta

común que consta de 7 bastidores; 4 rectificadores de 630 A, 4 convertidores de 630 A5

montados en 2 bastidores, y un bastidor de distribución DC que están unidos con barras

horizontales en la parte superior del bastidor. El sistema incluye además 3 bancos de

baterías de 23 elementos c/u. que se colocan en conexión con el módulo de planta.

El módulo de ARMI1, contiene 4 bastidores rectificadores de 200 A, 4 convertidores de

200 A, colocados en 2 bastidores y 1 bastidor para la distribución en DC. También tiene

3 grupos de baterías de 22 elementos c/u.

Sistema de alimentación BZA: Comprende los siguientes módulos:

QC4: consta de 8 bastidores; 7 rectificadores de 340 A y 1 bastidor de distribución en

DC; se incluye también 3 bancos de baterías de 24 elementos c/u.

QST1: consta de 9 bastidores; 8 rectificadores de 340 A y 1 bastidor de distribución en


QST2: consta de 7 bastidores; 6 rectificadores de 100 A y 1 bastidor de distribución en


CTX: consta de 5 bastidores; 4 rectificadores de 150 A y 1 bastidor de distribución en


TELEX: consta de 6 bastidores: 5 rectificadores de 200 A y 1 bastidor de distribución

en DC; se incluye también 2 bancos de baterías de 25 elementos c/u.

ARMI2: Es el módulo de planta más pequeño consta de 3 bastidores: 2 rectificadores

42

de 25 A y 1 bastidor de distribución en DC; se incluye también 2 bancos de baterías de

24 elementos c/u.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS EQUIPOS DE SUMINISTRO DE ENERGÍA

DE LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES QUITO-CENTRO

Código Sistema de Rectificador Convertidor Baterías

alimentación

QC1 BMC

QC2 BZD

QC3 BZD

QC4 BZA

QST1 BZA

QST2 BZA

ARMN BZD

ARMI1 BZD

ARMI2 BZA

CTX BZA

TELEX BZA

BMCO

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

BMT

12 Elem/grupo

BMR 23 Elem/grupo

BMR 23 Elem/grupo

24 Elem/grupo

24 Elem/grupo

24 Elem/grupo

BMR 23 Elem/grupo

BMR 23 Elem/grupo

24 Elem/grupo

24 Elem/grupo

25 Elem/grupo

Tensión

Nominal (V)

24-26

47-51

47-51

48-54.5

48-54.5

48-54.5

47-51

47-51

48-54.5

48-54.5

48-54.5

BZA : Sistema de alimentación sin convertidores

BZD : Sistema de alimentación con convertidores

BMCO : Rectificadores con tecnología a diodos de

BMT : Rectificadores

BMR : Convertidores

con tecnología a tiristores

silicio

en serie regulados con tecnología a tiristores

Tabla 1.6 Datos característicos del equipo de fuerza

Planta de emergencia: Se dispone de dos grupos electrógenos a diesel de una capacidad

de 150 KVA c/u:, para la alimentación de la planta de telecomunicaciones, del

alumbrado de las salas, equipos de aire acondicionado y del edificio en general.

En el anexo A de planos, se tiene el levantamiento de los diagramas uniñlares del

sistema eléctrico. Cabe indicar que únicamente consta la distribución eléctrica de la

planta de telecomunicaciones (conmutación y transmisión), no se ha tomado en cuenta

la red de alumbrado eléctrico de las salas de los bastidores y de los equipos destinados

a otros servicios.

43

1.4 DESCRIPCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS DE

PUESTA A TIERRA Y PROTECCIONES DE DESCARGA ATMOSFÉRICAS DE

QUITO-CENTRO

Previo a la determinación del estado actual de las puestas a tierra se plantean los

siguientes conceptos de importancia para su evaluación y dimensionamiento.

1.4.1 DEFINICIONES

Puesta a tierra "Comprende toda ligación metálica directa, sin fusibles ni otro sistema

de protección, de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una

instalación y un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el suelo, con objeto de

conseguir que, en el conjunto de las instalaciones, edificios y superficies de terreno, no

existan peligrosas diferencias de potencial y que, al mismo tiempo, permita el paso a

tierra de las corrientes de defecto o de descarga de origen atmosférico". [Ref. 16].

Compensación de potencial se entiende como el compromiso de eliminar la diferencia

de potencial excesivas entre partes conductoras accesibles de una instalación que no

estén destinadas a la conducción eléctrica.

Se dispone de una red de compensación de potencial, cuando no puedan satisfacerse las

condiciones referentes a la tensión admisible de contacto y a la desconexión automática

de la instalación defectuosa. Este método consisten en unir entre sí: tuberías metálicas

de agua, calefacción, electrodos de tierra, estructuras conductoras del edificio, etc.; con

el conductor o sistema de puesta a tierra de protección (PE).

1.4.2 CLASIFICACIÓN

En forma general existen tres tipos principal de puesta a tierra:

- Puesta a tierra de protección.

44

- Puesta a tierra de servicio.

- Puesta a tierra de protección y de servicio.

Puesta a tierra de protección (PE) es la conexión a tierra de una parte conductora de

la instalación que normalmente no esta sometida a una tensión eléctrica., a fin de

proteger a las personas contra tensiones de contacto peligrosas.

En centrales telefónicas el conductor de protección PE evita que el flujo de corriente por

el cuerpo humano sea excesiva, al ocurrir un contacto accidental entre un conductor

activo y una parte conductora de la instalación. Para ello, se conectan todas las partes

metálicas de los bastidores de la central, carcasa de los equipos y todos los elementos

conductores que pueden ser tocados, a un mismo potencial de tierra, mediante líneas de

protección.

El equipo que posee una conexión PE es clasiñcado como equipo de protección clase

I. Estos dispositivos puede ser empleados en sistemas de alimentación TT, TN e IT,

mismas que se detallan en el capítulo 3.1.

Puesta a tierra de servicio o funcional (FE) es la conexión que tiene por objeto unir

a tierra, ciertos puntos de los circuitos eléctricos de servicio, necesaria para la operación

satisfactoria de los equipos.

En forma general, los circuitos de señales de los sistemas de telecomunicaciones son a

menudo arreglos de conductores simples con retorno común por tierra. En las centrales

telefónicas a más del retorno de la señal por tierra, se dispone en el interior de las

instalaciones una red de tierra funcional, utilizando los conductores de distribución de

tensión continua, dando como resultado una red de tierra con una baja impedancia.

Al hacer uso de la tierra como retorno de la señal hay la posibilidad de la presencia de

ruido eléctrico originado especialmente por efectos atmosféricos o por efectos de los

circuitos de alimentación eléctrica. Pero a pesar de todo el uso de este procedimiento es

45

muy común para enlaces entre centrales de una red telefónica.

Puesta a tierra de servicio y de protección (FPE) en la actualidad no existe una

instalación específica que reúna la puesta a tierra de protección y otra para las puesta a

tierra de servicio, sucediendo por lo contrario que una misma línea de tierra denominada

FPE, reciba indistintamente conexiones FE3 PE o de cualquier naturaleza, constituyendo

en una instalación de red de tierra general.

Se utiliza el montaje de la red FPE en centrales de conmutación y de transmisión. Este

método de puesta a tierra tiene las siguientes características:

La puesta a tierra funcional y de protección puede ser una combinación de un solo

conductor o de una red de conductores.

Todas las partes conductoras que requieran de una conexión a tierra, ya sea, por

protección o por servicio estos deben conectarse a la línea de tierra FPE.

El conductor positivo (+DC) instalado en cada uno de los bastidores de la central,

se conectada a la misma red de tierra general, lo cual proporciona una puesta a

tierra funcional.

Los equipos destinados al suministro de energía DC local (rectificadores,

convertidores, tableros de distribución de DC) son similarmente unidos al conductor

positivo de tierra (ver figura 1.19).

1.4.3 PARTES QUE COMPRENDE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Una instalación de puesta a tierra como la representada en la figura 1.18 consiste en:

tomas de tierra (superficiales o en profundidad) y líneas de puesta a tierra.

46

1 Electrodo de tierra2 Linea de tierra3 Punto de p.a.t.4 Linea de enlace con el

electrodo de tierra

Fig. 1.18 Representación esquemática de una instalación de p.a.t.

1.4.3.1 TOMAS DE TIERRA

A su vez, las tomas de tierra están constituidas por:

Electrodos de tierra es un conductor o conjunto de conductores, enterrado(s) en el

suelo, que sirven para establecer una conexión conductora con el terreno, para facilitar

el paso a éste de las comentes de defecto que puedan presentarse.

Líneas de enlace con tierra es aquella parte de la línea de tierra que une el punto de

puesta a tierra y el electrodo(s).

Punto de puesta a tierra es un punto situado fuera del suelo, que sirve de unión entre

la línea de tierra y el electrodo, directamente o a través de la línea de enlace con él. El

punto central de puesta a tierra estará provisto de un dispositivo de conexión (regleta),

que permita la unión entre las líneas de enlace y principal de tierra, de forma que se

pueda, mediante herramientas apropiadas, separarse éstas, con el fin de poder realizar

la medida de la resistencia de tierra.

Los electrodos de las tomas de tierra pueden ser: artificiales o naturales.

47

Los electrodos artificiales estarán formados por materiales metálicos en forma de

varillas, tubos, cables, placas, que presente una resistencia elevada a la corrosión. En la

práctica, los metales más utilizados son el cobre o el acero galvanizado.

Los electrodos naturales son partes metálicas (conductoras) que puedan existir enterradas

y que pueden aprovecharse para las puestas a tierra, siempre que cumplan ciertas

condiciones que se examinarán más adelante.

1.4.3.2 LINEAS DE TIERRA

Son todos los conductores que parten desde la toma de tierra hacia las partes de la

instalación que deba ponerse a tierra.

Línea principal de tierra o colectora es aquella a la que se conectan varias líneas de

tierra y tomas de tierra de la instalación.

De forma general, la sección de la línea colectora de tierra será por lo menos igual a la

sección del conductor de protección correspondiente al elemento receptor de mayor

consumo que se encuentra protegido.

Conductores de los circuitos de puesta a tierra, nos referimos a todos las conductores

que conforman las derivaciones de las líneas principales de tierra, líneas de protección

y. los de compensación de potencial.

Las derivaciones de las líneas principales de tierra están constituidas por conductores que

unen la línea principal de tierra con los conductores de protección o, en otros casos,

directamente con las masas.

Los conductores de protección sirven para unir las masas de los receptores y partes

conductoras metálicas de la instalación, con el objeto de asegurar la protección contra

contactos indirectos. En cambio, no deberán formar parte del conductor de protección

las partes constructivas que, en caso de ser retiradas, alteren o supriman la línea de

48

protección.

Las centrales de pequeño y mediano tamaño contienen, como punto central, una barra

común de conexión atierra de material de cobre, latón o acero galvanizado. La sección

mínima debe ser elegida de acuerdo al número de tomas dé tierra y número de

conductores conectados a él.

Para centrales grandes la forma más eficiente es el representado por un conductor anular

común de conexión a tierra. A este punto central se conectan todas las partes del equipo

de telecomunicaciones que tienen que ser conectadas a tierra, incluyendo los bastidores

del equipo de suministro de energía DC. Las cubiertas metálicas de los cables de

telecomunicaciones, las tuberías de agua y calefacción, la tierra del pararrayos, y los

hierros de la estructura del edificio son de igual manera conectados al anillo por caminos

directos.

Un conductor anular de tierra común, se hace de cobre con una sección de por lo menos

de 50 mm2 (#1/0 AWG). Se instala dentro del edificio, por el sótano, de manera que

forme un anillo que rodee al edificio, tal configuración ofrece una resistencia baja.

El dimensionamiento de las líneas de puesta a tierra en sistemas de baja tensión viene

dada por la comente que circula por la parte afectada de la instalación en caso de

cortocircuito simple a tierra y por el tiempo de desconexión de los interruptores

automáticos. A partir de la tabla 1.7 [Ref. 8], puede elegirse la sección del conductor de

acuerdo con el rango de operación del dispositivo de protección contra intensidades de

defecto, esto puede ser explicado con ayuda de la figura 1.19.

En caso de un contacto a tierra del conductor activo Cl, la corriente de defecto circula

a través del fusible SI, por el conductor Cl, hasta llegar al equipo de telecomunicaciones

B en donde se localiza el cortocircuito, para posteriormente regresar por el conductor

C2. Por lo tanto, la sección de la línea de tierra C2 se especifica de conformidad con el

fusible SI. Pero si el cortocircuito se localice después del fusible S2 el conductor de

49

tierra debe ser dimensionado por el fusible S2.

Es posible que no suceda un contacto a tierra en el equipo, sino un contacto a masa en

cualquier parte de la estructura metálica de los bastidores, de tal forma que el conductor

de tierra FPE localizado entre el equipo de suministro de energía DC y la barra colectora

principal, conduce la corriente de defecto a tierra, por lo tanto, la línea de tierra se

dimensiona de conformidad con el fusible SI.

Rango de operación del

dispositivo de

protección (A)

hasta 25

hasta 35

hasta 50

hasta 63

hasta 125

hasta 160

hasta 224

hasta 250

hasta 630

hasta 800

hasta 1000

Sección mínima del

conductor de cobre

(mm )

2,5

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

Tabla 1.7 Máxima corriente admisible para líneas de p.a.t.

FPEBarra ColectoraPrincipal | p g o Ooo"g=

1 2 3 4 5 6

Punto de tierra delequipo de energía

1 Toma de tierra detelecomunicaciones

2 Torna de tierra de cimentación3 Cubierta de cables4 Estructura del edificio5 Tubería de agua6 P.A.T de protección contra rayos7 Conductor de P.T.A de servicio y

de protección

Fig. 1.19 Líneas de p.a.t. en sistemas de telecomunicaciones

La descripción de los componentes indicados en la figura 1.19, es la siguiente: B Equipo

50

de telecomunicaciones; D Equipo de suministro de energía; C2 Línea de tierra conectado

a la línea FPE; Cl¿ C2 Líneas del circuito operativo de telecomunicaciones; R, S3 T, N

Líneas del circuito de alimentación ; S Fusibles.

1.4.3.3 CONEXIONES

Para obtener una buena red de tierra esta depende en gran parte de la calidad de las

uniones (empalmes) entre los elementos que componen una instalación de puesta a tierra,

acompañados de una buena resistencia a la corrosión. Para ello, las conexiones entre las

líneas de puesta a tierra y las tomas de tierra (electrodos), y las derivaciones de éstas,

deben efectuarse con todo cuidado, por medio de piezas de empalme adecuadas,

asegurando que la superficie de contacto forme una conexión efectiva como si fuera

parte integral de un solo conductor homogéneo, de tal forma que se garantice una unión

segura y permanente, con una buena conductividad eléctrica. Son admisibles uniones por

soldadura exotérmica, mediante tornillos y conectores tipo presión, remaches,

abrazaderas.

Si en el suelo se establece una unión entre la línea de puesta a tierra y el electrodo,

aquella deberá realizarse mediante unión soldada (de preferencia) o por medio de

abrazaderas. En el caso de las barras colectoras de tierra son admisibles los tornillos para

cada línea de tierra, dichas uniones pueden fácilmente ser desmontadas en caso de

pruebas y medición del sistema de tierra, solo basta con soltar el tornillo.

Con el objeto y procurando siempre que la resistencia eléctrica de los contactos no sea

elevada, se protegerán éstos en forma adecuada, con envolventes o pastas protectoras.

1.4.4 CONEXIÓN A TIERRA

En las instalaciones de telecomunicaciones las partes que deben ser puestas a tierra son:

equipos de conmutación y transmisión, referencias de las fuentes de AC (hilo neutro) y

CC (polo +), carcasa de los equipos, sistema de pararrayos y su torre de sustentación,

51

ductos de aire acondicionado, tuberías de agua, blindajes de los cables de

telecomunicaciones y todas las partes del edificio que puedan mejorar el contacto a

tierra. En los casos de instalaciones, donde los equipos y estructuras están distribuidas

a lo largo del edificio, el sistema de tierra se efectúa por medio de barras colectoras.

Dicha conexión entre la barra y los equipos se efectúa siempre de forma radial, con esto

se evita la formación de "mallas cerradas" en el sistema de tierra.

El equipo eléctrico no deberá ser instalado en contacto directo con el equipo de

telecomunicaciones, como por ejemplo los ventiladores, unidades de alumbrado de los

bastidores, etc., que tendrán que ser conectadas a tierra en sus centrales de grupo

respectivas, al conductor de tierra, de la manera convencional, en un sistema de 4

conductores y a un conductor especial de tierra en un sistema de 5 conductores.

La figura 1.20 ilustra el principio de conexión a tierra que se emplea en una central

telefónica. La figura muestra una planta, en la cual el suministro de energía se efectúa

con entrada a alta tensión y con transformador de baja tensión dentro del edificio. Donde

todos los conductores positivos del suministro de energía DC se han de interconectar con

la red la red de puesta a tierra de la central telefónica para obtener una baja resistencia.

El polo positivo (+DC) de la central se conecta vía la barra colectora de tierra a una

toma de tierra principal. La resistencia de tierra recomendada es de 5 ohmios.

La red de tierra en la planta telefónica no tiene que conectarse junto con el sistema de

tierra de la red pública u otro sistema de conductores de tierra. La única interconexión

se efectúa en la barra colectora de tierra principal, en la que se interconectan todos los

sistemas de puesta a tierra del edificio.

1.4.5 ESTADO ACTUAL DE LOS SISTEMAS DE TIERRA

Actualmente en la central Quito-Centro se encuentran instaladas ocho tomas de tierra,

las mismas que permiten el aterrizaje de cada uno de los sistemas existentes en la planta

(transmisión, conmutación y equipos anexos). Su ubicación aproximada puede observarse

52

Alumbrado

CentralTelefónica

Centro DeCómputo

\ X x

K\ \

\

X X^\

NX X

N6

AireAcondic. Ondulador EcluíPo De Fuerza

IIIl_i_¿

ÍÍH

Motor-generador

Tablero De Distribución Principal

Sala dealta tensión

• PE;

Cables (polo +}

Barra

Tablero De Distribución del Edificio

Distribuidor DeAbonados MFD

Barra ColectoraPrincipal

-O O O O O O

Fig. 20

53

en el plano de la planta baja de la figura 2.15.

Cabe indicar, que algunas de las tomas consisten de planchas de cobre de 1 m2. de área

y 0,6 mm. de espesor y otras están constituidos por varillas copperweld formando un

reticulado de 2 m. de lado, enterradas verticalmente a 2;5 m. de profundidad, según

datos proporcionados por el departamento de fuerza del EMBTEL región Rl, pero se ha

de considerar como una información no muy exacta debido a que no se posee ningún

registro del diseño de las mismas.

Para determinar el estado actual de la red de distribución de tierra dentro de sus

instalaciones, se procedió a realizar las inspecciones a todas ellas. Para una mejor

descripción de los sistemas de puesta a tierra, se ha preparado la siguiente información

de cada uno de las mismas.

Sistema de p.a.t. # 1 (centrales telefónicas)

¿zrP.Á.T #1

f Equipo de Fuerza'(Chasis y barra -f)

Apantallamiento deQC1 y QC2

Apantallamiento deMDF (QC1 y QC2)

Fig. 1.21 Diagrama del sistema ST1

El sistema de conmutación analógica AGF tiene instalada dos mallas contiguas, por la

facilidad que ofrecen las mismas se procedió durante el estudio para su levantamiento

a conectarlos en paralelo para mejorar la toma de tierra del sistema (obtener una menor

resistencia). De esta malla así conformada salen 2 alimentadores: el primero se distribuye

a la sala de los equipos de suministro de energía tipo BZD (incluye el aterrizaje de la

estructura de los bastidores); al apantallamiento de las centrales de conmutación QC1,

54

QC2S y ARM NACIONAL, cuya línea de tierra se encuentra abierta; el segundo

conductor conecta el apantallamiento del MDF (distribuidor de abonados) de QC1 y

QC2, como se observar en el esquema de la figura 1.21.

Sistema de p.a.t. # 2 (ITMC)

P.T.A #2

_^ Equipo de fuerza(chasis y barra +

Equipo Mux/Demuxdel ITMC


De la figura 1.22 se observa que de la malla P.A.T. # 2 salen 2 líneas de tierra

principales: el primero sirve para aterrizar el equipo Mux/Demux del ITMC (centro de

comunicación de la estación terrena) y el segundo se dirige al sistema de alimentación

de corriente BZA, tanto a la barra positiva (+DC) localizada en la parte superior de los

bastidores., como a la estructura.

Sistema de p.a.t. # 3 (Télex)

P.Á.T. #3

Equipo de fuerzade Télex (+ DC)

Aire Acondicionado

Apantallamiento dela Central de Télex


55

Desde esta malla P.A.T. # 3, se encuentra instalado un conductor desnudo de tierra

principal, el mismo que permite a su vez conectar en su otro extremo a una barra de

cobre que sirve de barra de distribución general de tierra, de donde salen 3 líneas de

tierra, los cuales se dirigen hacia el equipo de suministro de energía BZA de télex, al

apantallamiento de la central y al equipo de aire acondicionado, como puede observarse

en el diagrama de la figura 1.23.

Sistema de p.a.t. # 4 (Transmisiones y Sistema de Pararrayos)

P.A.T #4

Pararrayos Pl

Estructura dela torre T2

Equipo de fuerzade Transmisiones

Apantallamiento delequipo de Radio Tx


De la inspección realizada se determina la existencia de 2 mallas, que se encuentran

conectadas en paralelo a través de la estructura del edificio, de las cuales salen 3

alimentadores: el primero sube al sistema de pararrayos de la torre TI; el segundo

conductor conecta la estructura de la torre T2; el tercero se dirige a la barra colectora

de transmisiones de donde salen 2 conductores: uno para el aterrizaje del equipo de

fuerza, se incluye la barra positiva del tablero de distribución DC de transmisiones y el

apantallamiento, y el otro conductor conecta a la estructura del equipo de radio. Cabe

indicar que la línea de tierra para el apantallamiento de la central de transmisiones se

halla suelta cerca de la toma de tierra (véase la figura 1.24).

Sistema de p.a.t. # 5 (NEC, ERICSSON, ALCATEL)

De esta toma de tierra (Fig. 1.25) sale un conductor desnudo que conecta a la barra

56

colectora principal, para luego ser distribuidas a las barras secundarias pertenecientes a

NEC, ALCATEL y al apantallamiento de la central QC3.

P.'A.T. g6

-+ Equipo de fuerza de lasCentrales NEC (+DC)

Apanlallamiento de~* QC4, QST1 Y COMAG

Aire Acondicionado

Equipos de fuerza deQST2 e Internacional

Apaníallamiento deQST3 e Internacional

Apantallamientode QC3

Apantallamiento deCTI y Central Alcatel

Equipos de fuerzade Centrales Aléate!


De la barra de NEC salen 4 conductores: la una se distribuye al sistema ERICSSON,

tanto para el aterrizaje de sus centrales (QST2 e INTERNACIONAL), como a sus

respectivos equipos de suministro de energía; las otras tres líneas de tierra se reparten

para el apantallamiento de las centrales NEC (QC4, QST1 y COMAG) y hacia los

equipos de fuerza.

De la barra de ALCATEL salen 2 alimentadores: la primera se dirige a los bastidores

de los sistemas de energía (+DC) y la segunda al apantallamiento de la central de

conmutación y del CTI.

Sistema de p.a.t. # 6 (libre)

Es la toma de tierra más antigua instalada en Quito-Centro, en la actualidad está fuera

de servicio debido a que tiene unos 40 años de servicio, dicha malla se encuentra

totalmente destruida por acción química del suelo.

La representación unifilar de los sistemas de puesta a tierra instalados en la central

57

telefónica Quito-Centro, se describe con más detalle en los diagramas del anexo B de

planos.

1.4.6 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

En las terrazas de los edificios de la central Quito-Centro se encuentran instaladas tres

torre (TI, T2, T3) y un mástil (M4) de diferentes alturas, que sirven de soporte para las

antenas de transmisión, cuya ubicación se muestra en el croquis de la figura 3.8. Además

la central cuenta con un sistema de pararrayos a fin de proteger las instalaciones de los

efectos de los descargas atmosféricas directas, el cual se encuentra instalado en la parte

superior de la torre TI (es el de mayor altura). El sistema dispone de una varilla

Franklin que se conecta a un conductor # 2/0 AWG que baja por la torre y luego recorre

la parte exterior de edificio E3 hasta llegar a la toma de tierra # 4. Véase la figura de

la hoja [8-9] del anexo D, su ubicación y recorrido.

Cabe indicar también que la estructura de la torre de comunicaciones T2 esta conectada

a la toma de tierra # 4 mediante un conductor desnudo # 1/0 AWG.

En la tabla 1.8 se presenta las características individuales de las cuatro torres instaladas.

ALTURA (m) OBSERVACIONES

Torre TI

Torre T2

Torre T3

Mástil M4

20 Situado sobre la terraza del edificio E3 de 18 m de

contiene antenas de transmisión y un pararrayos.

12.5 Situado sobre la terraza del edificio E2 de 14 m de

contiene antenas de transmisión..

7 Situado sobre la terraza del edificio E3 de 18 m de

junto a la torre TI, contiene antenas de transmisión.

5 Situado sobre la terraza del edificio E2b de 16.5 m

altura, contiene una antena.

altura,

altura,

altura,

de

Tabla 1.8 Descripción y ubicación física de las torres

CAPITULO 2

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA NECESIDAD DE UNA PUESTA A TIERRA

2.2 MEDICIONES Y PRUEBAS DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EN QUITO-

CENTRO

2.3 SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS PARA

TELECOMUNICACIONES

2.4 ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA TRANSITORIOS DE

CORRIENTE Y VOLTAJE

58

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA NECESIDAD DE UNA PUESTA A TIERRA

Un sistema eléctrico y electrónico requiere de una instalación de puesta a tierra, el no

hacerlo puede traer como consecuencia daños significativos en los equipos del sistema

y afectar a la seguridad de las personas.

En general, la puesta a tierra (conexión a tierra o aterrizaje) es el proceso de realizar una

unión eléctrica entre determinados elementos de la instalación y la tierra misma.

De acuerdo a este principio, la necesidad de una p.a.t se establece para conducir a tierra,

las corrientes (pequeñas o de gran intensidad) de cualquier naturaleza que se puedan

originar, ya sea que se trate de corrientes de falla, desequilibrio de los sistemas de

distribución de energía, o por descargas eléctricas; con ello se logra:

Establecer y mantener un potencial de tierra o punto de referencia común para toda

la planta telefónica.

Limitar la diferencia de potencial que, en un momento dado, puede presentarse

entre puntos de la superficie del suelo o entre un punto del terreno y objetos

conductores.

Asegurar la operación rápida de los dispositivos de seguridad, relés, fusibles, etc.

Reducir los valores de ruido eléctrico y diafonía inducidos en circuitos de

comunicaciones.

Servir como línea de retorno a ciertos sistemas, como por ejemplo: en circuitos de

telefónica, los neutros de los generadores y transformadores de distribución, en los

descargadores de pararrayos, etc.

Ayudar a neutralizar los efectos transitorios de voltaje y corriente producidos por

descargas atmosféricas, ya que ofrece un camino de baja impedancia a tierra.

59

En realidad, el proceso de realizar una conexión eléctrica a tierra involucra no un punto

de contacto sino más bien un volumen de tierra. Pues; se sabe que entre el 90 y 95 por

ciento de la resistencia final de un electrodo a tierra se establece dentro del suelo

circundante al electrodo. Así3 el suelo contenido dentro de un volumen hemisférico

alrededor del electrodo (varilla) formado por radios igual a 1.1 veces la longitud del

electrodo embebido en el suelo es referido como "Hemisferio de Interface" (HI), como

se ilustra en la ñgura 2.1. Por lo tanto, éste volumen ejerce la mayor influencia en la

resistencia de aterrizaje del electrodo.

De acuerdo a lo expuesto, se ha determinado que la resistencia de un electrodo a tierra

R es la suma de componentes:

Siendo:

R = 0 . 9 x R l +0.1 xR2 [2.1]

Rl resistencia del suelo dentro del hemisferio de interface; y R2

resistencia promedio del suelo en el resto de la tierra.

Electrodo deaterrizaje

a) Hemisferio de interface b) Electrodos demasiadocercanos

Fig. 2.1 Hemisferio de interface

2.1.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PUESTA A TIERRA

La conexión a tierra esta influenciada tanto por las condiciones del suelo, como por las

60

características del electrodo.

2.1.1.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

La resistividad del suelo determina la efectividad de una toma de tierra, la cual varía de

un lugar a otro de acuerdo a los siguientes factores:

Tipo de suelo: Los terrenos o estratos geológicos no son nunca homogéneos, dando

como resultado que las diferentes clases de suelo no están delimitadas como para saber,

de antemano, el valor de la resistividad en el punto a ser elegido para efectuar una toma

de tierra. En la tabla 2.1 se indica los valores aproximados de la resistividad para

distintas clases de terreno; obtenido de la referencia [12].

Tipo de terreno Resistividad (íl-m)

Terrenos pantanosos

Limo

Humus .

Turba húmeda ,

Arcilla plástica . . . . . . . . . .

Margas arcillas compactas

Margas del jurásico ,

Arena arcillosa . ,

Arena silícea

Suelo pedregoso de césped . . . .

Suelo pedregoso desnudo . . . .

Calizas compactas

Calizas agrietadas . . . . . . .

Pizarras

Rocas de mica y cuarzo

Granitos y gres procedentes de alteración

Hormigón . . . . . . . . . . .

Roca ígnea

3 a 30

20 a 100

10 a 150

5 a 100

50

100 a 200

30 a 40

50 a 500

200 a 300

300 a 500

1500 a 3000

1000 a 5000

500 a 1000

50 a 300

800

1500 a 10000

2000 a 3000

5000 a 10000

Tabla 2.1 valores de p para diferentes tipos de suelo

Contenido de humedad: La humedad expresa la cantidad de agua en peso distribuida

dentro del suelo, el cual influye de forma apreciable en la resistividad. En la figura 2.2.a.

61

vemos que la resistividad del suelo disminuye violentamente a medida que el grado de

humedad aumenta del orden del 15% en peso, a partir de esta cifra la variación de la

resistividad es pequeña, a causa de la saturación del terreno.

Los valores de p pueden variar de acuerdo al contenido de humedad y tipo de suelo,

como por ejemplo, el barro arenoso es razonablemente conductivo con solamente 5% de

humedad, mientras la arcilla requiere más del 14% por peso de esta variable.

Temperatura del suelo: La resistividad del terreno es estable al descender la

temperatura, hasta cuando alcanza el punto de congelamiento (0°C); en ese momento su

resitividad se incrementa muy rápidamente debido a que el contenido del agua en la

tierra entra en un estado de congelamiento dificultando la conducción eléctrica. Para ello

en zonas con peligro de heladas los electrodos se enterrarán a una profundidad que no

alcance esa temperatura.

/>(o200

160

120

80

40

0

a)hu

imio— m)

I\ V

\

X\\

Arcilla

.SueloSuperficia

/ Barroarenoso

^=r-

/^(ohm

3.5K

3.K

2.5K

2.K

1.5K

1.K

0.5K

-95 10 15 %

Humedad en porcentajeInfluencia del contenido de , , ,medad ü) l

io— m)

I|

\Influenciacambio de

I

^

delestadt

°-10?°^10 20 30 4Q 50 oC

Hielo Agua

níluencia de la temperatura

Fig. 2.2 Efecto de temperatura y humedad

Contenido mineral y su concentración: La concentración de ciertos minerales, ácidos

y sales puede mejorar la conductividad del suelo, pues los componentes del terreno son

en estado seco aislantes. Entonces, la conducción de la corriente se realiza

principalmente a través del electrólito, que forman las sales y el agua contenida en el

terreno natural.

62

En la figura 2.3 se refleja como la cantidad de sales disueltas afecta la resistividad, esto

es; entre más alta es la concentración, más baja es la resistividad promedio. Nótese que

la resistencia disminuye exponencialmente con el contenido de sal hasta alcanzar

aproximadamente 10% (por peso) de la solución. Más allá de esto, la influencia es muy

pequeña.

( . a 20 e C(ohmio—m)

O 5 10 15

Porcentaje de la concentración Porcentaje de sales disueltas

0.02 0.06 0.140.04 0.10 0.16

Fig. 2.3 Influencia del contenido de sales

Granulometría/Compactación/Densidad: Todos estos factores influyen en la

conductividad del terreno. En general,

La resistividad se ve afectada por el grado de compactación del suelo,

disminuyendo al aumentar éste factor.

Entre más denso es el suelo, es decir, mas pequeño el tamaño de la partícula, la

resistividad es menor.

Sin embargo, todo esto es cierto si el suelo es poroso al agua (influye el volumen,

disposición y distribución de los poros) y tenga la habilidad en retener la humedad.

2.1.1.2 INFLUENCIAS DEL FACTOR ELECTRODO

Las variables a considerar incluye las dimensiones (longitud, diámetro), su forma,

63

disposición de la toma de tierra (vertical o horizontal) y material utilizado para la

fabricación.

El electrodo de aterrizaje puede ser una varilla, un cable, una tubería, una placa o

cualquier pieza metálica. Así mismo estos pueden ser de material de cobre, hierro

galvanizado, acero revestido de cobre u otro material resistentes a la corrosión.

La varilla es la forma más común, cuyo valor de resistencia de aterrizaje depende de su

longitud y diámetro. La figura 2.4 ilustra la influencia de estos factores sobre un

electrodo embebido en suelos con resistividad de 100 Q-m. A medida que la longitud de

la varilla crece, el cambio de la resistencia decrece. Parece que las varillas de más de

10 pies (3 m) son un desperdicio, cuando no existe suficiente humedad presente a lo

largo del año.

R(Ohrnios)

160--

R(0hmias)..0

9

7 --

120--1 Varilla de 1 pulgada en 6suelo de 100 ohm—metro

5

40--

A una profundidad de4 a 6 pies

/>• 100 ohm—metro

2 4 6 8 10Profundidad (pies)

100 200 300 400 500Longitud (pies)

a) Resistencia de aterrizaje en b) Resistencia de aterrizajefunción de la longitud de la varrilla de conductores horizontales

Fig. 2.4 Influencia de las características del electrodo

El uso de varillas múltiples disminuye el valor de la resistencia de tierra, pero se debe

tener cuidado y asegurarse que no hay traslapes significativos entre sus hemisferios de

interface, pues producirá una pérdida proporcional en la efectividad de interface como

electrodo de aterrizaje (Fig. 2.1.b). Entre más largo es el electrodo, mayor es el diámetro

de su HI.

64

Para cables enterrados horizontalmente, la figura 2.4.b presenta algunos valores

estimados de la resistencia que puede alcanzarse para varias longitudes y diámetros. En

esta situación la resistencia es sensible a la distancia entre mayor es la misma menor

resistencia y mayor contacto con el suelo. Si esta embebido a una profundidad de entre

1 a 2.5 m se logra mejores resultados.

Luego del análisis efectuado, se puede llegar a las siguientes conclusiones:

Claramente se vé que p es una magnitud variable y su valor disminuye

principalmente por la influencia de la temperatura, humedad y el contenido de

sales solubles, tal como puede verse en los datos presentados en las figuras 2.2 y

2.3. Los tres factores varían con el clima, época del año, naturaleza del suelo y la

profundidad considerada.

Cuanto menor es la resistividad, mejor resulta el terreno para la instalación de una

toma de tierra. Por esta razón, el electrodo se entierra hasta una profundidad

suficiente para encontrar un terreno húmedo y, por lo tanto buen conductor.

El suelo dentro del HI no puede ser considerado como una capa homogénea, en

la realidad los suelos son heterogéneos y el camino aceptable para conocer su valor

consistirá en realizar medidas en el área con la ayuda del método Wenner.

La resistencia de aterrizaje depende de la resistencia especifica del suelo y de las

dimensiones y disposición del electrodo. La longitud del electrodo tiene una

importancia mayor que su sección.

Se debe evitar que los electrodos de tierra se sitúen en la capa de congelamiento

del terreno. Para ello, en áreas con peligros de heladas los electrodos se enterrarán

a una profundidad que no alcance esa temperatura. Para suelos permanentemente

congelados (permafrost) es una situación específica que requiere de formas

especiales de aterrizaje.

Si se necesita disminuir los valores de p se puede realizar mejoras del suelo.

65

Resulta conveniente tratar los suelos con carbón mineral, soluciones de agua con

sal, etc.

2.1.2 SOLUCIONES PARA LA REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA DEL

TERRENO

En los casos donde los valores medidos comprueban que el p tiene un valor muy alto

y no resulta fácil encontrar terreno adecuado en las proximidades de la instalación, se

puede recurrir a las siguientes alternativas:

a) Mejoría de la resistencia del suelo con electrodos auxiliares

- Aumento del número de electrodos: cuando la resistencia deseada no se puede

alcanzar con una sola varilla, se deben clavar otra u otras conectadas en paralelo, lo

que disminuye el valor de la "resistencia equivalente". Entre más corta la varilla,

mayor el número de varillas que se podrán incluir.

Sin embargo, el obtener valores de resistencia bajos, da como resultado que el

número de picas a instalarse en una área de terreno aumente exponencialmente

llegando a un punto de saturación (límite).

- Aumento de la longitud/diámetro de los electrodos: variando la longitud/diámetro es

posible encontrar una combinación óptima para áreas áridas y suelos secos. Estas

áreas deben ser tratadas con varillas más largas que penetren en el terreno hasta

alcanzar capas más profundas, que normalmente presentan una más baja resistividad

que las presentadas en las capas superficiales. Cabe indicar que el diámetro del

electrodo tiene poca influencia en la resistencia de aterrizaje, comparado con su

longitud.

b) Modificación de la composición química del terreno

- Mejoramiento del suelo: es el proceso de cambiar una porción del suelo existente (de

66

alta resistividad) con un suelo más conductivo. Para ser efectivo este procedimiento

el nuevo suelo se ubica alrededor del electrodo y dentro del HI. A mayor porcentaje

de suelo reemplazado, menor es la resistencia de aterrizaje que se logra.

En nuestro país se recomienda colocar chocoto (tierra orgánica) o arcilla tipo

bentonita para reemplazar los suelos inmediatamente circundante al electrodo,, cuya

resistividad es aproximadamente de 2.5 fi-m que es razonablemente conductiva dado

su contenido mineral.

En otros casos los hoyos se rellenan con el producto denominado GAF, éste tiene

una resistividad de 0.8 fi-m. En la figura 2.5.a se muestra como se prepara el suelo

para obtener una menor resistencia.

X)0o| piedra

Tierra

0.5mChem—Rod

Grava o 0.2m

ent'

apisonada / /

Chocoto o í / /

Carcasa deprotección

\o

Productoquímico

\//1 j j J salida mezclA. / ,/ salina

b)

Fig. 2.5 Preparación del suelo para el aterrizaje del- electrodo

Tratamiento químico con electrólito del terreno: la obtención de una buena resistencia

de tierra siempre es un problema en suelos de pobre conductividad eléctrica. En estas

situaciones críticas se recomienda la aplicación de elementos químicos para

acondicionar el suelo contenido en el volumen HI a fin de disminuir la resistencia

de contacto con la tierra.

El método (Fig. 2.5.b) consiste en disolver en la humedad natural del terreno

67

sustancias químicas (sulfato de magnesio, sulfato de cobre, cloruro de sodio) a partir

de una cierta profundidad. Estas sales metálicas forman un electrólito alrededor del

electrodo. La aplicación de esos productos se efectúa en una solución con agua y

debido al carácter venenoso de su mezcla (en los dos primeros)., su manipulación

debe efectuarse con mucho cuidado, evitando inhalar los vapores que salen de sus

soluciones.

Desafortunadamente, una mezcla manual de sal con el suelo se deteriora rápidamente

con el tiempo, después de más o menos un año, su resistividad regresa casi a su valor

original.

- Acondicionamiento automático del terreno a través de varillas químicas (Chem-Rod):

se trata de un tubo de cobre, con sales minerales que se distribuyen a lo largo de la

longitud del electrodo (Fig. 2.5.c). Las sales contenidas en el electrodo se filtran

acondicionando químicamente un gran volumen de terreno; como resultado se logra

una reducción en la resistividad del suelo siempre que haya suficiente humedad. Pero

le toma tiempo (unas pocas semanas) para que las sales se disuelvan y se conduzcan

a través del suelo dentro del hemisferio de interface.

2.1.3 TIPOS DE TOMAS DE TIERRA

Toma de tierra superficial: Son varillas, barras o cables enterrados a una profundidad

comprendida entre 0.5 m y 1 m, cuya resistencia depende del contenido en humedad

de las capas superiores del terreno y puede estar dispuesta en forma radial, anular

(bucle) o mallada.

La toma de tierra radial debe poseer igual número de divisiones., el ángulo entre dos

radios contiguos, no debe ser menor a 60 grados, debido a que menores distancias no

es recomendado por la interferencia mutua. También puede constituirse un excelente

electrodo de toma de tierra un conductor que se cierra sobre si mismo para formar un

bucle rectangular, circular (Fig. 2.6).

68

La red mallada de conductores enterrados es la más común, esta se compone de cable

de cobre, desnudo de 50 mnr de sección (como mínimo), enterrado a una profundidad

de 0.4 a l m o hasta que se encuentre una tierra de baja resistividad y manteniendo una

separación entre conductores de 2 a 6 m. La longitud del mayor lado de la superficie

enmallada, no debe sobrepasar los 20 m.

/ / / / 7

Toma de tierra Toma de tierra Toma de tierra Toma de tierraradial anular(bucle) en malla-extrella en malla

Fig. 2.6 Tomas horizontales

Toma de tierra verticales: Son picas hincadas en el terreno verticalmente a una

profundidad no menor a los 2 m, es posible alcanzar mayores profundidades,

empalmando una a continuación de otra, lo que requerirá de andamios para el hincado.

Las tomas verticales se realizan a partir de tubos, varillas, barras u otros perfiles de

acero. La longitud y el número necesario de éstas depende de la resistencia de tierra

deseada.

Sin embargo, para mantener dentro de los límites aceptables la influencia eléctrica que

mutuamente puedan ejercer dos electrodos contiguos es recomendable mantener tina

separación mínima a dos veces la longitud del electrodo y en electrodos de plancha o

placa, dicha distancia no será menor al triple de la dimensión máxima de la placa (unos

3 m).

69

Los electrodos de plancha se recomienda solamente cuando la resistividad del suelo es

reducida (tierra vegetal) y de profundidad considerable. Estos electrodos se introducen

en forma vertical u/o horizontal en la tierra, generalmente se utiliza placas de 0,5 x 1

m; o 1 x 1 m, ya sea de cobre o de acero. El canto superior de la superficie de la placa

se colocara a 1 m por debajo de la superficie de la tierra; como mínimo.

Se recomienda que los electrodos deben enterrase en lugares no expuestos a las heladas

y que no lleguen a secarse totalmente, ya que por estas causas la resistencia puede variar

notablemente.

Varilla Placa o Plancha

O O

L >/ 2H

Simple En grupo Vertical Horizontal

Fig. 2.7 Tomas verticales

Tomas de tierra naturales: Son aquellas piezas metálicas en contacto con la tierra o

a través del hormigón, cuya finalidad original no era la de una puesta a tierra, pero que

se utiliza como tal. Como tomas de tierra naturales se puede utilizar:

- Armaduras metálicas de hormigón en el terreno.

- Envolturas metálicas de cables de telecomunicaciones subterráneos. Este método de

puesta a tierra no es recomendable; sino, como una solución temporal y en todo caso

se debe realizar un chequeo y medición para asegurar que existe continuidad.

Red de tuberías metálicas de la conducción de agua.

70

- Otras partes estructurales subterráneas apropiadas, tales como columnas, piezas

metálicas del edificio, etc.

Las tomas de tierra tanto naturales como artificiales pueden ser:

Sencillas: si son constituidas por un solo electrodo.

Múltiples: Si son realizadas por la unión de más de dos tomas simples, del mismo

tipo.

Combinada: Si están constituidas por la unión de más de dos tomas simples y de

diferente tipo.

En la práctica, las formas más comunes de realizar un sistema de puesta a tierra son:

varilla sencilla, malla o una combinación malla-varilla. La aplicación de uno de estos

depende de los criterios adoptado por el proyectista. En centrales telefónicas, la

composición más usada es una variante del sistema malla-varilla para obtener resistencias

de tierra que se encuentren alrededor de los 5 ohmios.

2.1.4 RECOMENDACIONES SOBRE LOS ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN

LAS INSTALACIONES DE P.A.T.

Líneas de tierra: Dentro de las recomendaciones que se encuentran en las normas, se

pueden establecer las siguientes [Ref. 7 y 22]:

- Las líneas de tierra tendrán una resistencia mecánica adecuada y estarán protegidos

contra la corrosión. Así, los metales más utilizados son el cobre y el acero

galvanizado, todos ellos resisten a la corrosión.

- Su sección será tal, que la máxima corriente de defecto que pueda producirse en

cualquier punto de la instalación no lleve estos conductores a una temperatura

cercana a la fusión, ni poner en peligro los empalmes o conexiones.

De cualquier forma, la sección mínima será de 25 mm2 para el cobre y 50 mm2 para

71

el acero.

- El recorrido de los conductores de las líneas de tierra será lo más corto posible,

evitando trazados bruscos y curvas de poco radio. De forma general, se recomienda

que sean conductores desnudos instalados al exterior de forma visible.

- En las líneas de tierra está prohibido intercalar interruptores fusibles, etc. Solamente

se permite instalar un dispositivo de corte en los puntos de p.a.t, de forma que

permita medir la resistencia de la toma de tierra, cuando esta operación sea necesaria,

- En la red de conexiones de los elementos constitutivos de la p.a.t. no debe existir la

posibilidad de interrumpir la continuidad de la línea de tierra.

Tomas de tierra: Se pueden señalar las siguientes recomendaciones [Ref. 7 y 22]:

- Las tomas de tierra estarán formados por materiales metálicos en forma de varillas,

cables, chapas/que presenten una resistencia elevada a la corrosión, tales como el

cobre y el acero debidamente protegido.

las secciones mínimas de los electrodos se ajustarán a las especificaciones siguientes:

a) Las picas son electrodos que se fabrican de:

Cobre o acero recubierto de cobre, no serán de un diámetro inferior a 14 mm. Los

de acero sin recubrir no tendrán diámetro inferior a 20 mm.

Los tubos de acero con revestimiento de zinc no serán de un diámetro inferior a 30

mm, ni de un espesor de pared inferior a 3 mm.

b) Los conductores enterrados pueden estar constituidos en forma de varilla, cable o

pletina, deberán tener una sección de 50 mm2 como mínimo para el cobre y 100 mm2

para el acero. Está prohibido el uso de cables formado por alambres menores de 2

mm de diámetro los de cobre y 3 mm los de acero.

c) Para las placas o chapas enterradas se establece que si es cobre tendrán un espesor

• 72

mínimo de 2 mm y si son de acero habrá de ser de 3 rnm. En todos los casos, la

superficie total de la placa ha de ser, como mínimo de 0.5 m2.

A continuación se recopilan todos estos valores en la tabla 2.2.

TIPO DE ELECTRODO

PICAS

CO

ND

UC

TO

RE

SE

NT

ER

RA

DO

S

Varillaso barras

Tubos

Varillaso barras

Cable

Pletina

PLACAS 0CHAPAS-

REPRESENTACIÓNrÍT

i(J 0 Id

// /" /• r r r r r rr v

í Ü-</

<L¿ _¡Lex* /T\ ^

Naturaleza Di&metro Espesor Secciónd (mm) e (mm) s(mm d )

Cobre y acero ^ ... 1t-i\.- ! /n 5-14 154recubierto/Cu

Acero sin 2Q _ gi4

recubrir

Cobre £8

Acera ^ 11,3

Cobre ;> 2 — ^ 50(Cu)

Acero ^3 — >100(Ac)

Cobre £ 2

Acero ^ 3

Cobre ^1 £ 2b(Cu)

Acero >3 >50(Ac)

Tabla 2.2 Secciones mínimas para los electrodos

2.2 MEDICIONES Y PRUEBAS DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EN

QUITO-CENTRO

Es necesario primero conocer el comportamiento del terreno con relación a la forma en

que se propagan las líneas de corriente en el interior del suelo y las superficies

equipotenciales que alrededor de las tomas de tierra se generan, conceptos fundamentales

en que se apoyan los métodos utilizados para realizar las mediciones.

73

2.2.1 DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTES Y POTENCIALES EN SUELO

HOMOGÉNEO

Si se inyecta una comente I en terreno homogéneo a través de un electrodo, las líneas

de corriente se esparcirán radialmente en todas las direcciones. Si se mide la caída de

tensión entre el electrodo de tierra y puntos determinados alrededor de él, con un

voltímetro y un electrodo auxiliar y llevamos a un gráfico los valores medidos, se

determina que las superficies equipotenciales son semiesferas concéntricas en torno al

electrodo y cuyas intersecciones con la superficie del suelo., tendrán forma circular. La

figura 2.8 indica los resultados de las medidas efectuadas en la zona próxima a un

electrodo tipo varilla; en la parte superior se ha representado en forma de círculos y en

2.8.b, por el sistema de coordenadas rectangulares.

Superficiesequipotenciales

Fig. 2.8 Reparto de corrientes y potenciales

De lo que se deduce que la caída de tensión entre dos puntos (A? B) es mayor en la zona

próxima al electrodo y disminuye a medida que aumenta la distancia radial desde la

toma de tierra; a unos 20 m del referido electrodo, resulta inapreciable. La consecuencia

de esto es que se produce un embudo o cono de tensión en los puntos situados

alrededor del electrodo de tierra (Fig. 2.8.b).

Considerando el sistema presentado en la figura 2.9, donde dos electrodos de tierra A

74

y B son colocados a una distancia d y entre ellos se aplica una tensión V, en torno de

cada electrodo, por el interior del terreno se forman superficies semiesféricas

equipotenciales y el perfil resultante de la curva de potencial,, es el obtenido al

superponer los potenciales individuales correspondientes a A y B, bajo la circulación de

las corrientes I y -I respectivamente.

Superficiesequipotenciales A

RegiónZona estable del Zona

variable potencial variable ,.! IB

_j ¡Trayectoria de

Contribuciónelectrodo A

Contribución.electrodo B

Fig. 2.9 Reparto de los potenciales entre dos puntos

La distancia entre estas superficies es tal que a medida que nos alejamos de un electrodo

para el otro, las variaciones de tensión son menores, habiendo una región entre estas

tomas de tierra, donde el potencial es aproximadamente constante (casi horizontal),

localizado aproximadamente en la mitad de la distancia d.

Es evidente por lo tanto, que la distancia AB debe ser suficientemente grande con

respecto a las dimensiones de los electrodos, de modo que exista una zona de tierra de

referencia; es decir, no presente tensiones apreciables entre dos puntos cualesquiera de

dicha zona (puntos M y N de la figura 2.9). Así mismo cada valor de resistencia

encontrada en línea recta entre los electrodos irá variando en función de la distancia y

es obtenida según la ley de Ohm:

75

R = AV / I [2.2]

2.2.2 MÉTODOS PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La medida de la resistencia del suelo es un medio práctico para evaluar las condiciones

de una instalación de puesta a tierra, ya que, según la profundidad elegida se determina

el arreglo de los electrodos de tierra que mejores resultados técnicos-económicos

proporcione. Es fácil concluir que el valor más bajo posible de p es deseable para una

protección más eficiente.

Como se conoce la resistividad de cualquier tipo de terreno varía con el contenido de

humedad y la temperatura, con estas condiciones las medidas realizadas variarán

dependiendo de la época del año, por lo tanto para asegurar una buena aproximación real

se debe efectuar varias medidas.

Para conocer la resistividad del suelo, está se evalúa en forma indirecta, por medio de

la medición de un valor R de resistencia de una porción de terreno a una profundidad

adecuada, tomado como muestra. Los métodos de medida de p son de lo más variado;

a continuación presentamos uno de los más empleados en el sector de

telecomunicaciones.

2.2.2.1 MEDICIÓN DE p MEDIANTE UN ELECTRODO DE PRUEBA

Consiste en medir la resistencia de tierra de una varilla, enterrada verticalmente en el

suelo, de dimensiones conocidas que responda a una fórmula para determinar de ahí la

resistividad del terreno que lo rodea. El valor de la resistencia del electrodo se evalúa

mediante el método tradicional de la caída de potencial. En la figura 2.10 muestra el

principio de medición de la resistencia del suelo, para ello se utiliza tres electrodos,

hincados en el terreno. Un electrodo de prueba (T), un electrodo de corriente (C), que

debe estar suficientemente alejado, y un electrodo de potencial (P), que registra la curva

de potencial entre T y C.

76

Una de las expresiones para la resistencia, de una varilla de longitud L (m)3 y diámetro

d (m)3 enterrada en un medio homogéneo de resistividad p es:

R=(p/2.7r.L)xLn[(4.L)/d]

De lo que se deduce: p = (2.7T.R.L) / Ln[(4.L) / d]

[2-3]

[2-4]

T

Electrodo deaterrizaje

t

Puente de

I

d2

\•

i

_ r"3^.

•Pl P 2 » -

di

L

• — \r^p

Electrvoltaj

C

odo de Electr2 corrie

odo dente

Fig. 2.10 Medida de la resistencia del suelo

2.2.2.2 MÉTODO DE LOS CUATRO ELECTRODOS

Considerado el de mayor precisión para la determinación de la resistividad del terreno.

En este método, cuatro pequeños electrodos son enterrados en el suelo a una misma

profundidad H y espaciados simétricamente con respecto al punto O, en línea recta en

los puntos A3 B, C3 D, conforme se indica en la figura 2.11.

Se hace circular una corriente I de prueba con ayuda de un generador, entre los

electrodos extremos (A y B), se considera el terreno homogéneo en todas las direcciones.

Midiéndose un valor de tensión V que existe entre los electrodos intermedios (C y D).

La relación V/I da la resistencia del terreno a una profundidad h, este valor R es usado

para calcular la resistividad p con el auxilio de la siguiente expresión.

p = 7r.[(x2 - a2) / 4a] x [(Ve - Vd) /1] [2.5]

= 7r.[(x2- a2)/4a] x R

77

[2.6]

A

Método 1

Método 2

Puente demedición

I

Electrodo decorriente

/VJ^-^YV"r

x/2

E

/

/— -

••P1P2*

.ectrodo devoltaje

' 0 \

a/a

L

a/a

L

Electrodo decorriente

\

x/a

L

B

Fig. 2.11 Método de los 4 electrodos y de Wennert

2.2.2.3 MÉTODO DE WENNER

Se tiene la misma configuración descrita en la figura 2.11, los cuatro electrodos se

colocan en línea recta a intervalos iguales (L), dispuestos simétricamente con respecto

al punto O en el que se desea medir la resistividad.

En esta condiciones, la fórmula [2.6] queda simplicada en:

p = 2.7T.L.R [2.7]

Puesto que el suelo raramente es homogéneo, realmente este método expresa la

resistividad aparente de las capas existentes en el suelo bajo el punto O.

De los resultados experimentales se recomienda que la profundidad H de los electrodos

no sobrepase el un veinteavo de la distancia L (H = L/20); otra consideración es que en

la práctica, se puede admitir que la profundidad efectiva de penetración de la densidad

de comente h en el suelo esta comprendida entre: 1/3 o 3/4 de L, por lo tanto, la

corriente penetra más profundamente cuando más alejados estén los electrodos de

78

inyección.

2.2.2.4 PLANO PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD p

La experiencia a demostrado que para determinar un valor real de p, es aconsejable

efectuar más de una medida de la resistencia de tierra R a una misma profundidad y en

zonas diferentes dentro del terreno tomado como muestra. También es necesario en lo

posible efectuar dicha medición en tiempo seco, tratando de-reproducir las condiciones

más desfavorables del terreno.

Según estudios realizados por LEC (Lightning Eliminator & Consultarás, INC.) se ha

probado que el uso de suelo profundo y varillas, largas no es efectivo desde el punto de

vista de costos. Por lo tanto se recomienda que se considere suelos no más de 3 m de

profundidad, esto simplifica el proceso de medición.

La figura 2.12 ilustra un procedimiento que puede ser adoptado para la determinación

de p, en casos de diseños de mallas de tierra de gran extensión. Cada medida debe

realizarse por el método de Wanner y utilizando un Megger industrial (instrumento que

da directamente la lectura en ohmios).

Debe trazarse en el plano del terreno líneas numeradas del 1 al 6 y sus diagonales 7 y

8 que forman una "Matriz de líneas", en cada uno de estas líneas se efectúa la medición

de R a una determinada profundidad y estas lecturas son llevados a la expresión de p.

Para un conjunto de medidas de R a una misma profundidad, el p promedio esta dado

por:

= 2.7T.L.R1

p2(h) = 2.7T.L.R2

pm(h) = 2.7r.L.Rm

- p2(h) + . . . pm(h)] / m [2.8]

Donde: pm(h) Valor enésimo calculado a una profundidad h.

m Enésima línea utilizada en la medición.

L Distancia entre los electrodos.

Rm Valor enésimo de resistencia medida.

79

Fig. 2.12 Diagrama de la matriz de líneas

Debe notarse que la validez de estas medidas implica que el suelo tomado como muestra

no debe estar sujeto a interferencias extrañas que modifiquen sus propiedades, como son

cuerpos metálicos enterrados, o tomas de tierra ya existentes.

Es recomendado para pequeñas áreas de terreno, efectuar 2 medidas como mínimo, con

dos líneas perpendiculares entre sí; no obstante como regla general debe hacerse el

mayor número de medidas, un valor promedio aceptable es de 8 líneas para una

valorización precisa.

Las medidas tomadas se registran en una tabla similar a la ilustrada en la tabla 2.3, esta

facilita visualizar los valores R, y estos deben multiplicarse por el factor K = 2.7T.L, que

permite obtener la resistividad del suelo en la franja comprendida entre la superficie y

la profundidad h=(3/4).L, que se registra en la tercera columna.

80

Registro de medición de la Resistividad

Número de medición

1

2

N

Factor K =

Distancia L =

Lectura del aparato

R(íl)

£ de las p =

PPROMEDIO =

Resistividad del terreno

p=K*R(íl-m)

Tabla 2.3 Registro de la resistividad

Todos los datos previos están basados en la premisa de que el suelo alrededor del

electrodo de aterrizaje es uniforme. Sin embargo, en la realidad eso es normalmente

falso. La norma establece mediciones en por lo menos dos estratos de diferente

resistividad a 3 m. de la superficie y a veces más.

Las medidas de la resistividad obtenidas en este tipo de terrenos es una resistividad

aparente pa. Además, la evolución del valor pa depende de los valores de la distancia L

entre los electrodos de medida, a mayor distancia, la comente penetra más

profundamente en las capas de suelo, si la curva obtenida a través del método Wenner

es decreciente, significa que el subsuelo es mejor conductor que el terreno superficial

e inversamente, para una curva creciente.

2.2.3 MÉTODO PARA MEDIR LA RESISTENCIA DE UNA TOMA A TIERRA

Al evaluar la resistencia de un sistema de aterrizaje debe considerarse que el valor

determinado puede variar en el curso del tiempo debido a la influencia de la humedad

y temperatura del suelo. Cuando el terreno esté húmedo o mojado resultará una menor

resistencia que cuando esté seco. Adicionalmente, el hincado del electrodo involucra un

volumen de tierra (hemisferio de interface) en vez de un punto de contacto; tales factores

81

han de ser considerados en cualquier técnica de medición.

Las mediciones de la resistencia de puesta a tierra requieren de dos electrodos auxiliares,

uno para el retorno de la corriente y otro para la medición del potencial que experimente

la misma. Por otro lado, es necesario que los electrodos deban guardar ciertas distancias

mínimas con respecto al sistema a medir (tabla 2.4), puesto que cualquier medida que

resulte de poner un electrodo de medición dentro de la zona HI de la toma de tierra, o

dentro del HI de otro electrodo de medición, producirá lecturas falsas.

2.2.3.1 MÉTODO DE LA CAÍDA DE POTENCIAL

Para determinar la resistencia de puesta a tierra se utiliza el método de la "Caída de

Potencial" o de "Tres Puntos". El arreglo para la medición se indica en la figura 2.13,

donde la resistencia de tierra a ser medida esta ubicada en el punto T5 se dispone además

de dos electrodos auxiliares P y C; entre los puntos T y C se inyecta una comente I de

valor conocido y se mide la diferencia de potencial V entre los puntos T y P. Bajo estas

condiciones, el valor del cociente AV/I3 proporciona la resistencia de tierra del electrodo

T.

a)

/^ ^

P"l Pd2 • | ,

I I

• P"

di

-c

U(xH

_to"oc

_Jo

cu

Ohms í Curva con IInteracción/

sj

V N § «* Rb) S?

Oí

Cl

Distribución de laCurva de Potencialen el terreno

C2

Resistenciaverdadera

Distanciaentre T-P

Fig. 2.13 Proceso para evaluar R

82

Para obtener una medición satisfactoria, hay que introducir el electrodo de corriente C

a una distancia di suficientemente alejada de T para poder despreciar la interacción

mutua entre los dos electrodos, y el electrodo de potencial P se ha de encontrar en un

punto de distancia d2 en que la elevación de potencial V sea despreciable (parte

horizontal de la curva de potencial). El resultado de la medida es, entonces,

prácticamente independiente de la posición de los electrodos. Para asegurar una medida

real, en la práctica la distancia d2 es igual al 62 % de la existente entre T y C [Ref. 10].

La curva de trazos (Fig. 2.23 .b) muestra el efecto de una distancia reducida entre T y

C.

Ejecución Distancia d2 Distancia di

Para electrodos individuales de longitud L a) 0.62 x di 10 veces L

b) 20 m 40 m

c) 0.625 x di > 2.2 x L

Para sistemas de varillas (múltiples) 0.625 x di > 5 x D

Para sistema de malla cuadrado de lado A 0.62 x di 3 0 4 veces A

Para instalaciones de sistemas de tierra 2,5 veces D 5 veces D

(anular, enmallada, etc.)

Tabla 2.4 Distancias mínimas entre electrodos y toma de tierra.

NOTA: D es el diámetro de un círculo con igual área que la ocupada por la instalación de p.a.t.

Eventuales corrientes extrañas que circulen por el terreno no deben influir sobre el

resultado de la medida. Debe, por lo tanto, emplearse corriente alterna con una

frecuencia distinta de la red, situada entre los 85 y 135 Hz, no se utiliza corriente

continua porque provocaría la separación de iones de los compuestos químicos que

constituyen un terreno y esas cargas desarrollan potenciales opuestos, lo que produciría

errores en la medida.

La técnica de medición para determinar la resistencia de aterrizaje se basa en el

establecimiento de un puente de resistencia en la cual el terreno provee dos brazos del

83

puente y el equipo de medición suministra los otros dos brazos. Cuando el puente esta

equilibrado (no fluye corriente alguna por el electrodo de voltaje)., proporcionando una

lectura directa de la resistencia de la toma de tierra.

Cabe indicar, que la medida debe realizarse, para este tipo de instalaciones,

preferentemente al final de la estación seca.

2.2.4 MEDICIONES Y PRUEBAS

Es necesario realizar mediciones periódicas, tanto de resistividad del suelo, como de la

resistencia del sistema de aterrizaje, esto permite un conocimiento real de las condiciones

en que se encuentra el sistema de puesta a tierra.

Para efectuar las mediciones y pruebas se debe disponer de los siguientes materiales:

Un instrumento de medida de resistencia de tierra, que posea cuatro bornes.

2 o 4 electrodos auxiliares de dimensiones pequeñas, según sea el caso a medir.

3 o 4 cables aislados para las conexiones entre los electrodos y los bornes del

instrumento. El calibre mínimo a utilizar no debe ser menor al # 18 AWG.

Se utiliza con más frecuencia el método Wenner y de los tres puntos para determinar los

valores de la resistividad del suelo y de la resistencia de puesta a tierra, respectivamente.

2.2.4.1 PASOS PARA EFECTUAR LA MEDICIÓN DE p

Como queremos medir la resistencia especifica del suelo, se procederá del modo

siguiente:

Seleccionar el lugar más apropiado para la medición.

Efectuar el hincado de los 4 electrodos en línea recta, espaciados uniformemente a

84

una distancia L, a una profundidad H igual a 1/20 de L.

Realizar las conexiones entre el aparato de medida y tomas auxiliares (Fig. 2.11)

a través de conductores en la siguiente secuencia:

- Los electrodos de comente A y B (extremos), se conectan con los bornes de

prueba Cl y C2, del medidor, respectivamente.

- Los electrodos de voltaje C y D (intermedios), se conectan con los bornes de

prueba Pl y P2, del medidor, respectivamente.

Proceder con la medición en toda la zona, según el procedimiento del literal 2.2.2.4.

Estos valores corresponden a la resistencia del suelo en un punto O.

Las lecturas obtenidas se anotan en la tabla 2.3 que, junto con el factor K, permiten

obtener la resistividad aparente del terreno.

2.2.4.2 PASOS PARA EFECTUAR LA MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA

El proceso consiste en:

Saber el tamaño y profundidad de la toma de tierra a ser medida, para estimar el

HI del sistema.

Encontrar la mejor área circundante adecuada para el trabajo de medición.

Proceder a determinar las distancias mínimas di y d2, para no falsear los resultados

de conformidad a la tabla 2.4.

Clavar los electrodos P y C en línea recta según las distancias recomendadas.

Realizar las conexiones de las tomas T, P, C, con los bornes de prueba Cl, P1/P2

85

puenteados, C2 del instrumento de medida respectivamente, como se muestra en la

figura 2.10. Estos cables deben estirarse a su máxima longitud en línea recta (radial)

desde el punto a ser medido.

Se balancea el puente y se registra la lectura. Se debe por lo menos hacer otras dos

lecturas, variando la distancia d25 una moviéndose hacia el punto T y otro

alejándose de él en la misma cantidad. Con ello se asegura que la medida realizada

sea la correcta, pues si hay un incremento en la resistencia, la estimación es

sospechosa.

2.2.5 MEDICIONES REALIZADAS EN QUITO-CENTRO

a. Resistividad del suelo. Cabe señalar que las mediciones se efectuaron en tiempo seco

(época de verano) y por la tarde, tratando de reproducir las condiciones más

desfavorables, puesto que la resistividad varía con la temperatura y el contenido de

humedad.

En cuanto hace relación al material utilizado, tenemos:

Un Megger industrial de cuatro bornes, proporcionado por la Facultad de Ingeniería

Eléctrica.

4 electrodos de 3/4 de pulgada (19 mm)5 por 0.5 m. de longitud, que cumple con

la recomendación H = 1/20 de L.

4 cables flexibles #14 AWG de 10 m. de longitud para conectar las piquetas a los

bornes del instrumento. Se ha considerado una distancia L igual a 8 m.

La situación de no tener una área extensa de suelo disponible en Quito-Centro significó

un problema; por lo cual se resolvió llevar a cabo el proceso de medición en el

parqueadero del Ilustre Municipio de Quito ubicado en las calles Mejía y Benalcázar

como se ilustra en el croquis de la figura 2.14. El procedimiento para medir la

86

resistividad del suelo se efectuó de acuerdo con los pasos señalados en el numeral

2.2.4.1. Las lecturas obtenidas constan en el cuadro 2.5.

REGISTRO DE QUITO - CENTRO

REGISTRO

# De Línea

1

2

Factor K = 50.26

Distancia L = 8 m

DE MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD

Lectura del Aparato R (íí)

0.55

0.58

£

p

Resistividad del suelo

(Q-m)

27.65

29.15

56.8

28.40

Tabla 2.5 Lecturas de p

Para el estudio que se esta realizando, se adoptó una resistividad aparente de 28.4 Q-m3

que es excelente para una instalación de puesta a tierra. De acuerdo a la guía de la tabla

2.1, corresponde a un terreno de naturaleza Arcilla (suelo orgánico).

Esta resistividad se le considerara tanto superficial como para los diferentes estratos del

subsuelo localizados a 2.5 m. o incluso hasta unos 6 m. de profundidad,

aproximadamente.

b. Resistencia de puesta a tierra. Por la importancia que desde el punto de la seguridad

tiene el sistema de aterrizaje se hace indispensable la revisión y medición de su

resistencia, esto permite comprobar el estado de los electrodos que conforman la toma

de tierra. La verificación del valor de la resistencia se realizó al igual que el de la

resistividad en época de verano, puesto que el suelo se presenta más seco con un menor

contenido de humedad.

Para medir la resistencia actual, se ha requerido del siguiente material:

Un Megger industrial de cuatro bornes, equipo apropiado para tal efecto.

87

2 electrodos auxiliares de 0.5 m. de longitud por 3/4".

2 rollos de cable flexible #14 AWG cuyas longitudes son aproximadamente de 25

m. para el electrodo de corriente y de 19 m. para el electrodo de voltaje conforme

a la tabla 2.4, en la cual se recomienda que la distancia entre el sistema de tierra

bajo medición y la toma C5 de retorno de corriente, se separe unas 10 veces la

longitud del electrodo aterrizado y la ubicación del electrodo P este a 0,62 de tal

distancia, con el fin de obtener lecturas con un mínimo de error.

Un cable adicional #14 AWG para la conexión entre la toma de tierra y el borde

del instrumento de corriente Cl (Fig. 2.10), cuya longitud varía de acuerdo a la

toma a ser medida.

Como se conoce, .actualmente en las instalaciones de Quito-Centro existen 8 puntos de

tomas de tierra instalados en los predios del edificio para el aterrizaje de los diferentes

sistemas, enterrados a 2.5 m. de profundidad.

Una vez realizada la inspección respectiva a las distintas áreas se determinó como más

conveniente tres lugares para el hincado de los electrodos de medición, según consta en

el plano de la planta baja del edificio de la figura 2.15. A continuación, se precedió a

la medición de las resistencias de cada uno de las tomas de acuerdo con los pasos

establecidos en el literal 2.2.4.2.

Cabe señalar que para medir la toma de tierra # 3 (télex) y # 4 (transmisiones), se utilizó

electrodos auxiliares de 1.8 m. x 3/4", debido que el lugar seleccionado para la medición

es pavimento lo que obligo a clavar a una mayor profundidad para poder alcanzar las

capas del suelo. Los resultados de las mediciones se registran en la tabla 2.6.

QUITO-CENTRO

PLANO DE UBICACIÓN PARA LAMEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD

CALLE BENALCAZAR

PARQUEADERO DEL ILUSTREMUNICIPIO DE QUITO

!!<=>

CALLE GARCÍA MORENO

Flg. 2.14

89

L_CALLE CUENCA

Barra a-rALCATEL

Hacia COMAG,QST1. QC4 Ubicación de las tomas

de tierra en Qulto-Centro

Cable por el subsuelo

Cable ascendenteHacia QST2Internac. , i , Malla de tierra

• Puntos de conexión

Barra colectora

Hacía el pa-rarrayom (T1)

Hacia el Eqde Radio

Electrodosde medición1,8 m x 3/4'

de medición0,6 m X 3/4'

CALLE BENALCAZAR

FIg. 2.15

90

REGISTRO DE QUITO - CENTRO

REGISTRO

# Del sistema De

P.A.T.

la

Ib

2

3

4a

4b

. 5

(*)6(**)

DE LA MEDICIÓN DE LA

Descripción

Centrales Analógicas

Centrales Analógicas

ITMC

Télex

Transmisiones

Transmisiones

NEC-ERICSSON-ALCATEL

Libre

Paralelo la//lb

RESISTENCIA

Resistencia de la Malla R

(0)

4.6

1.8

13.1

1.4

1.5

1.5

2.4

108

0.5

Tabla 2.6 Lecturas de la resistencias de las tomas de tierra

NOTA: * Toma de tierra muy antigua la cual está fuera de servicio.

** Son valores medidos fuego de hacer modificaciones al sistema.

Durante las mediciones se tomó la decisión de unir los dos conductores principales de

tierra #la y #lb, y al proceder a su medición, se obtuvo una resistencia equivalente a

0.5 ohmios, que corresponde a un excelente valor de resistencia de puesta a tierra.

En resumen, hay una buena conservación de los electrodos de aterrizaje, así como de los

cables de enlace de las distintas tomas con los puntos de puesta a tierra. En el caso de

la toma de tierra # 2, es necesario una eventual reparación de la misma para lograr

reducir la resistencia a por lo menos unos 5 ohmios. Para esta situación se recomienda

introducir una solución de agua con sal en la superficie de la malla, ya que al estar bajo

pavimento impide que reciba el agua lluvia, con lo cual se mejora la conductividad del

terreno.

c. La humedad del suelo. Para obtener una mejor precisión de los valores medidos, se

sugiere recolectar varias muestras del suelo a 0.5 m. de profundidad y rápidamente poner

en una funda plástica y sellarla. Después debería pesarse, secarse al horno, y pesarse otra

vez. Es una forma de saber el porcentaje del contenido de humedad a fin de determinar

91

el impacto de las estaciones seca y lluviosa en la resistencia del suelo. Por no disponer

de los medios necesarios no se realizo el presente procedimiento.

A manera de información del contenido de humedad del suelo en la zona de Quito-

Centro, se lo puede realizar a partir del gráfico 2,2.a. El resultado obtenido para una

resistividad aparente de 30 Q-m de suelo tipo arcilla, corresponde a una humedad

promedio del 10%.

2.3 SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

PARA TELECOMUNICACIONES

En radio transmisión, la torre de sustentación de las antenas de las estaciones terminales

y repetidoras de los sistemas de telecomunicaciones se localizan en puntos elevados del

terreno a una altura justa para que la línea de vista sobrepase los obstáculos. Esta

condición técnica de transmisión expone a la estación a la incidencia de las descargas

atmosféricas o rayos.

Los rayos transportan grandes cantidades de corriente en tiempos muy cortos, suficientes

para ocasionar graves daños. Para minimizar los efectos de las descargas sobre las

instalaciones es necesario diseñar un sistema de apantallarniento o de protección eficaz

que permita garantizar la continuidad de las transmisiones durante una tormenta eléctrica.

Fundamentalmente el sistema de protección debe establecer un camino fácil para que

estas comentes se encaminen directamente hacia tierra, de modo de reducir sus efectos

sobre las instalaciones. Además de eso, este sistema debe garantizar la protección del

personal dentro de la instalación.

2.3.1 CONCEPTOS BÁSICOS

2.3.1.1 FORMACIÓN DE LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

El origen del rayo no esta bien estudiado, éste es explicado de diferentes maneras, por

92

diversas teorías. El punto común entre todas ellas se basa en la formación de cargas

electrostáticas en las nubes de tormenta o cúmulo-nimbus.

En general, se puede decir que la acumulación de carga eléctrica en las nubes es causada

por el rozamiento de las gotas de lluvia con las corrientes de aire de la atmósfera

(variaciones de presión y temperatura originan grandes turbulencias de aire)., y en menor

grado, por la fragmentación de las gotas grandes de agua en gotas más pequeñas.

Se conoce por estudios experimentales, que las gotas másjigeras adqmerenjuna carga

positiva y las más pesadas se cargan negativamente. Por la acción de las corrientes

ascendentes de aire conducen a las ligeras a mayores alturas y las pesadas permanecen

en la base de la nube de modo que hay una separación eléctrica en el interior de las

nube a manera de un condensador. La diferencia de potencial electrostática originada por

la separación de las cargas eléctricas, es mantenida por la turbulencia de aire interna de

la nube (véase la figura 2.16.a). La concentración de cargas negativas en zonas bajas de

las nubes tiene una probabilidad de formación del 90% y un 10% que pueda ocurrir lo

contrario.

Normalmente, la base de la nube cúmulo-nimbus esta a una altura del orden de los 1000

a 4000 m. En su base se concentra una gran columna de nubes cuyo centro se desarrolla

hasta una altitud de 15 Km, en su interior existen corrientes de aire que pueden alcanzar

velocidades desde los 50 a 120 Krn/h, acarreando gotas de agua y granizo. Sus

aproximaciones son sentidas por un fuerte obscurecimiento del lugar y vientos fuertes.

Estas nubes son las más peligrosas para las instalaciones de telecomunicaciones y son

más frecuentes en regiones calientes y húmedas.

2.3.1.2 DESCARGA DEL RAYO

Estas nubes durante una tormenta son cuerpos eléctricamente cargados suspendidos en

la atmósfera que inducen cargas eléctricas de signo contrario en la superficie de la tierra,

justamente debajo de la nube (si hubiera árboles y estructuras estas también resultarían

93

cargadas) y será aproximadamente del mismo tamaño y forma que ésta. El aire sirve de

aislante entre la nube y el suelo estableciéndose un fuerte campo electrostático entre

ellos. El conjunto nube-tierra serían las dos placas de un condensador que va cargándose

cada vez más, hay un momento que el potencial sobrepasa el valor de la rigidez

dieléctrica del aire (3 x 106 N/C), el aire se vuelve conductor (ionización), en estas

condiciones atmosféricas se establece una descarga eléctrica.

Una descarga atmosférica se inicia con la formación de una pequeña corriente de

ionización a través del canal principal de descarga o guía, éste presenta varias

ramificaciones que avanzan rápidamente hacia tierra, y la mayoría de estos ramales son

atraídos por las cargas positivas inducidas en la superficie del suelo (Fig. 2.16.b).

Cuando el canal del rayo alcanza el suelo, una intensa luminosidad es observada viajar

hacia arriba, con dirección a la nube y a lo largo de los ramales. La bajada y el retorno

de impacto del canal principal completa la parte visible de la descarga.

a) Distribución típica de cargasen las nubes y en la tierra

b) El canal avaazandohacia tierra

Fig. 2.16 Comportamiento de los rayos

Los rayos puede producirse entre la nube y la tierra, como hemos visto antes, o, bien,

entre dos nubes, Cuando una de estas nubes está cargada menos negativamente que la

otra. En ambos casos, el rayo se acompaña de fenómenos sonoros (trueno) y luminosos

(relámpago).

94

Es más probable una descarga en puntos más elevados y, dentro de éstos, los extremos

más agudos: los árboles más altos, torres, edificios más altos de la ciudad, etc. Por lo

tanto., cuanto mayor sea la proximidad entre estos puntos y la nube mayor posibilidad

existe de una descarga de rayos hacia ellos.

2.3.1.3 PODER DE LAS PUNTAS

Cuando una nube de tormenta, con carga negativa, pasa por un edificio, se induce en el

techo de éste cargas positivas. Existe entonces el peligro que se produzca una descarga

entre la nube y el edificio, pero cuando hay una barra metálica encima de éste, las cargas

positivas se concentran en él y con ella el campo eléctrico se vuelve muy intenso en las

proximidades de la punta; este fenómeno es conocido como "poder de las puntas".

Es fácil comprender entonces que en la porción puntiaguda, el valor de la rigidez

dieléctrica del aire será sobrepasado antes de que esto ocurra en las demás regiones. De

modo que el aire que esta a su alrededor se ioniza, volviéndose conductor, y haciendo

que la descarga eléctrica sea captada y pase a tierra a través de dicha punta.

La corriente de cargas positivas que se forma sobre la punta afilada, constituye una carga

espacial o corona, este puede subir hasta la nube por acción del campo eléctrico y del

viento, neutralizando así sus cargas negativas, reduciendo la tensión eléctrica formada

entre el suelo y la nube a niveles inferiores de potencial para la formación del rayo; de

ahí, que el poder de las puntas encuentra su aplicación en la construcción de los

pararrayos.

2.3.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS Y SUS EFECTOS

El rayo tiene la capacidad de generar transitorios de corriente y de voltaje elevados de

hasta 600 millones de voltios y de 10 a 200 mil amperios. Además, es posible tener una

secuencia de varios impactos bajo el mismo canal, esto ocurre cuando canales

secundarios inmediatos al principal siguen la ruta trazada por éste, se ha observado hasta

95

16 descargas provenientes del desarrollo de un solo rayo.

La energía promedio liberada en una descarga es de 55 KWh. El peligro de la descarga

se sitúa en el factor tiempo, ya que, toda la energía se disipa en 100 a 300 /xs y la

corriente pico de descarga es alcanzado en solo 1 a 2 /zs.

Todos estos parámetros dificultan el control de los rayos, para ello únicamente se

dispone de elementos de atracción y de medios de transporte para conducirlos hacia

colectores de tierra a fin de asegurar su disipación en el suelo.

Un impacto directo del rayo sobre la instalación, causaría destrozos grandes, seguidas

muchas veces de incendios. Para estimar los potenciales desarrollados durante una

descarga, podemos analizar la siguiente situación: un equipo con carcasa metálica, sujeto

a una descarga directa de un rayo con una corriente (Id) de 10 KA, si la resistencia (R)

presentada por la carcasa es de 0.5 fi y que se encuentra con conexión a tierra, por un

conductor de resistencia despreciable; de esta forma la tensión en la carcasa del equipo

está dada por: AV = Id x R - 10000 x 0.5 = 5 KV. Esta tensión es suficiente para

provocar la destrucción de la instalación, tratándose de personas que eventualmente

estuviese en contacto con la carcasa del equipo, el efecto de la descarga es la muerte

instantánea.

Para las instalaciones que reciben energía comercial a través de una línea de transmisión

aérea, como en el caso de las estaciones terminales y repetidoras, los efectos de las

descargas eléctricas pueden afectar a la instalación a través de la red. En este caso la

caída del rayo sobre la línea de transmisión, provoca una caída de tensión que se

propaga en ambas direcciones de la línea y como la instalación o transformador reductor

se encuentra en los terminales de esta línea, resulta afectada.

Otro efecto causado sobre las instalaciones es cuando un rayo cae cerca de las líneas de

transmisión o de señal, el campo electromagnético radiado por la corriente del rayo, se

acopla en los conductores e induce en ellos voltajes transitorios altos. Por ejemplo en

96

una línea de transmisión a 2 millas del lugar del impacto se pueden inducir sobrevoltajes

de 20 KV, resultando un potencial capaz de dañar equipos electrónicos.

2.3.2 COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN

Las estaciones de telecomunicaciones instaladas a la intemperie, junto con las antenas,

torres de sustentación y demás equipos localizados en sus predios son las más expuestas

a un ataque directo del rayo, de tal forma que, para proteger las instalaciones, hay que

proveer de elementos y dispositivos para que la descarga se encamine a tierra sin

atravesar dichas partes, es decir, ofrecer al rayo un camino más fácil que cualquier otro.

En las instalaciones de telecomunicaciones, el sistema de protección contra rayos, consta

de tres componentes básicos:

Elementos protectores o terminales de aire contra descargas atmosféricas directas.

Conductores descendentes o cables de conexión entre los elementos de captación y

la toma de tierra.

Y las tomas de puesta a tierra.

2.3.2.1 EL ELEMENTO PROTECTOR

El elemento protector debe captar los trazos de las descargas de los rayos de preferencia

de las partes vulnerables de la instalación protegida.

Los pararrayos o captores: son terminales de aire usados para la protección de las

instalaciones contra las descargas eléctricas directas. Este crea una región ionizada

alrededor suyo para poder interceptar la descarga del rayo sobre sí y por tanto absorbe

la corriente de descarga y la encamina hacia tierra.

El pararrayos debe colocarse en el punto más alto del lugar que se va a proteger. La

acción protectora del dispositivo es una zona incluida dentro de un cono, cuyo vértice

97

está en la punta del pararrayo y que tiene por base un círculo de radio igual al doble de

la altura del pararrayos., este valor no es muy cierto, pues han dado resultados poco

satisfactorios, más adelante haremos un estudio más detallados de las zonas de

protección. Se puede requerir más de un terminal para los casos de protección de áreas

grandes, sin necesidad de elevar demasiado la altura de la estructura. El sistema se

conecta a tierra mediante varios colectores (cables de cobre desnudos) distribuidos

alrededor del predio que normalmente termina en una toma de tierra.

El tradicional pararrayos, conocido también como varilla Franklin consiste básicamente

de una o varias puntas verticales destinada a la recepción del rayo. La punta debe ser de

material conductivo, actualmente se construyen las puntas del pararrayos empleando

tungsteno. El resto del terminal se fabrica de hierro o acero galvanizado, la longitud total

del terminal está comprendida entre 0.5 a 2 m. y su sección no debe ser inferior a 500

mm2 en la base del pararrayos.

Los pararrayos autoválvula o descargadores: son usados para proteger los equipos

contra las sobretensiones que llegan hasta la estación por la red de energía comercial.

Los daños ocasionados por las tormentas tiene su origen principalmente en las tensiones

transitorias que se establecen en las líneas aéreas de distribución eléctrica y/o de señal,

ya sea en el caso de una descarga directa sobre la red o de una descarga en la

proximidad de la misma, originando sobretensiones que se transmiten a través de las

líneas hacia las instalaciones internas.

Los descargadores son dispositivos destinados a derivar a tierra los transitorios

producidos por las descargas atmosféricas, es decir, actúa como limitador de

sobretensiones obteniendo valores que resulten admisibles para las instalaciones de

telecomunicaciones. Los lugares más apropiados para la instalación de los descargadores

son los extremos de líneas largas y también en los puntos de derivación. Estos

dispositivos contienen como elemento principal un disco de resistencia calculada a la

tensión nominal de servicio, cuyo objetivo es ofrecer una gran resistencia a las corrientes

98

débiles y una muy reducida, a las corrientes elevadas, lo que permite de una forma

segura el paso de comente entre la línea de energía y tierra, al establecerse una tensión

peligrosa originada por un rayo.

2.3.2.2 EL CONDUCTOR DESCENDENTE

El conductor descendente permite transportar las corrientes de descarga a tierra, sin el

peligro.de una descarga lateral o electrificación del edificio. El término, descarga lateral,

es utilizado para describir la parte de la descarga que se escapa del conductor

descendente y salta hacia objetos cercanos.

Para entender el valor técnico del cable, es necesario primeramente revisar los problemas

asociados con éste. Todo conductor presenta una impedancia., que da lugar al

desarrollado de caídas de tensión elevadas durante una descarga, de valor:

V = LR + L.(di/dt) [2.9]

El valor de la inductancia se estima en 1.6 ¿iH/m que es bastante pequeño. Sin embargo

la amplitud de la corriente de descarga aumenta a razón de 1010 A/seg.; el efecto de la

inductancia viene a dominar. Por ejemplo un cable de cobre de 35 mnrde sección, de

resistencia de 7x10"4 0/m. Según la tabla 2.7 para una probabilidad de descarga del 50%

se tiene una comente pico de 30 KA y una (di/dt)máx de 25 GA/s; la caída de voltaje

será:

V = (30000 x 0.0007) + (1.6x10'6 x 25xl09)

V = 40021 Voltios por metro de conductor descendente

Esta tensión es elevada, razón por la cual es preferible instalar múltiples conductores

paralelos independientes (mínimo dos), alejados lo más posible uno de otro, lo que

permite reducir el riesgo de una descarga lateral. De modo similar se utilizan

conductores con aislamiento H. V (high voltage), estos disponen de una envoltura exterior

99

que actúa como una protección hacia los objetos cercanos, por lo tanto el peligro de la

descarga lateral es virtualmente eliminada y permite incluso en el recorrido del cable

empotrarse en las paredes. Los conductores descendentes deben montarse de manera que

sigan una trayectoria lo más continua, vertical y más directa que sea posible, evitando

los caminos bruscos de dirección (ángulos rectos) y haciendo que sean siempre

descendentes.

Los efectos que ocurren a través de los conductores desnudos durante el proceso de la

descarga se indica en la figura 2.17, donde se observa las condiciones eléctricas antes

de la descarga y durante la transferencia de las cargas a tierra. Se ve además como la

varilla súbitamente alcanza una polaridad opuesta a la del suelo, esto produce un intenso

campo eléctrico entre la varilla, el conductor descendente y el edificio. Aquello

incrementa el riesgo de una descarga lateral.

espacial

D DD DD D

Aislamiento que +minimiza el escapede la corriente

_ Campo eléctrico intensoincrementa el riesgo de "*

_ una descarga lateral

ISO V\e V

///

Núcleo de/cobre

K

.

'/////

Situación previaa la descarga

Situación durantela descarga

Conductor conaislamiento

Fig. 2.17 Desarrollo de la descarga lateral

El conductor empleado generalmente es de cobre y su sección mínima debe ser de 25

mm2; también puede usarse el aluminio y en este caso su sección mínima ha de ser de

50 mm2. En lo que respecta al cable HV o triax; éste consta de diversas capas de

material dieléctrico (aislamiento primario y secundario) el cual crea una capacitancia

equilibrada entre el núcleo y su envoltura que asegura un aislamiento total frente a

transitorios; su núcleo es de cobre con una sección de por lo menos 50 mm2.

101

de la instalación a ser protegidas. Esta interconexión con el sistema de malla, se efectúa

mediante el auxilio de barras de distribución de tierra.

LEYENDA

[•] Caja de conexión

• Varilla de cobre

_Cable de Cobredesnudo

Fig. 2.18 Sistema de malla de tierra

2.3.3 ZONAS DE PROTECCIÓN DEL TERMINAL DE AIRE

Un factor importante para determinar la ubicación del terminal de aire es el concepto de

zona de protección contra rayos. Generalmente, se asume que la zona de protección es

cónica o cilindrica, la base del cono o cilindro es un círculo, cuyo radio depende de la

altura del pararrayos y de las experiencias observadas. Esta propiedad indica que las

descargas del rayo que debieran ocurrir dentro del área protegida, son "atraídas" hacia

el pararrayos.

A través del tiempo se ha ido modificando las zonas de protección en principio el radio

de la base era igual a 2 veces la altura, en ediciones posteriores se redujo a 1.75 h

debido a informes de rendimiento insatisfactorios, posteriormente se adoptó la relación

r = 1.5 h, pero siempre no ha de ser confiable.

Una de las primeras teorías para determinar las zonas de protección se basa en el

102

"principio de la distancia corta", evaluado por Walter B. [Ref. 16], asume que el rayo

sale de la base de la nube y "busca" un punto exterior lo más cercano a la superficie de

la tierra (pero esto no es tan cierto). De acuerdo a estas consideraciones la expresión

encontrada para el radio es:

r=V(2.H-h) [2.10]

Siendo: H es la distancia entre la base de la nube y el suelo (2000-4000

metros),

h altura del pararrayos.

Por algunas observaciones directas y fotografías que lo demuestran, el punto desde el

cual el rayo explora un lugar de descarga, no es desde la nube sino mucho más cerca al

punto de impacto.

La solución más aproximada y la que se utiliza actualmente para la determinación y

cálculo de la zona de protección es en base al modelo electrogeométrico que toma en

cuenta el proceso de la descarga a tierra. Este concepto, se aplica en los denominados

métodos de Golde H., Linck H. y Eriksson [Ref. 17, 18, 19], mismos que se detallan en

el capítulo' 3.4.1.

El proceso de la descarga se describe como sigue: se tiene una conducción descendente

de carga negativa que avanza desde la nube hacia tierra a través de una secuencia de

pasos de canal de 50 a 80 m. de longitud, con velocidades de 105 m/s transportando una

cierta cantidad de carga. Como los pasos de canal avanzan hacia abajo se produce un

aumento rápido del campo eléctrico sobre el suelo de preferencia en objetos punteajudos

localizadas a gran altura (poder de las puntas). Cuando el campo eléctrico alcanza un

valor crítico, determinados puntos sobre el terreno originan el lanzamiento de flujos de

corriente ascendente de carga positiva, tal que, el primer flujo que intercepte la punta

del paso del canal más cercano (canal principal o líder) completa el camino de

ionización entre la nube y tierra. La longitud mínima del flujo ascendente para conectar

103

con el canal descendente se la denomina distancia de impacto (Di), distancia crítica

de arqueo (Rs) o radio de atracción (R) de acuerdo al método a utilizar. Una vez

completado el canal o retorno de impacto, este permite la circulación de la corriente.

Cabe indicar que el proceso de unión flujo/canal se realiza en forma probabilística, ya

que cualquier flujo puede llegar a alcanzar la distancia de impacto. Este principio,

constituye la base del modelo electrogeométrico.

La figura 2.19.a. muestra la relación entre la longitud del flujo ascendente y el pico de

comente de descarga posterior.

I descarga Distancia

a) Cruce de los canales b) Ingreso del rayo al"Cono de Protección"

Fig. 2.19 Concepto de zona de protección

Por ejemplo, una descarga de 10 KA permite generar un flujo ascendente desde un punto

del suelo, si alguno de los pasos del canal descendente alcanza o se aproxima a los 40

m. Más allá de esta distancia el canal avanza hacia abajo hasta alcanzar un flujo

producido en algún otro punto del suelo. Esto se observa en la figura 2.19.b., donde el

rayo ingresa al cono de protección de una estructura alta debido a la incapacidad de

emprender un flujo ascendente desde la cima de la estructura.

Una forma de determinar Di (distancia de impacto) es por medio de la curva

recomendada por Golde que se muestra en la figura 2.20, donde relaciona la longitud

del camino ascendente y la corriente pico subsiguiente a la descarga tanto para impulsos

104

de rayos negativos como para impulsos de rayos positivos los cuales son menos

frecuentes.

250

,200

150

100

50

positivo

10 30 50 70 90 110 130 150Magnitud de corriente (KA)

Fig. 2.20 Di en función de la magnitud de corriente del rayo

Por los campos estudiados se indica que hay un grado de correlación entre la carga del

canal de conducción y la corriente pico posterior a la descarga. Una relación empírica

esta dada por;

0.7

Donde:

I = 10.6 x Q'

I es la corriente medida en KA y Q en culombios.

[2.11]

Esta relación puede ser usada para determinar la distancia de unión entre el canal líder

y del flujo ascendente, al aplicar las siguientes expresiones empíricas:

Siendo:

Linck: Rs = 7.1 x I0'75

Eriksson: Di = 10 x I0'65

o bien, Di = 6.7 x I0'8

Di es la distancia de impacto en metros.

Rs es la distancia crítica de arqueo en metros.

[2-12]

[2.13]

[2.14]

105

I es la corriente pico del rayo en KA.

2.3.4 ESTADÍSTICAS DE PROBABILIDAD DE DESCARGA

Cabe mencionar que la corriente de descarga es un parámetro cuyos valores de

intensidad son de carácter probabilístlco, son más probables las comentes de descargas

relativamente débiles y menos probable las de gran intensidad. La norma AS1768-1983

(tabla 2.7) reúne una serie de valores relacionados con la distribución estadística de los

parámetros de las descargas atmosféricas, cuyos datos provienen de las investigaciones

realizadas en diferentes partes del mundo.

Característica de las

Descargas

Número de descargas

Corriente máxima de

la 1° descarga

Duración de descarga

(impulso)

Carga total conducida

Velocidad del 1" rayo

(di/dt)máx

Energía probable deT

impulso J i .dt

99

1

5

50

1

6

102

90

1

12

100

3

10

3xl02

Probabilidad de

75 50

2

20

250

6

15

103

3

30

400

15

20

5x1 03

descarga

25

5

50

600

40

30

3x1 04

10

7

80

900

70

40

105

Unid

1

12

130 KA

1500 ms

200 C

70 GA/s

5xl05 A2.s

Tabla 2.7 Valores característicos de las descargas

Con referencia a la intensidad de la corriente de descarga I la figura 2.21 recoge la curva

de probabilidad de ocurrencia de descargas de una determinada intensidad y la forma

típica de onda de la corriente del rayo según la recomendación AS 1768, pero este es un

valor de corriente referencial, ya que puede variar dependiendo de las propiedades

topográficas de la región observada e incluso por la altitud de la zona.

106

10 20 30 40 SO 60 70 80 90 1OO 110 120130 140Imáx,Corriente pico de descarga principal

a.) Distribución de probabilidad de descar-gas atmosféricas de determinada magnitudde corriente

Tmax Tiempo Tb) Forma de onda de corriente del rayo

Fig. 2.21 Distribución de probabilidad de corriente I

Como se ve todos los parámetros de la descarga eléctrica tiene una distribución

estadística. En la práctica, se debe proteger contra las descargas que se registran en el

centro de la tabla de distribución por ser las más frecuentes, mientras que las descargas

de los extremos de la distribución presenta mayores dificultades de predecir debido a que

los datos estadísticos son escasos y por lo tanto son menos exactos. Al elegir el nivel

estadístico de protección este debe ser realizado con límites claramente establecidos

mediante las "ventanas" de ocurrencia de descargas, junto con el valor de bloqueo

inferior estimando (generalmente es del orden de los 10 KA) [Ref.18].

La probabilidad de descarga establece una correlación entre las magnitudes de corrientes

probables (Ils I2s-...5 IJ, distancias críticas o de impacto (Dt, D2>....3 Dn) y probabilidades

de ocurrencia (Pl5 P2j.---3 Pn)> donde parte de ellas han de ser los extremos de la

distribución estadística. Por esta razón la probabilidad existente afuera de la ventana de

protección debe ser estimada.

Además, la probabilidad de que una estructura reciba una descarga es algo complejo de

evaluar, esto depende de las propiedades físicas-geográficas de la región, del proceso

físico de formación, geometría de la estructura, etc. Una breve descripción de un posible

107

método para estimar la probabilidad de incidencia de descarga se presenta en la sección

3.4,2.

De acuerdo al modelo electrogeómetrico se puede determinar la incidencia de descarga

en una estructura en base a la zona de atracción o de captura, cuyo concepto depende

de los radios de atracción natural en la estructura. Los mismos se determinan mediante

la integral de la frecuencia de distribución estadística y según un modelo computacional.

Así, la Ref. [18] nos indica la siguiente expresión de simulación:

Rn= J {F[Q(p)5CAE3V5H3K3GíT].[L(p)]}dp [2.15]

Siendo:

Rn = Radio promedio de atracción natural de la estructura.

L(p) = Distribución de probabilidad natural de la intensidad de descarga del rayo (similar

al de la figura 2.21).

FfQCpXQAjEjV^KjG^T] = Define la distancia de los radios por análisis computacional

a través de un conjunto de datos de entrada.

C = Altura de la carga nube-tierra, generalmente es 3000 m.

A = Altitud del lugar.

E = Voltaje de ruptura del aire, se considera como valor típico 3.1 MV/m.

V = Relación de velocidad de conducción descendente/ascendente. Por experimentos de

campos y observaciones fotográficas, normalmente varía entre 0,9 y 1,1.

H = Altura de la estructura.

K = Característica de la intensificación del campo. Un K típico esta entre 6 y 20 en las

esquinas y de 1 a 5 en paredes.

G = Factor de representación de la forma geométrica de la estructura,

generalmente es 1.

T = Factor de representación física del suelo e incluye la influencia de estructuras

cercanas, valor típico 1.

108

El zona de captura (CA) de una estructura se define como el área límite de ingreso de

la punta del canal principal para producir el lanzamiento de flujos ascendentes desde la

estructura, como se muestra en la figura 2.22. Se lo aplica principalmente en todas las

esquinas o bordes de la estructura, puesto que son los puntos más probable a producir

radios de atracción.

En áreas típicas la evaluación del CA es por medio de las siguientes expresiones:

Para una estructura rectangular CA - (L + 2.Rn).(A + 2.Rn)

Para una estructura circular CA = ?r.(Ra + Rn)2

Donde:

Rn es la probabilidad promedio de los radios de atracción.

L y A dimensiones de la estructura rectangular.

Ra radio de la estructura circular.

a) Para una estructura rectangular

b) Para una estructura circular

[2.16]

[2.17]

Fig. 2.22 Zonas de atracción sobre estructuras

109

2.4 ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA

TRANSITORIOS DE CORRIENTE Y VOLTAJE

Con el desarrollo de la tecnología electrónica digital aplicada en todos los campos, sean

estos, médicos, industriales, telecomunicaciones, etc., nos ha hecho depender cada ves

más de ellos; sin embargo, surgen problemas de funcionamiento asociados a estos

circuitos por la presencia de las perturbaciones eléctricas en el suministro de energía

eléctrica.

Los problemas que afectan a las líneas de alimentación eléctrica se manifiestan en

distintas formas: apagones momentáneos o de larga duración, elevación o disminución

de voltaje, ruido eléctrico, y transitorios de comente y voltaje, siendo estos dos últimos

los más comunes que pueden producirse en cualquier momento ocasionando fallas o

daños de diversa magnitud en los equipos.

-*

Si el sobrevoltaje transitorio es mayor a dos veces el voltaje pico del sistema y su

duración está entre fracciones de microsegundos y milisegundos, se le puede considerar

un transitorio. Si es menor a dichos valores, es ruido eléctrico.

Los transitorios o impulsos de energía, llamados así porque contienen impulsos de

comente y voltaje al mismo tiempo, son originados por diferentes causas entre las que

podemos citar:

Descargas atmosféricas o rayos, ocasionadas por tormentas eléctricas.

Conexión y desconexión de capacitores para mejorar el factor de potencia.

Arranque y parada de grandes motores usados en bombas, compresores, equipos

acondicionadores de aire, ascensores, etc.

Operaciones en las redes de transmisión, distribución eléctrica así como en las

subestaciones eléctricas donde grandes interruptores son utilizados.

sg?

110

Retorno de la energía eléctrica después de un apagón.

Estas fuentes de generación de transitorios de mayor o menor amplitud según sea el

caso, se encuentra siempre presentes en instalaciones de telecomunicaciones.

Evidentemente el peor de todos los nombrados son las producidos por los rayos en vista

de sus efectos catastróficos.

Vemos, pues que los transientes producidos por las descargas atmosféricas merecen

especial atención, ya que se pueden introducir en las instalaciones de distintas formas

a saber: por la alimentación eléctrica, por la estructura metálica del edificio, por la

tubería de agua cuando es metálica, etc., si un rayo cae cerca de una línea de transmisión

o distribución eléctrica, induce en ella grandes voltajes. Aunque el transitorio se disipa

por los circuitos interconectados y por los elementos de protección, en el punto de

alimentación del ediñcio podemos encontrar alrededor de 10 KV como valor promedio.

Por lo tanto, si no se protege adecuadamente, solo dependerá de la suerte para no sufrir

las consecuencias de un impacto de esa magnitud.

2.4.1 ESTUDIO SOBRE LOS PROBLEMAS DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA

EN CIRCUITOS DE BAJA TENSIÓN

La calidad del servicio de energía eléctrica no es siempre la deseada, de acuerdo a

estudios realizados por varios organismos y compañías particulares (Laboratorios Bell,

General Electric, IBM, etc.). Una de las investigaciones más importantes y más

completas fue el realizado por los Ings. Alien y Segal de la IBM entre los años 70-74,

auspiciado por el IEEE, pues consideraron todos los disturbios que podían afectar a los

computadores y equipos electrónicos.

Las conclusiones de dicho estudio, presentado al IEEE y posteriormente adoptado como

standard IEEE C74. 199. 6-1974, se centro únicamente a registrar las causas y porcentajes

de las perturbaciones que afectan a las instalaciones de computación, pero no suministro

ninguna información de la composición de los transitorios responsables de la mayoría

(O

A ,

_,B

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Vp

íco

0.1

Ip

Fig

. 2

.23

M M W

115

microondas., etc.

Un tercera forma de entrada que escapa a mucho análisis son aquellos disturbios

producidos e inducidos en el interior de la instalación por otros equipos. Aunque

la mayoría de ellos están en la categoría de ruido eléctrico, no dejan de ser

molestosos y hasta dañinos.

Cabe señalar que los transitorios puede ingresar entre cualquiera de las fases de la línea

de alimentación C.A. de un sistema monofásico o trifásico y el neutro (F/N), lo que se

denomina modo normal. O entre cualquiera de los conductores y tierra (F/T, N/T), lo

que es conocido como modo común (ver la figura 2.25).

F3-

F2-

| P l -

CEf

A ?- Modo Normal B P- Modo Común

Fig. 2.25 Formas de entrada de los transientes

El Departamento de Comercio de los EEUU, por medio de la sección de Procesamiento

de Standards, publicó su guía FIPS PUB 94 para instalaciones eléctricas en baja tensión

para equipos de procesamiento automáticos de datos (ADP) o centros de cómputo.

La similitud de los componentes utilizados en los equipos ADP con los que se utilizan

en telecomunicaciones es evidente, por lo que sus recomendaciones son válidas para las

aplicaciones en referencia.

116

El FIPS PUB 94 establece las siguientes alternativas básicas de protección:

1. Se debe instalar una protección principal a la entrada C.A de la central telefónica,

contra transientes.

2. Se debe instalar una protección secundaria en los circuitos de alimentación

individual antes del equipo contra transitorios y ruido eléctrico.

3. Se debe proteger las líneas de entrada de datos y comunicaciones, por constituir

probables caminos para los transientes.

Por lo tanto y en teoría el protector que se seleccione deberá instalarse en todos los

caminos de entrada y proteger en todos los modos posibles, debido a que no se conoce

por donde entrará el transitorio.

2.4.3 LIMITACIÓN DE TRANSIENTES

Las causas de los transitorios de comente y voltaje pueden ser internas o externas a la

instalación, esto produce problemas de funcionamiento a los equipos de la planta

telefónica por lo que es fundamental contar con elementos limitadores de sobrevoltaje

(supresores) para atenuar sus efectos.

El objetivo de todo supresor es el de proveer a los transientes un camino alternativo

hacia tierra sin tener que atravesar caminos no deseados. Estos caminos no deseados

pueden pertenecer a componentes de sistemas eléctricos y/o electrónicos; es decir, se

procura que los mismos sean protegidos. Sin embargo, debido a la gran variedad de

circuitos de aplicación y a su propia característica de funcionamiento cada uno demanda

de una protección específica.

Hay tres tipos comunes de supresores de transientes sugeridos para telecomunicaciones:

los dispositivos de descarga a gas, los varistores, y los semiconductores cada uno tiene

sus ventajas y limitaciones en áreas como: la capacidad de corriente, habilidad de

117

limitación de sobrevoltajes y efectos en la operación normal de los circuitos protegidos.

Ningún tipo será apropiado para toda aplicación y con frecuencia se tiene que instalar

una combinación de los mismos.

Los apaga chispas o tubos de gas consta de dos electrodos separados a una distancia

pequeña y alojados en una cápsula llena de gas inerte (neón, kriptón, argón). Cuando se

presenta una sobretensión, el voltaje por el supresor se incrementa hasta sobrepasar el

nivel de disparo o umbral en ese momento el gas se ioniza produciendo un camino

conductor de descarga de alta conductividad (<0.1Í2) entre los electrodos, tal que el

transitorio de corriente a través del supresor es desviado. Una desventaja de los tubos

de gas es que necesitan de una cantidad de sobrevoltaje de entrada alta para alcanzar su

condición de disparo y además requiere de una posterior corriente límite para el retorno

a su condición de no conducción.

El apaga chispas se localiza en las líneas de distribución eléctrica o alimentadores

primarios, para permitir conducir las altas comentes a tierra. Sin embargo dichos

supresores son muy deficientes para impulsos de corta duración (fracciones de

milisegundos) producidos por cortocircuitos, ya que no alcanza a activarse. Entonces, se

hace necesario a más del apaga chispas de la presencia de medios apropiados para la

interrupción de la corriente, para este propósito puede servir los fusibles o varistores

(conectados en serie).

El varistor o MOV's (metal oxide varistors) es un elemento limitador, dada la no

linealidad de su resistencia, éste se vuelve conductivo cuando supera un voltaje umbral

y recupera su estado de circuito abierto tan pronto como la caída de voltaje esta por

debajo de su nivel umbral.

Los varistores usados para la protección contra transitorios están compuestos de

materiales semiconductores, generalmente de oxido de zinc pulverizado mezclado con

otros óxidos metálicos, depositados entre dos placas de contacto. Este supresor antes que

absorber un pico de comente lo que hacen es desviarlo, ya que son elementos que se

118

tornan conductivos cuando se llega a su voltaje de disparo, en ese momento la resistencia

(> 1MÍÍ) se colapsa muy rápidamente (< 25ms.) a regiones con valores de 1Í2.

En conclusión estos dispositivos mantienen a los transitorios de tensión que llegan al

circuito por debajo de un valor umbral (Fig. 2.26). Los MOV's son usados en

combinación con el apaga chispas para suministrar una protección primaria, mientras que

para una protección específica de un circuito se requiere de los diodos supresores y

diodos zener.

Las protecciones se las puede localizar en cualquier parte de un circuito eléctrico incluye

las entradas y salidas de los transformadores, motor-generador, sistemas UPS, también

cuando se usan cables de interconexión muy largos, tanto de fuerza como de

comunicación, por ejemplo entre edificios.

CaracterísticaV-I

Carga del /-• resistor /

w 0.8'c* 0.64)V 0.43 0.2í>

40 ' •

us. co o

mp

o ro o

H 10'

Sin protección

0 10 20 30 40Tiempo (us.)

Sobrevoltaje porla carga

Varistor Resistor

20 40 60 80 100 o-Corriente instantánea (Á)

Fig. 2.26 Comparación de protección con y sin varistor

Los diodos supresores son elementos semiconductores de unión P-N fabricados con

silicio, a través de un proceso de difusión que presentan una tensión de avalancha zener,

están diseñados para limitar sobre tensiones y disipar transitorios. Así, como el tubo de

gas y el varistor, el semiconductor se emplea como un shunt by-pass para proporcionar

un camino de baja impedancia hacia tierra para todo tipo de transitorios.

119

En el caso que la tensión de entrada llegase a ser mayor a del diodo zener, éste pasa al

estado conductor y de esta manera protege al componente de una sobretensión

perjudicial.

Los semiconductores dadas sus características proporcionan tiempos de respuesta muy

cortos del orden del pico segundos, adelantándose a los sobrevoltajes que se podrían

propagar a los otros componentes limitadores. Pero su capacidad para absorber los picos

de voltaje de alta energía es mucho menor a los otros dispositivos.

En cuanto hace relación a la elección del diodo supresor para proteger a un circuito de

perturbaciones debidas a sobrevoltajes, tendremos que conocer en primer lugar, las

características del circuito y la susceptibilidad del mismo frente a los picos de tensión.

Una vez conocido esto elegiremos aquel tipo de diodo que sea capaz de garantizar la

supresión de sobretensión más probable.

Las características principales de los componentes de protección son comparadas en la

tabla 2.10.

Como ejemplo de sistema de protección contra transientes por etapas, utilizando

dispositivos limitadores de diferente tecnología se presenta en la figura 2.27 la

protección de un cable de comunicaciones expuesta a descargas atmosféricas. El tubo de

gas proporciona una primera protección que absorbe la energía principal asociada con

el sobrevoltaje, mientras que la combinación compuesta por el varistor y diodo zener

ofrece una protección especial al circuito, éste recorta la onda de voltaje bajo el punto

de disparo del apaga chispas.

120

Corriente máxima

Tiempo de respuesta

Nivel de protección (V)

Capacidad eliminación

de energía

Capacitancia (pf)

I de escape (nA)

Aplicación

Ventajas

Desventajas

Tubo de gas

hasta 50KA

500 ns

65 a 1200

hasta 60 joul

1 a?

<15

Protección

primaría

Eliminación de

altas corrientes

Baja

capacitancia

Baja

impedancia

Encapsulado

Varistor

(MVOs)

hasta 25KA

<25 ns

20 a 2000

hasta 1800 joul

40 a 15000

< 200000

Protección

Primaria

Eliminación de

altas corrientes

Variedad de

rango

Alta

capacitancia

Vida útil corta

Diodo

Supresor

hasta 3 KA

< 10 ps

6 a 400

hasta 1 joul

300 a 12000

<5000

Protección final

o específica

t respuesta

corto

Alta

capacitancia

Depende del

voltaje

Diodo Zener

hasta 200A

10 a 1000 ps

2.4 a 200

hasta 0.05 joul

8 a 1000

< 100

Protección final

o específica

t respuesta

corto

Nivel bajo de

protección

Eliminación de

transiente bajo

Tabla 2.10 Comparación de características de los supresores

O 20 40

ApagaVín = 24 V Chispas

V

600-

500"

400"

300"

200-•

100

600-

500"

400"

300-

200-

7 \ 100-- ¡ i— ¿- V~~~t~ - í :

L = 10 uH

WOVs

L = 10 uH

DiodoSupresor^

Fig. 2.27 Protección con varios elementos limitadores de voltaje

123

Fig. 2.29 Conceptos de protección total y parcial

NOTA: - Los esquemas a, b, c es parcial y d es total.

- Los S/T en los lugares determinados pueden ser del tipo paralelo o serie.

2.4.3.2 TÉCNICA DE LIMITACIÓN DE TRANSITORIOS PARA EL SISTEMA

DE ALIMENTACIÓN EN CENTRALES TELEFÓNICAS

En los sistemas de alimentación para grandes centrales se usa la distribución de "alta

resistencia" (45 mfi) para limitar las sobretensiones propias de los equipos de

alimentación. En esta distribución un cortocircuito de corriente queda limitado como

máximo a 1000 A por la resistencia de los cables de distribución.

La caída de tensión en la distribución se mantiene a un nivel aceptable (no mayor a -60

Vdc) por medio del divisor de tensión existente entre la resistencia del circuito de la

batería y la resistencia del cable de distribución (Fig. 2.30),

Otra técnica adicional usada comúnmente para limitar los transitorios por cortos circuitos

es conectar un diodo y un condensador en cada rama en serie con el fusible. Cuando una

rama esta en corto circuito se produce una caída de tensión en el sistema hasta que se

124

desconecta su fusible, las otras ramas están aisladas por sus diodos y alimentadas por sus

condensadores.

Por pruebas en laboratorios se ha demostrado que se necesita un condensador de 10000

¡¿F para mantener la corriente pico de cortocircuito bajo los 450 A y un tiempo de

ruptura del fusible de 5 ms.

r

Ri ResiíRd ResiRa Resilos bas

H-s

E— •

) VD

Ra>lm f\\ i i .

stencia interna destencia de los constencia de conexio.idores

X J_Ri>4mrx

D/ "h' 1000A

la bateríaiuctores de distribuciónríes y derivaciones en la hileras de

Lrl i 1r-vi i '

T

¿ C100C

kl i — '|^sj ' -'

Rd>45mr\ uPCentral

/ 1000A

Fig. 2.30 Soluciones para la limitación de transientes

Por otra parte, como ya se explicó en este capítulo sobre la teoría de supresión de

transitorios, todos los conceptos son aplicables al caso de las instalaciones de

telecomunicaciones; mismos que serán aprovechados para el desarrollo del siguiente

capítulo.

CAPITULO 3

3.1 NORMALIZACIÓN TÉCNICA DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN PARA

TELECOMUNICACIONES

3.2 DIMENSIONAMIENTO Y UBICACIÓN DE LAS PROTECCIONES POR ÁREAS A SER

CUBIERTAS

3.3 DISEÑO Y ALTERNATIVAS DE CONFIGURACIONES DEL SISTEMA DE PUESTA A

TIERRA

3.4 DISEÑO Y ALTERNATIVAS DEL SISTEMA DE PROTECCIONES CONTRA

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS



125

3.1 NORMALIZACIÓN TÉCNICA DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN PARA

TELECOMUNICACIONES

El conocimiento de las medidas de seguridad es indispensable para ingenieros eléctricos,

técnicos, operarios, y para toda persona que trabaje dentro de un ambiente eléctrico.

Por tal motivo, para evitar los accidentes por causas eléctricas, es importante cumplir

con las recomendaciones del CCITT (K.27 anexo B)5 VDE (VDE 0100) y demás normas

de protección.

A este respecto, es oportuno recoger la afirmación que, sobre riesgo, contiene la IEEE

Std.80. Su traducción dice: "Un somero análisis mostrará que es absolutamente

imposible, a menos que se abandone totalmente la distribución de la energía eléctrica,

prevenir en todo momento, en todo lugar y bajo todas circunstancias, la presencia de

tensiones peligrosas. Sin embargo, este hecho no releva al ingeniero de responsabilidad

de intentar disminuir esa probabilidad tanto como razonablemente se pueda.

Afortunadamente, en la mayoría de los casos, mediante un diseño cuidadoso e inteligente

esa probabilidad puede reducirse a un valor extremadamente bajo" [Ref. 7].

3.1.1 MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS

Las medidas referentes a la protección de una persona contra comentes eléctricas

peligrosas deben ser estrictamente observadas.

Las correspondientes medidas se dividen en:

Protección contra contactos directos: Son aquellas medidas que impiden que las

personas entren en contacto con las partes activas de la instalación (circuitos

operativos) que estén bajo tensión durante el servicio.

Protección contra contactos indirectos: Son aquellas medidas de protección contra

los peligros que puede surgir cuando una persona se pone en contacto con piezas

126

conductoras, no pertenecientes al circuito operativo, pero en las que, en caso de

falla, puede llegar a conducir.

Protección a través del empleo de tensiones de alimentación bajas: Este método se

basa en la operación de los circuitos con tensiones no mayores a 50 Vac. o 120

Vdc.

Para prevenirse de los accidentes por contactos directos o indirectos, se necesita tomar

medidas de seguridad con las que se logre:

Reducir la tensión de contacto hasta valores admisibles.

Incrementar la impedancia del cuerpo humano.

Disminuir la duración del paso de la corriente por el cuerpo humano.

Las medidas anotadas arriba,, se realiza por medio de una serie de métodos de

protección, los mismos que a continuación se describen.

3.1.1.1 PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS DIRECTOS

Para evitar un contacto accidental con partes activas, se utilizan los siguientes métodos

de protección:

Por alejamiento de las partes energizadas de la instalación a una distancia mínima

quedando fuera del alcance de la mano. Tal distancia incluye además la longitud de la

herramienta u objetos conductores que una persona podrá transportar o manipular y que

podrían provocar contactos fortuitos con las partes bajo tensión de la instalación.

Se considerará zona alcanzable con la mano la que, medida a partir del punto donde la

persona puede estar situada, está a una distancia límite de 2,5 m. hacia arriba, 1.25 m.

en todas las direcciones del plano horizontal y 1,25 m. hacia abajo. En la figura 3.1.a.

127

se señala gráficamente esta zona.

Por interposición de obstáculos que impidan todo contacto accidental con las partes

activas de la instalación. Tal medida de protección se limita a aquellas instalaciones en

las que ejerza su actividad personal calificado. En el caso de los obstáculos de protección

(p. ej. barras de protección) deben estar fijados de forma segura y resistir a los esfuerzos

mecánicos usuales y han de ser removidas tan solo con ayuda de llaves o herramientas.

Si los obstáculos son metálicos, los mismos deben ser considerados como masas y se

aplicará una de las medidas de protección previstas contra contactos indirectos.

Por cubiertas y envolventes es el cubrimiento de las partes que están bajo tensión, lo

que hace imposible el contacto directo de las personas (p.ej. tableros eléctricos). De estos

dispositivos mecánicos de protección se exige que sean suficientemente resistentes y se

hallen debidamente fijados, para que, ni por golpes ni por presión, puedan llegar a entrar

en contacto con los elementos activos. Si dichas protecciones tienen aberturas, estas

deben ser de dimensiones máximas tales que, no se pueda llegar a tocar ninguna pieza

activa con los dedos (Fig. S.l.b).

a) Por alejamiento•—*• 1,25m •<—

2.5m1.25m

Caso general Manipulando con obje— Desde el marco de la venta-tos largos no aislados na hacia abajo y los lados

b) Por cubiertas y envolventes

Ejerciendo presiónLas aberturas no permitan tocarcon los dedos partes activas

Fig. 3.1 Medios de protección directos

Por aislamiento, este debe cubrir totalmente todas las partes activas y solo debe quedar

128

sin efecto destruyéndolo. Según estas normas, todo lo que se halle al alcance de la

mano debe ser cubierto con materiales aislante exterior para que las partes bajo tensión

no puedan ser tocadas con las manos.

3.1.1.2 PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS

Las medidas de protección contra contactos indirectos se requiere en instalaciones y

equipos cuyos voltajes sean mayores a 50 Vac. o 120 Vdc. con respecto a tierra, y se

clasifican en:

- Protección por desconexión o alarma T). (clase de protección I)

- Medidas de protección en la red de alimentación TN.

- Medidas de protección en la red de alimentación TT.

- Medidas de protección en la red de alimentación IT.

- Protección por desconexión automática en el caso de aparición de una corriente de

defecto peligrosa (FI).

- Protección sin desconexión o alarma.

- Aislamiento de protección (clase de protección II).

- Separación de protección.

PROTECCIÓN POR DESCONEXIÓN O ALARMA

Estas medidas tiene por finalidad impedir la permanencia de una tensión de contacto

1 Las medidas de protección contra contactos indirectos en una red de alimentación selas designa mediante dos letras, que tiene el siguiente significado: la primera letra indica lascondiciones de puesta a tierra de la fuente de energía: T puesta a tierra directa de un puntode la red; I aislamiento de todas las partes activas con respecto a tierra. La segunda letraindica las condiciones de las puestas a tierra de las instalaciones y equipos: T masas de lainstalación con puesta a tierra directamente; N masas de la instalación conectadas al puntoneutro o estrella de la red.

129

demasiado elevada en elementos conductores dentro de una instalación que no formen

parte del circuito de servicio.

En general, todos los métodos de protección cuentan para la desconexión con el

condi:ctor de protección. Por lo tanto todas las masas de los equipos se conectan a tierra.

Para una identificación rápida y segura de los diversos tipos de conductores que

constituye una instalación, se ha establecido que el conductor neutro puede ser de color

blanco y el conductor de protección puede ser de color verde, cuyo terminal de conexión

debe estar marcado con el símbolo -4-.

Medidas de protección en la red de alimentación TN: El sistema TN es el más

extendido, donde el punto neutro es conectado directamente a tierra (p.a.t de servicio).

En esta configuración todas las partes metálicas de los equipos que no forman parte del

circuito de trabajo deben unirse a este punto a través de conductores PEN (red TN-C,

Fig. 3.2.a) o PE (red TN-S, Fig. 3.2.b) o una combinación de ambos conductores (red

TN-C-S) de tal forma que los defectos de aislamiento se transforman en cortocircuitos

entre la fase y el conductor de protección, provocando el funcionamiento del dispositivo

de corte automático en un tiempo determinado y dando como resultado la desconexión

del circuito defectuoso.

Solamente puede proyectarse una instalación de protección de este tipo si se cumple las

siguientes condiciones:

El neutro debe conectarse a tierra en las proximidades del generador o del

transformador de alimentación.

La resistencia de puesta a tierra funcional Rf, de todas las tomas de tierra del neutro

no debe ser mayor a 2 ohmios.

Los dispositivos de corte utilizados serán interruptores automáticos (por corriente

130

de defecto) o fusibles, cuyos tiempos de desconexión serán de: 0,2 s para circuitos

de enchufes de hasta 35 A de corriente nominal; 5,0 s para todos los demás

circuitos.

En las instalaciones de telecomunicaciones (VDE 0100 parte 410)3 se considera

peligrosa para las personas una tensión de contacto Ec superior a 50 Vac. o superior

a 120 Vdc. con respecto a tierra. También es válido para redes TT y IT.

La sección del conductor de protección para las distintas configuraciones de red no

debe ser menor a ló mm2 (cobre).

[

[

~ —^•H

r-i) Cí í 1 C

]Rf '_a) Red

pJ C) C1 C

c) Red

"TPEN

"jmasa)U

1TN-C -

i?

T

3

, N

masa— ¡ Dispo;

1 Re de viiPEJ_

T

•!•• R

]Rf_

L_

0

) 11 C

M

) 0

™—PEmasa

b) Red TN-S

ilancia

í 1

T

¡masai 00 -,

m .lj |Ke

d ) Red IT

Fig. 3.2 Configuraciones típicas de red

Un ejemplo de medida de protección para un sistema de telecomunicaciones conectado

a una red de alimentación TN-C-S (conductor de tierra PE independiente) se muestra en

la figura 3.7.a. el cual establece una conexión directa entre el conductor terminal PEN

del punto estrella de la fuente de alimentación en el lado de bajo voltaje y el conductor

principal de p.a.t. de la planta de telecomunicaciones. De la misma forma, el punto de

conexión del conductor independiente PE, con el conductor PEN se realiza a la entrada

del edificio junto con la línea principal de tierra para obtener un enlace completo del

131

sistema de tierra a fin de no producir perturbaciones al interior de la planta.

Medidas de protección en la red de alimentación TT: En la configuración TT también

el punto neutro de la alimentación es conectado directamente a tierra (p.a.t. de servicio)

y las masas de la instalación deben unirse a tomas de tierra independiente de la puesta

de tierra de servicio (Fig. 3.2.b). Para que la protección sea completa, la instalación debe

ir asociada a un dispositivo de vigilancia de aislamiento, además de fusibles o

interruptores de protección automático de corte, sensibles a la corriente de defecto que

provoquen la desconexión de la instalación defectuosa.

En la red TT se debe cumplir las siguientes condiciones:

La resistencia de puesta a tierra funcional Rf no debe ser superior a 2 o 5 ohmios,

y la resistencia de puesta a tierra de las masas o de protección Re debe cumplir con

la relación:

Re<Ec/Ia [3.1]

la Intensidad que origina el disparo/desconexión automático del dispositivo de

protección.

Ec Tensión de contacto máxima admisible.

En caso de defecto, el equipo de protección debe desconectarse automáticamente en

menos de 0.2 s, que es el tiempo de persistencia de la comente considerado como

no peligroso.

Todas las masas de una misma instalación deben estar unidas a la misma toma de

tierra.

Un ejemplo de medida de protección en una red de alimentación TT en el lado de bajo

voltaje, para instalaciones de telecomunicaciones con puesta a tierra funcional y de

protección (FPE), se ilustra en la figura 3.7.b. Si acaso hay conductores PE para otras

cargas eléctricas (alumbrado, ventilación, etc.) en la vecindad de las instalaciones de

135

protección intrínsica.

Aislamiento de protección: Esta medida de protección tiene por finalidad impedir,

mediante un aislamiento, que una persona quede sometida a una tensión peligrosa en el

momento de producirse un contacto entre las partes activas y piezas metálicas de los

equipos susceptibles a ser tocadas.

Al aplicar esta medida de protección, se la puede realizar de la siguiente manera:

Cubriendo de manera sólida y durable con material aislante todas las partes

conductoras susceptibles de contacto que puedan quedar directa o indirectamente

bajo tensión en caso de surgir un defecto (véase Fig. 3.4.a).

Si por motivos de operación, la cubierta metálica o una parte accesible de la

estructura no puede ser evitada a un contacto (por ejemplo un taladro de mano),

entonces estas partes deben tener un doble aislamiento (aislamiento básico, más un

adicional) con respecto a las partes vivas.

Revistiendo de una capa aislante intermedia, entre los elementos metálicos

accesibles a los contactos y los elementos que podrían en caso de defecto entrar en

tensión.

El aislamiento de las partes conductoras no necesariamente solo es de la envoltura del

aparato, puede además tener un aislamiento del lugar de trabajo del operador, para ello

se aisla el piso y todas aquellas partes metálicas situadas en las inmediaciones, pero por

su elevado costo es una medida que sólo se aplicará en casos excepcionales.

La corriente de fuga permisible es de 0.5 mA para equipos de telecomunicaciones (VDE

0804) y de 0.25 mA para equipos en general. Los equipos con aislamiento de protección

están marcados con el símbolo D de acuerdo con la norma DIN 40014.

Separación de protección: Esta medida de protección presupone una separación

136

galvánica del equipo de operación; es decir, no se alimenta directamente de la red sino

mediante un transformador separador de relación 1:1, para circuitos CA o un grupo

motor-generador, para circuitos DC que proporciona un aislamiento entre la red del

primario y la del secundario (Fig. 3.4.b). Con esta medida se evita los riesgos derivados

de un potencial de contacto, originado como consecuencia de un contacto a masa del

medio de servicio en el lado del secundario, por no haber retorno de corriente a través

de la tierra.

1 '

3—L— f— .

-H m

' \/ ,

4

i

L

1 Aislamiento interior2 Aislamiento protecctor

1 del acoplamientoJ 3 Aislamiento exterior

4 carcasa5 Aislamiento del lugar

de trabajo

2 1 No hay tens

—\~-¡ ' LK— K. y la tierra

1 ^^^

a)

__

Líónipo

/

[

L^J

]

]Transformadorde separación

4/s. A/ / / / / ' / > /

b)

Fig. 3.4 Protección contra contactos indirectos

El circuito del lado secundario del transformador separador o grupo motor-generador,

no se deberá poner a tierra ni unir conductivamente con otras partes de la instalación.

Ello significa que el circuito receptor no tenga punto alguno común con el circuito de

la red de alimentación.

Es aplicado en telecomunicaciones principalmente en los sistemas móviles y en radio

trasmisión. Por otra parte, los transformadores separadores lleva el símbolo O | O

indicador de arrollamientos separados.

Este modo de protección es únicamente efectivo si adicionalmente no ocurre un contacto

a tierra en el lado del secundario (p.ej. por daños en el aislamiento de los cables), ya que

pueden quedar bajo tensión las partes metálicas accesibles, con la consiguiente descarga

137

a través del cuerpo del operador (Fig. 3.5.a).

En casos especiales cuando se trabaja con equipos portátiles, para evitar riesgos, se

conecta la carcasa del equipo al entorno conductor que en ella existe, mediante un

conductor flexible, como se muestra en la figura 3.5.b. Cuando se produce una falla la

comente de defecto circula a través de la unión conductora establecida entre el aparato

y el entorno.

Transformador de separación 1 Contacto a masacon aislamiento de protección 2 Contacto a tierra

FijoRST

PB—¿Leí

Móvil

a) Tensión peligrosa de contacto

Aparato(taladro manual)

b) Protección por separación eléctrica en emplazamientoconductivo

Fig. 3.5 Protección por separación eléctrica

3.1.1.3 MEDIOS DE PROTECCIÓN CON EL EMPLEO DE BAJAS TENSIONES

Se refiere a la utilización de tensiones de trabajo pequeñas, las cuales pueden ser

máximo de 50 Vac o 120 Vdc. El uso de tensiones bajas no originan intensidades de

comente peligrosas para el usuario; estas tensiones no pueden ser obtenidas mediante

resistencias en serie, autotransformadores o divisores de voltaje, sólo se emplean fuentes

con separación eléctrica como los transformadores especiales de seguridad, baterías o

motor-generador con devanados separados (Fig. 3.6)..

Debido a las bajas tensiones, las comentes resultan muy elevadas, lo que requiere el

empleo de secciones mayores en los conductores, todo lo cual encarece la instalación.

138

Esta circunstancia limita la aplicación de las muy bajas tensiones a instalaciones de

alarma, señalización, control, seguridad y otras aplicaciones especiales.

220/380 : 3/PEN « 60HzR

! [

_1u

ojo]

! I N I [ 1

_ J1 ' 1 1 1I LJLJ

<^ m(jOy G-M

T tranformador ~de separación

Fig. 3.6 Ejemplos de generación de una tensión muy baja

Las instalaciones alimentadas con tensiones muy bajas deben cumplirse las siguientes

condiciones:

Las carcasas metálicas de los transformadores de separación deben estar conectados

al conductor de protección.

Los aparatos y los conductores utilizados en una instalación deben poseer

aislamientos para tensiones de hasta 250 V.

3.2 DIMENSIONAMEENTO Y UBICACIÓN DE LAS PROTECCIONES POR

ÁREAS A SER CUBIERTAS

La central Quito-Centro, dispone de cinco edificios, que se han construido conforme las

necesidades y espacio disponible, como puede observarse en la figura 3.8.

Los equipos e instalaciones que conforma la central están distribuidas a los largo de las

edificaciones y cuyas características individuales se indica a continuación:

139

FPE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 A

a) Conexión de un sistema de telecomunicaciones con P.A.T.funcional y de protección a una red de alimentación TN

ii ! G

\ ! | i

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iJ

-"P-

b) Conexión de un sistema de telecomunicaciones con P.Á.T.funcional y de protección a una red de alimentación TT

FPE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 A

c) Conexión de un sistema de telecomunicaciones con P.A.T.funcional y de protección con dispositivos de seguridad FI

Fie. 3.7

140

El edificio El consta de cinco pisos todos ellos destinados a oficinas, talleres de

mantenimiento, bodegas y la planta alta (Ela) es el comedor de la empresa.

El edificio E2 consta de cuatro pisos en los cuales se hallan distribuidos equipos de

conmutación, grupos de equipos de rectificadores, sala de baterías, etc. En la tabla 3.1

se presenta la distribución de los equipos.

EDIFICIO E2

Ubicación Características

Planta Baja

Primer Piso

Segundo Piso

Tercer Piso

Cuarto Piso

Oficinas, grupo electrógeno #2

Central analógica QC1 AGF, incluye grupo de rectificadores,

aire acondicionado

Central analógica QC2 ARF

Oficinas y bodega

Sala de baterías, grupo de rectificadores y bodega

Tabla 3.1 Disposición de los equipos en el edificio E2

Observaciones:

Cabe indicar que se encuentran instaladas en la azotea del edificio un mástil (M4)

y una torre (T2), que sirven de sustentación para las antenas.

La cámara de transformación y el correspondiente grupo electrógeno que alimenta

al sistema eléctrico #2, está instalado en el interior de la planta baja, cuyo acceso

es por el patio del parqueadero #2 que linda con la calle Mejía.

El edificio E3 consta de cuatro pisos en los cuales se hallan distribuidos equipos de

conmutación, grupos de rectificadores, etc. Cabe indicar que en el edificio E3a se

encuentra instalado bancos de baterías. En la tabla 3.2 se presenta la distribución de los

equipos instalados.

141

EDIFICIO E3


Planta Baja Oficinas, sala de baterías y bodega

Primer Piso Central digital Internacional, Central de Tránsito QTS23

incluye rectificadores

Segundo Piso Oficinas, sala de operadores nacionales incluye aire

acondicionado

Tercer Piso Central digital Télex, ARM Nacional, oficinas incluye aire

acondicionado

Cuarto Piso Central de Transmisiones


Observaciones:

Cabe señalar que se encuentran instaladas en la terraza del edificio dos torres (TI,

T3) de diferentes alturas, que sirven de sustentación para las antenas y además se

tiene instalado un sistema de pararrayos (Pl).

El edificio E4 consta de cinco pisos en los cuales se hallan distribuidos equipos de

conmutación, rectificadores, sala de baterías, etc. En la tabla 3.3 se presenta la

distribución de los equipos instalados.

EDIFICIO E4


Planta Baja Sala de baterías y rectificadores

Primer Piso Central digital ALCATEL E10B, CTI y oficinas

Segundo Piso Central analógica QC3 ARF, incluye aire acondicionado

Tercer Piso Central digital QC4 NEAX 61M, incluye aire acondicionado

Cuarto Piso Central digital QST1 NEAX 61M, COMAG, y oficinas

Quito Piso Sala de operadores internacionales, y oficinas


142

El edificio E5 (edificación antigua) consta de dos pisos en la cual se encuentra instalado

la cámara de transformación y el correspondiente grupo electrógeno que alimenta al

sistema eléctrico #1, ubicada en el interior de la planta baja, cuyo acceso es por la calle

Cuenca.

El problema principal que analizaremos es el de crear el ambiente necesario y las

condiciones indispensables para poner en funcionamiento en forma confiable y continua,

todos los equipos que forma parte de la central telefónica Quito-Centro.

En base a las inspecciones realizadas se considera necesario iniciar un programa de

protección de todas las instalaciones de la central, que comprenda básicamente lo

siguiente:

1. Revisión y readecuación, si es del caso, de los sistemas de puesta a tierra instalados

en Quito-Centro para lograr un mejoramiento del sistema. Se debe iniciar con un

levantamiento a fin de determinar: la ubicación física de las tomas de tierra, estado

actual, evaluación de los problemas existentes, etc.

2. Revisión y readecuación, si es del caso, del sistema de protección contra descargas

atmosféricas instalado. Para lo cual se realizaran inspecciones a fin de determinar:

la ubicación física del sistema, estado actual, evaluación de los problemas existentes,

etc.

3. Revisión y readecuación, si es del caso, de las protecciones instaladas contra

transitorios. Se realizaran inspecciones en cada central a fin de determinar: la

ubicación física de las protecciones, estado actual, evaluación de los problemas

existentes, etc.

UBICACIÓN DE LOS EDIFICIOS

CALLE CUENCA

143

u5

<ü

CALLE BENALCAZAR

Flg. 3.8

144

3.3 DISEÑO Y ALTERNATIVAS DE CONFIGURACIONES DEL SISTEMA DE

PUESTA A TIERRA

3.3.1 DATOS PARA EL DISEÑO

Para diseñar adecuadamente un sistema de aterrizaje y determinar la calidad de la

instalación se debe tener en cuenta la siguiente información:

Conocer el ambiente dentro del cual el sistema de tierra debe funcionar; es decir,

que tipo de equipo o sistema se va a proteger.

Cual es el valor de la resistencia de aterrizaje recomendado. Tratándose de

instalaciones de telecomunicaciones su valor viene dado por la tabla 3.4 [Ref. 9].

P.A.T. PE

RE<2fi

P.A.T. FE

Línea de tierra para señales

CL y PABX hasta los 500 Li

<10íi

CL y PABX desde 500 a 1000

Li <5Í)

CL de 1000 a 2000 Li y PABX

con más de 1000 Li < 2ÍJ

CL con más de 2000 Li < 2Q

CT, RS, RT < 20

P.A.T. FPE

Línea de tierra para señales Con PR

CL y PABX hasta los 500

Li <5Q

CL y PABX desde 500 a

1000 Li <5f i

CL de 1000 a 2000 Li y

PABX con más de 1000 Li < 20

CL con más de 2000 Li < 20

RS, RT < 2ÍÍ

SinPR

<10Í2

<5S3

<2 Q

<2Q

<2 f i

P.A.T de protección contra rayo < 5fi

Li Líneas de circuito; PABX Central Telefónica Privada; CL Central Local; CT Central Troncal (Tránsito o

Tándem); RT Estación de Radio; RS Estación Repetidora; PR Protección contra Rayos.

Tabla 3.4 Valores máximos de resistencia

Recoger todos los datos relacionados a la p.a.t. entre los que se puede enumerar:

tipo de suelo, velocidad de corrosión que presenta el suelo a los metales enterrados,

contenido de humedad y su variación a través del tiempo en la zona de interés.

145

Por otra parte, las etapas a seguirse en el procedimiento de diseño de una instalación de

puesta a tierra, se resume a continuación.

1. Plano de la planta de telecomunicaciones que incluya la disposición de los equipos

a protegerse.

2. Estudio de.los lugares disponibles y de las facilidades que presentan los mismos

para la instalación de la toma de tierra.

3. Investigación de las características del suelo a través de la medición de p. Tomando

en cuenta que la medición debe ser realizada en los primeros 3 m de profundidad.

4. Establecer la máxima comente a ser disipada proveniente de cualquier tipo de

defecto, sean estos por falla línea-tierra o descargas atmosféricas.

5. Diseño preliminar: selección del tipo de electrodo, dimensiones, y geometría del

arreglo a emplearse para soportar y conducir la comente de falla.

6. Determinación de la profundidad conveniente para la ubicación de la toma de tierra

tratando de aprovechar las capas de menor resistividad. En definitiva, cuando los

estratos superficiales son más conductivos que los inferiores, una toma tipo

horizontal es la más aconsejable. En tanto, las tomas tipo vertical se efectúan en

lugares donde los estratos más profundos son de menor resistividad que los

superficiales, la longitud de los electrodos debe ser la suficiente para poder alcanzar

la capa con mejores características conductivas.

De acuerdo a la American National Standard C 5.1 se especifica al conductor de

cobre # 2 AWG (35 mm2), como mínimo calibre para un sistema de puesta a tierra,

tanto para la realización de la malla como para el conductor principal de tierra, que

va desde la puesta de tierra hasta la barra de distribución general de tierra.

7. Cálculo del valor teórico de la resistencia de aterrizaje, según la configuración

146

elegida, mediante el uso de expresiones matemáticas.

8. Cálculo de las tensiones de paso (Vp") y toque (Vt") en función de la resistividad,

corriente de falla, dimensiones y geometría de la toma de tierra, cuya evaluación

se realiza por medio de programas computacionales. Seguidamente se realiza la

comparación con los valores Vp y Ve obtenidos a partir de las expresiones 1.5 y

1.6.

Vp" <Vp [3.3]

Vt" < Vt.

En el caso de no cumplir con dichas condiciones se debe proceder a la corrección

y ajuste del diseño preliminar (pasos 5, 6 y 7).

9. Ejecución de la obra: construcción e instalación de la puesta a tierra proyectada.

33.1.1 CALCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

En telecomunicaciones, las tomas de tierra pueden ser: varillas, mallas, o una

combinación malla-varilla. La elección y diseño de las mismas esta en función de la

resistividad y de la resistencia de aterrizaje que se desea obtener a fin de asegurar la

disipación de la corriente.

Varillas Sencillas: Es la solución más económica, pues proporciona una mejor

disipación de las corrientes de falla. Sin embargo este produce un "embudo de tensión",

que provocan gradientes de potencial de toque o de paso peligrosas.

A fín de disminuir esta tensión se recurre a los electrodos de gradación de potencial

(tomas de tierra anulares) conectados a la toma de tierra principal, esto da como

resultado un aplanamiento considerable del embudo.

Varillas múltiples: Cuando una varilla no alcanza el objetivo deseado, se recomienda

147

usar varillas múltiples conectados en paralelo, procurando evitar traslapes entre sus

hemisferios de interface. Para ello deberán disponerse de forma que la distancia de

separación entre sí sea, al menos, igual a dos veces la longitud enterrada de las mismas.

En la práctica, el uso de muchas varillas cortas provee una resistencia un tanto menor

que pocas varillas largas dentro de una área dada.

Malla de tierra: Es un sistema formado por el cruce de varios conductores de cobre

desnudos enterrados horizontalmente a una profundidad de 054 a 1 m, para prever varios

caminos de paso de la corriente, evitando caídas de potencial elevadas.

Malla-varilla: Cuando el área asignada para la malla de tierra es pequeña y no se

consiguen los valores adecuados de resistencia tenemos la posibilidad de agregar varillas

verticales a lo largo del perímetro de la malla, formando cuadrados de 2 a 5 veces la

longitud de los electrodos. El resultado será una resistencia más baja.

Varillas químicas: En lugares donde el espacio disponible es limitado y la resistividad

del suelo no puede reducirse, la opción es acondicionar el terreno mediante el uso de

electrodos activos (Chem-Rod)3 los cuales proveen una resistencia de tierra más baja. A

diferencia de otros sistemas de puesta a tierra, la varilla activa, acondiciona

químicamente en forma continua un gran volumen de terreno.

La determinación del valor de la resistencia a tierra de estos arreglos requiere de un

análisis matemático muy complejo, que no se encuadra en el estudio de esta tesis. En

la tabla 3.5 se proporciona las expresiones más usuales para estimar su resistencia [Ref.

1,7,9].

Debe tenerse presente que los valores obtenidos de tales fórmulas teóricas únicamente

proporcionarán resultados aproximados a los obtenidos, por mediciones, en la realidad

los modelos matemáticos introduce simplificaciones, para obtener expresiones fáciles de

retener y suficientes en la práctica.

TA

BLA

3.6

CA

LCU

LO D

E IA

RE

SIS

TE

NC

IA D

(E A

TE

RR

IZA

JE

\O

DE

SC

RIP

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MU

LA

Mal

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Mal

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Var

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Cte

rrvR

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Aum

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)

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)

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bierta

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los

cond

ucto

res

K1y

K2 3

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dos

por l

as fig

. 3.9

r ra

dío

de u

n cir

culo

con

igua

l ara

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chad

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mal

a (m

)

d2 d

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da la

varill

a (m

)

n nú

mer

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vnrü

tos

loca

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as e

n e)

área

k1, k

2y K

son

coef

icien

tes

dado

s po

r las

fig. 3

.3; 3

.10

h2 lo

rtgto

ddel

avor

ilaen

term

da

R11 -

R21

resis

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tos

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L" lo

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)

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)

Cco

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lemen

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fecto

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tera

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el H

dado

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. 3.10

pgaf

res

i&irv

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del e

lemen

te q

uím

ico C

AF

a) R

m=

|p/(

R.L

)) x

|Ln(

2.L/

raíz

(dl.h

1 ))

+ K

l.iyr

alz(

A)-

K2|

b)

Rm =

|p/(

4.r

)] +

|p

/Ll

dond

e r=

0.56

x raí

z (A)

a)

Rw

=[p

/(2.

Pi.

n.h2

)|x{

ln(8

.h2/

d2)-

1*I(

2W.h

2)/r

3fz[

A))

x(ra

íz(n

)-1

b) R

v = [p

/(2.P

i.h2J

)R

w=

(Rv.

K)/

n

a)

R12

= R

21

*|p

/[R

.L)]

x|h

(2.U

h2

) tk

1.U

raíz

(A)-

K2+

R11

= R

m x

R

22=R

wR

c*[(

R11

xR22

)-(R

12r2

) /

[R11

+ R

22-2

.R12

]b)

R

c = [p

/H.r

]|M

p;(

L +

L")]

c) R

c=p.

[l/ra

íz(2

0A)x

(U l

/(l

Rvq

= C .R

v do

nde

C *

0.2

valor

típico

pta

= E.

pgaf

+ (1

- E)

p

dond

e pg

af =

0.8

ohrm

netro

s

Rvqa

= |c

.p1a

/(2.

pi.h

2)|x

lln|(

4.h2

/d2)

-lD

Nota

: El c

áculo

de

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siste

ncia

de lá

mal

a se

em

plea

e] m

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Lau

enty

de S

chwa

rz-i- 00

149

3.3.2 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

La central Quito-Centro debe contar con una apropiada conexión a tierra de baja

resistencia, para una operación eficiente de cada uno de las instalaciones de la central

y a su vez servir de protección tanto para los equipos como para el personal en el

momento que se presenta una falla, cortocircuito o descarga atmosférica.

Para una mejor comprensión de la situación actual del sistema de tierra, se procede a

elaborar los correspondientes diagramas unifilares, cuyos planos se presentan en el anexo

B de acuerdo con las inspecciones realizadas y por información proporcionada por el

departamento de fuerza del EMETEL región Rl. Se considera oportuno citar los

siguientes problemas que presenta la red luego de la revisión efectuada:

El cable destinado al apantallamiento de la Central de Tránsito Nacional o ARM no

se encuentra conectado a sistema de tierra alguno. Se recomienda conectar al

conductor de tierra que lo atraviesa, para el buen funcionamiento de la central.

La estación de Radio Transmisión (Tx) se encuentra sin tierra de protección., su

cable se halla desconectado cerca de la toma de tierra # 4, se debe proceder a su

conexión.

No se dispone de barras colectoras en los sistemas de tierra # 1 y # 2, esto trae

como consecuencia el no poder determinar de una manera simple si hay una

conexión separada de los equipos de las centrales QC1, QC2 y ITMC. En este caso,

resulta necesario instalar dichas barras para mejorar la distribución de la red.

Hacen falta pozos de revisión y ductos en las tomas de tierra #1, # 2, # 3 las cuales

se encuentran bajo pavimento, a fin de realizar labores de mantenimiento y

medición de su resistencia. El mantenimiento debe efectuarse al menos una vez al

año introduciendo soluciones químicas o agua para mantener una resistencia

constante; toda vez que el piso, como ya se señalo, es pavimentado.

150

En vista a que un sistema de puesta a tierra es de vital importancia, es necesario que se

trate de solucionar de la manera más técnica los problemas existentes en el sistema de

tierra de la central Quito-Centro. El problema se hace más crítico, mientras existan

valores diferentes de resistencia de tierra, las tomas de tierra permanezcan independientes

y algunas se continúen desconectadas.

A continuación se analizan las posibles soluciones:

1. Dado que en el lugar existen cinco tomas de tierra que sirven para el aterrizaje de

las distintas instalaciones, sería conveniente una interconexión entre sí, a través de

un conductor anular. Ello permitirá obtener un mismo punto de referencia a tierra

para todos los sistemas, así mismo obtener una resistencia de tierra baja.

2. Se puede instalar en su predio una nueva malla de puesta a tierra general que sirva

para el aterrizaje de cada uno de las instalaciones, con lo cual se conseguirá resolver

cualquier clase de problema ocasionado por la deficiencia de las tomas de tierra

existentes, además se tendrá un mejor nivel de referencia para toda la central. Una

posibilidad de diseño, es la solución malla-varilla por las condiciones favorables que

ofrece el terreno para su construcción.

3.3.2.1 SOLUCIÓN 1

Al disponer cada uno de los sistemas de la central de su propia toma de tierra se pueden

unir en un solo punto todas ellas mediante un cable de cobre # 2/0 AWG. Con ello se

logrará una mejor integridad de las puestas a tierra y en consecuencia se limitará la

diferencia de potencial entre ellos y sus equipos asociados.

Se debe comprobar el estado actual de las cinco tomas de tierra existentes, con el fin de

proceder a la inmediata reparación de los defectos que se encuentren. Para ello, se

procedió a medir su resistencia (véase capítulo 2.2.5 proceso de medición) y se encontró

que excepto la P.A.T. # 2, las demás presentan valores de resistencia adecuados. En

151

conclusión, las tomas de tierra presentan una buena confiabilidad en su funcionamiento;

es decir, presenta un valor de conexión a tierra confiable.

En la figura 2.15 se presenta el plano de la planta baja donde se muestra la ubicación

de las diferentes tomas de tierra. Dicho plano, será de gran ayuda para determinar el

trayecto del tendido del cable anular a ser instalado.

Para el mejoramiento del sistema de puesta a tierra de Quito- Centro se propone el

siguiente diseño, mismo que se ha definido como el más conveniente:

Se efectuó un análisis del camino que debe recorrer el conductor de enlace, se

seleccionó como alternativa el trayecto representado en la figura 3.11. Téngase

presente que la línea de tierra debe ser instalada en lo posible a nivel del suelo y

que rodee toda el área disponible. Puede también enterrarse electrodos copperweld

de 5/8"(16mm) x 1,8 m. a lo largo del recorrido del cable, en lugares que sea

factible para asegurar una menor resistencia.

Se ha determinado que para el tendido del cable es necesario alrededor de 150

metros de conductor de cobre desnudo número 2/0 AWG (70 rnm2). Se recomienda

que sea continuo, sin cortes en su trayectoria.

La conexión entre las tomas de tierra con el conductor anular se las debe realizar

mediante conectores de perno hendido de cobre o por puntos de suelda exotérmica,

siendo la mas recomendada la segunda ya que tal conexión tiene características

electomecánicas que hacen que se comporten como si fuera parte integral de un solo

conductor homogéneo.

A este punto central deberán llegar en forma independiente y lo más corto posible

las líneas de tierra de cada barra colectora # 3, # 4, # 5 y también las barras # 1 y

# 2 a ser instaladas en los sitios escogidos, como se muestra en los planos de las

figuras 3.11 y 3.13. La barra colectora puede ser de 50 cm x 3" x 1/4".

152

Adicionalmente se va a requerir la oportuna reparación de la toma de tierra # 2, ya

que la resistencia que presenta (13 fí) es mayor que la requerida (mínimo 5 fi), se

puede disminuir su resistencia introduciendo agua con sal con el fm de humedecer

el terreno o variando el contenido químico del terreno añadiendo chocóte o GAF.

En caso de no obtener el valor deseado se puede considerar como una alternativa

la instalación de una nueva toma de tierra con el siguiente diseño:

a. Con varillas convencionales:

Parámetros de diseño y cálculos:

p = 28.4 ohmios-m (ver capítulo 2.2.5 proceso de medición)

Longitud del electrodo h2 = 10 pies = 3 m

Diámetro del electrodo d2 = 3/4" = 19 mm

n = 2, no se puede incrementar el número por el área disponible.

K = 1,16 (tornado del graneo 3.9)

HI = 2 x h 2 = 2x3 =6m

Rv = [p/2.7r.h2] . In[(4.h2/d2)-l]

Rv = 28,4 / (2 x TT x 3) x ln[(4 x 3 / 05019) - 1]

Rv = 9,68 Q

Rnv = (Rv.K) / 2

R2v = (9,68x1,16)7 2

R2v = 5,6 Q

A fin de disminuir esta resistencia, tenemos la posibilidad de acondicionar el

terreno. En este caso, se considera la excavación de un hoyo de 1 pie (0,30 m) de

radio y rellenado con GAF. Los cálculos son como sigue:

E = 0,68 (obtenido del gráfico 3.9)

153

PGAF = 0,8 fi-m

Rva = [pta / 2.7r.h2] . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rva = {[E.pGAF + (1 - E).p] / (2.7r.n2)} . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rva = [(0,68).(0,8) + (0,32).(28,4)] x 0,341

Rva = 3,28 Q

Rnv = (Rva . K) / 2

R2v = (3,28x1.16)7 2

R2v = 1,9 0

b. Con varillas químicas (Chem-Rod): Para esta opción, también se acondiciona el

suelo. Así, se estima un hoyo de 1 pie (0,30 m) de radio y relleno con GAF.


Longitud del electrodo h2 = 10 pies = 3 m

Diámetro del electrodo d2 = 2,5" = 63,5 mm

Rvqa - (0,2) . {[E.pGAF + (1 - E).p] / 2.7T.h2)} . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rvqa = (0,2) . {[(0,68).(0,8) + (0,32).(2834)] 7 (2 x TT x 3)} x ln[(4 x 3 7 030635)

-1]

Rvqa = 0,54 Q, de acuerdo con lo especificado por el fabricante tal valor se alcanza

después de pocas semanas.

3.3.2.2 SOLUCIÓN 2

En la práctica, se recomienda tener un solo punto de puesta a tierra para toda la central.

La situación que presenta Quito-Centro, demanda un rediseño completo de la red de

tierra existente lo que técnicamente complica la implantación de la malla de tierra

propuesta. Sin embargo, se puede considerar los siguientes pasos para su diseño.

154

Primero, es necesario analizar las posibles ubicaciones de la malla, en este caso se

sugiere que se instale en el patio del parqueadero # 1, localizado en la entrada

principal por el lado de la calle Benalcázar, dado su libre acceso, espacio físico

disponible, que facilitará su ejecución.

La resistencia de tierra desde la central hasta la toma de tierra debe ser,

considerando el equipamiento existente y la protección contra descargas

atmosféricas, máximo de 5 0.

Antes de proceder a los cálculos es necesario realizar el análisis de las

características del terreno, donde se va instalar la malla, se ha tomado para fines del

diseño un valor de resistividad aparente de 28.4 Q-ms que corresponde a un suelo

tipo arcilla con compuestos orgánicos (proceso de medición que describe en el

capítulo 2.2.5).

Para evaluar la intensidad de la corriente máxima debido a cortocircuito simple

(línea-tierra) en la red de distribución DC de la central, en base a la figura 2.30,m

donde se indican los valores de resistencia de las baterías, cables de baterías y

cables de distribución que intervienen en el cálculo; se tendría que:

Id = E / ( Ri + Rd + Ra)

Id = 50 / (4 + 45 4- 1) mQ

Id = 1000 A

Esta intensidad de comente lleva a la conclusión de que la malla debe ser

construida con cables del calibre apropiado para soportar la misma. En la práctica,

con el fin de asegurar la suficiente resistencia mecánica se recomienda que se use

el # 2/0 AWG.

A continuación, dentro de esta alternativa, se presentan los cálculos de la resistencia

a tierra.

155

a. Diseño y cálculo de la combinación malla-varilla: De acuerdo al gráfico de

diseño 3.14.a, se tiene;

Parámetros de diseño:

p = 28.4 ohrnios-m

L = (7 x 3).(4 x 5) = 41 m

A = 7 x 4 = 28 m2

ffl = 2 x h 2 = 2x 1,8 = 3,6 ni

Datos del conductor horizontal:

Sección del cable de cobre 4/0 AWG = 107,22 mm2

Diámetro del cable di = 11,684 mm

hl = 1 m

Datos de las varillas verticales:

Longitud del electrodo h2 = 6 pies = 1.8 m

Diámetro del electrodo d2 = 3/4" = 19 mm

Para evaluar los coeficientes de Kl y K2 a la profundidad hl se establece que este

es igual a 1/5 del área ocupada, entonces se debe emplear valores inferiores a la

curva C de los gráficos 3.93 a partir de estas consideraciones se tiene que:

X = b/a=7/4= 1,75

Kl= 1.03 yK2 = 4.5

Reemplazando los valores en las siguientes expresiones se tiene:

156

Por el método de Schwarz:

Cálculo de la resistencia de Malla.

Rm = [p I (TT.L)] . [ln(2.L / V^.hO) + Kt.(L /VA) - K2]

Rm = 28,4 / (TT x 41) x [ ln(2 x 41) / 03108] -í- (1,03 x 41) /V28 - 4.5]

Rm = 1,47 Q

Cálculo de la resistencia de varillas múltiples.

Rnv = [p I (2.7r.n.h2)] . [In(8.h2 / d2) - 1 + (2.K,h2 /VA) . (Vn-1)2]

R6v = [28,47 (2 x TT x 6 x 1,8)] x [In (8 x 1,8 / 0,019 ) - 1 -í- (2 x 1,03 x 1,8 /V28)

x (V6 - I)2]

R6v = 2,97 Q

Cálculo de la resistencia mutua del arreglo.

-12 = R2i = [P / O-L)] • [ln(2.L/h2) + K!.(L /VA) - K2 + 1]

i2 = R2i = P8,4/7r x 41] x [ln(2 x 41/1.8) + (1,03 x 417/28) - 4.5 + 1]

12 = R21 = 1,30 Q

Rn = R m y R 2 2 =

Re = [Rn R22 - R122] / [Rn + R22 - 2.R12]

Re = [1,47 x 2,97 - (1,30)2] / [1,47 + 2397 - 2 x (1,30)]

Re = 1,83 Q

Por el método de Laurent:

Cálculo de la resistencia de malla.

Rm = p I (4.r) + p I L

Rm = 28,4 / (4 x 2,99) + 28,4 / 41

157

Rm = 3,06 Q

Cálculo de la resistencia del arreglo.

Re = p / (4.r) + p I (L + L")

Re = 28,47(4 x 2,99) + 28,47(41 + 10,8)

Re = 2,92 O

o bien:

Re = p.{[l//(20.A)] . [1 -i- 1/(1 + h V(20/A))] + 1/(L + L")}

Re = 28,4 {[1A/(20 x 28)] x [1 + 1/(1 + 1 xV(20/28))] + 1/(41 + 10,8)}

Re = 2,41 Q

b. Diseño y cálculo con varillas químicas: Es una alternativa muy interesante que

debe ser tomada en cuenta. Para disminuir la resistividad, se debe acondicionar el

terreno mediante la perforación de hoyos de 2 pies (0360 m) de diámetro y rellenado

con GAF (véase el gráfico de la figura 3.14.b).


p = 28.4 ohmios-m

HI = 2,2 x h2 = 2,2 x 2,5 = 5,5 m

Datos del conductor horizontal:

Sección del cable de cobre 2/0 AWG = 70 mm2

Longitud de cable L = 5,5 m aproximadamente

Datos de las varillas químicas (Chem-Rod):

Longitud del electrodo activo h2 = 8 pies = 2,5 m

Diámetro del electrodo activo d2 = 2,5" = 63,5 mm

158

K = 1,16 y E = 0,68 (obtenidos del gráfico 3.10)

Rvqa - (0,2) . {[E.pGAF -i- (l-E).p] / 2.T.h2)} . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rvqa = (0,2) . {[(0,68).(0,8) + (0,32).(28,4)] / (2 x TT x 2,5)} x ln[(4 x 2,5 I 0,0635)

-1]

Rvqa = 0,62 O, valor mucho menor a los 5 ohrnios recomendados.

Cálculo de la resistencia de varillas activas múltiples:

Rnvq = (Rvqa . K) / 2

R2vq=(0,62x 1.16) / 2

R2vq = 0,36 Q3 tal valor se alcanza después de pocas semanas.

De los resultados obtenidos teóricamente se puede establecer que el uso de los

electrodos activos reemplazan con mucha ventaja a los sistemas tradicionales, ya

que garantizan el que se tenga en forma permanente una resistencia de puesta a

tierra baja.

Si bien, la instalación de la malla de puesta a tierra va estar supeditada en gran

medida a su costo, es importante tomar en cuenta también su eficiencia en el

tiempo; considerando que los patios en la central Quito-Centro son pavimentados,

el uso de electrodos activos es la mejor solución por el tratamiento permanente que

tendría el suelo y como resulta del mismo, una resistencia menor.

Ejecución de la obra: A continuación se resume el procedimiento a seguir para la

alternativa a), de forma similar será para b). Véase los gráficos de las figuras 3.14

y 3.15.

En primer lugar se debe realizar el levantamiento de la capa de pavimento para

luego proceder a una excavación de una zanja de 4 metros de ancho por 7 metros

de largo hasta una profundidad de 1 metro, para colocar allí los cables.

159

El diseño contempla la ubicación de 6 electrodos verticales, pudiendo ser estos de

cooperweld de 1.8 metros de largo espaciados por el perímetro. La malla se

realizara con conductor de cobre desnudo # 4/0 AWG (100 mm2) formando una

retícula de 1,75 m x 2 m en una área de 7 m x 4 m, y una varilla extra en su parte

central que será accesible en la superficie del terreno.

Una vez realizada la excavación para la puesta a tierra, se debe tratar el terreno

mediante una mezcla de agua y sal unas tres veces; además, sobre los conductores

de la malla al rellenarse es conveniente que se lo haga con chocoto o con un relleno

conductivo GAF alternando con capas de tierra para su compactación a fin de

mejorar la conductividad del suelo.

Las uniones que forman la malla deberán estar firmemente unidas entre si mediante

soldadura exotérmica, de igual manera se procederá con la conexión de las varillas

que se entierran en su contorno para obtener una fusión de los conductores

mejorando así el valor de la resistencia. Con respecto al conductor de enlace que

une el electrodo central de la malla con la barra colectora principal de tierra se la

tiene que instalar mediante un perno de presión o abrazadera. Así, sobre la malla

instalada se procederá nuevamente a pavimentar el patio para el uso de parqueadero.

A lo largo del tiempo se debe realizar operaciones de mantenimiento para lo cual

se debe disponer de un pozo de revisión de 0340 m x 0,40 m, para poder introducir

agua con sal o cualquier producto químico a fin de aumentar el contenido químico

del suelo y el control del contenido de humedad. Además, para realizar mediciones

posteriores del valor de la resistencia de la malla y comprobaciones del nivel de

humedad. En la figura 3.15 se detalla el pozo de revisión a construir.

Finalmente, disponer de una barra colectora principal de tierra de material de cobre

de 1 m x 3" x 1/4 ", de donde saldrán cuatro conductores secundarios # 1/0 AWG

(50 mm2) para el aterrizaje de las distintas centrales. Se considera adecuado la

instalación de la barra en el local destinado a bodega cuya entrada es por el

160

parqueadero #1, como se muestra en el croquis de la figura 3.12.

De lo expuesto se concluye, que la instalación de electrodos activos junto con el

tratamiento o reemplazo del suelo contenido en el volumen HI (chocóte, bentonita o

GAF) es la mejor solución. Así se tiene que mientras la malla de tierra con 6 electrodos

convencionales de 3/4 pulgadas x 6 pies es 2 Q, la resistencia de una varilla química de

2.5 pulgadas x 8 pies, es 0,6 Q, es decir, 70% más baja.

1.40

1.35

_ 1.30

* 1.25LÜt; 1.20

y 1.15

í 1-10g 1-05

0 • 1.000.95

0,900.85

7,0

cw 6.5!s¿tu 6,0

2 5.5LU

0 5.0

Ü3 4-5

8 «3.5

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LONGITUD / ANCHO = X

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CURVA APara Prof. h = 0CURVA B _,1 ,Para h — . _ WAreaCURVA CPara H ~ ~— \/Area

6 *

1 2 3 4 5 6 7 8LONGITUD / ANCHO = X

Fíg. 3.9 Ceficientes Kl y K2

CO

NS

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AN

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; K

O O O o 8 o,

cu W

o o o o a

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5 °

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M. y o- 4 o o

162

CALLE CUENCA

ÍJ-¡ UP.A.T #3

Barra daInternac.

Hacia QST2In te rnac .

Parqueadero# 1

Electrodo*copperwt ld

/* (2/0 AWO : 70 mm )

\1

PLANTA BAJAReadecuación del sistemade tierra a través de unconductor anular

Cable Instalado

••/•• Cable a ser Instalado

EB Malla de tierra

» Puntos de suelda

B. Colectora a ser}' Instalada

Electrodos a ser

/ Parqueadero , [/ # 2 <R

jTS" i")/,. ^ Hacia las central»'I ri )

CALLE BENALCAZAR

Flg. 3.11

CALLE CUENCA

163

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Hayi?

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(1/0 AWG : 50 mm

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1/ 'rjp

Electrodos''Parqueadero copperw.|d

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S=r-

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1

— nK A

PLANTA BAJA

Readecuación det sistemade tierra a través deuna nueva malla de tierra

••/•• Cable a ser Instalado

| | | Malla de tierra

» Puntos de suelda

i , ,A, B. Colectora a ser"* *"< ) instalada

Electrodos a ser® enterrados

Hacia el pa- Hac|a c| Eq

rarrayo» (T1) | da RHd|0

t Í7-T (4° Pl*0)

rk — " n nHac aXv>^^- U « ITMC

^n*p^-T*4\n1 T — r—

Z l —•^

Parqueadero V^-— 1/ # ~ -1-i

L ^y-'-í-j ' \S< "-J- -1 r

,— A , j^i

-1\l ^ H :-p p qp^ Hacia las central»» ;

- i iK Sr- - K rn= - 1 1

CALLE BENALCAZAR

Fig. 3.12

SIS

TEM

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DE

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RR

A

DE

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S

SIS

TEM

A

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RR

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ra

a se

r in

stala

da

Rg.

3.1

3O

sj-

165

a) CON ELECTRODOS CONVENCIONALES

Varilla Copperweldpara punto deReferencia

Cable de Cobredesnudo 4/0 AWG

Detalle A (Pozo Punto de sueldaexotérmica

\n Mineral

o Chocóte

Varilla copperweld3/4"(19 mm) x 1,8 m

b) CON ELECTRODOS ACTIVOS

Cable para puntode referencia

Detalle A (Pozode revisión)

Cable dedesnudo

Cobre2/0 AWG

Varilla Chem-Rod2.5"(63 mm) x 2.5 m

Huecorellenadocon GAF

Fig. 3.14

a) POZO DE REVISIÓN DE LA MALLA DE TIERRRA

166

0.5

0.5

1.8

MitmpQftorfa<ta ladrillo

0.4

T*.

Malide VWtocopjiawrtdpara punto d«

Vartla copperweM"3/4'(iemm3x1,8m

grano

DETALLE A

b) POZO DE REVISIÓN DEL SISTEMA CHEM-ROD CON CONTROL DEHUMEDAD AUTOMATIZADO

HumedecedorSolar

Chem-Rod

'Contenedor delPozo da Acceso

- - ^»—-N •"•^." <r . -». -

Fig. 3.15

167

3.4 DISEÑO Y ALTERNATIVAS DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

3.4.1 ZONAS DE PROTECCIÓN

Como se conoce no existe un método por medio del cual se pueda evitar la ocurrencia

de las descargas atmosféricas; por esta razón las soluciones se han orientado a los

sistemas de protección (apantallamiento) contra descargas directas, mismos que permiten

interceptar y desviar a tierra antes que alcance a una estructura o equipo en general.

Existen varias técnicas de diseño para el cálculo y determinación de las formas

geométricas de las zonas de protección ofrecida por los sistemas de pararrayos a fin de

interceptar a los rayos y poder controlarlos.

3.4.1.1 CONO DE PROTECCIÓN

El cono de protección es el método más antiguo contra las descargas atmosféricas

directas, este describe un volumen o zona de seguridad alrededor del elemento captor

(pararrayos). Por lo tanto, las instalaciones que se encuentren dentro de esta superficie

cónica tendrán una incidencia mínima de ingreso de descargas.

La limitación que presenta este concepto es cuando se aplica a estructuras muy elevadas,

pues hace pensar en la existencia de volúmenes de protección muy grandes, ya que la

zona estimada es función de la altura de la estructura del pararrayos (torre).

En la actualidad de acuerdo a la norma IEEE S&D 142-1972, la relación de seguridad

altura/base del cono es de 1:1 para casos de protección importantes y 1:1.5 para casos

de menor importancia. Para la norma Draft IEC [Ref. 17] establece que las zonas de

protección se basen en ángulos de proyección, tales ángulos deben reducirse conforme

se incrementa la altura de la estructura, pero tal reducción no elimina por completo el

riesgo de una descarga sobre el área protegida. Véase la figura 3.16.a.

168

Según Sargent [Ref. 19], el ángulo de protección de un pararrayos de altura h, está dada

por la siguiente expresión:

Tg 6 = 50.8 /(h°-707)

r = 50.8 x h°'293

[3.4]

P-5]

En la que: 6 = ángulo de protección.

h = altura del pararrayos en pies,

r = radio del área protegida.

Aunque este método de diseño no toma en cuenta las magnitudes de corriente de

descarga probable al evaluar la zona de protección, ofrecen una herramienta gráfica

simple para establecer el número de terminales de aire a ser instalados. Pero, sólo se

aplica este concepto de protección para estructuras de baja y mediana elevación.

a) Conos de Protección

b) Radios de aproximación.

Di = r

Fig. 3.16 Zonas de protección

3.4.1.2 RADIOS DE APROXIMACIÓN

De acuerdo al modelo electrogeométrico, un canal de conducción explora un punto de

169

descarga en las proximidades de las estructuras más cercanas (elevadas) dentro de su

trayectoria. Así pues, cuando el canal alcanza la denominada distancia crítica de

atracción entre la punta del canal y el punto de impacto, da origen a la descarga

principal o retorno de impacto. En esta situación a la distancia crítica se la denominada

distancia de impacto Di (véase capítulo 2.3.3).

En donde; la zona de protección se sitúa en el interior del cono que tiene forma de una

envoltura circular (Fig. 3.16.b). Los valores de los radios de la envolvente Di dependen

de la carga del canal, y por lo tanto de la magnitud de la corriente del rayo. Luego

entonces, a mayor carga se tiene un mayor radio.

El método aquí descrito permite evaluar zonas de protección para toda clase de

corrientes de rayos esperadas sobre una región determinada, ya que el valor de la

magnitud de corriente del rayo determina la altura del pararrayos a instalarse. De donde

se tiene:

r = h [3.6]

Donde r es el radio de la envolvente, el cual es pequeña para valores de comentes de

descargas débiles y, h es la altura del pararrayos.

3.4.1.3. CILINDRO DE PROTECCIÓN (GOLDE)

Golde introduce el concepto de zona de atracción sobre los sistemas de pararrayos

verticales. El autor asume que el punto de incidencia de una descarga, está relacionado

con la altura del pararrayos (h) y por la distancia de impacto (Di). En la fígura 3.17.a

se observa que cuando la punta del canal descendente se aproxima hacia el punto P de

la estructura desde cualquier ángulo e ingresa a la zona sombreada con líneas

horizontales, será atraída por el pararrayos, pero si ingresa en la zona sombreada

verticalmente será atraída hacia el suelo. La zona libre de riesgo dado por el pararrayos

se describe mediante un cilindro alrededor de él, cuyo radio de la base estará dado por:

170

r = (2DLh - h2)"2

r = Di

si Di > h

si Di < h

[3-7]

[3.8]

Vemos entonces, que la zona de protección del terminal de aire es función de la altura

del pararrayos y de la magnitud de la comente de descarga, esto conduce a tener

diferentes zonas de protección en un mismo lugar. Podemos concluir que las

edificaciones localizadas en el interior del cilindro tiene una mínima probabilidad de

incidencia de descargas directas sobre ellas.

a) Método de Golde

Fig. 3.17 Modelo teórico para el cálculo de la zona de protección

El valor de la distancia de impacto, es obtenida de la curva de la figura 2.20, donde se

relaciona la distancia Di con la magnitud de comente de descarga.

3.4.1.4 MÉTODO DE LINCK

El método de Linck, se basa en el modelo electrogeométrico, esto significa considerar

el proceso de aproximación de descargas de los rayos a objetos sobre tierra para

determinar la zona de protección de los mismos, además toma en cuenta el nivel

isoceráunico de la región, y por lo tanto la densidad de descargas a tierra para evaluar

171

la efectividad del apantallamiento.

En la figura 3.17.b, se describe el concepto de la zona de protección, que viene dada por

una semiesfera de centro en el punto T localizado a una altura h (el punto más alto de

la estructura), y de radio rs siendo B el punto de intercepción con la trayectoria de la

descarga vertical Iv. Es posible, entonces evaluar la distancia crítica a tierra (rSG) y al

punto T (rs). El área efectivamente protegida por T contra descargas atmosféricas

directas, es proporcional ala cuerda AB. Por consiguiente, una descarga que descienda

sobre el área protegida, será atraída al punto T si se aproxima dentro de una distancia

crítica [Ref. 19].

rL = [rs2-(rsG-h)2]I /2 si rs > h [3.9]

rL = rs si r s <h [3.10]

rs = 7.1 xl°'75 gil]

rSG = KS GxrS G [3-12]

Siendo: rL = radio del área protegida.

I = corriente de descarga en KA.

KSG = constante dependiente del tipo de objeto que se asume como punto

de incidencia de descarga.

rs y rSG = distancias críticas que determinan el punto final de incidencia.

Por lo tanto, en teoría el radio rL es función de la intensidad de corriente probable de

descarga y de la altura, es decir, a mayor valor de los mismos mayor será rL.

El área protegida por el punto T se determinada por la relación:

A = T . ( r L ) 2 [3.13]

Donde A el área total protegida, aproximándola a un rectángulo de longitud L y ancho

W.

172

Además, el método de Linck permite una estimación de riesgo de falla del

apantallamiento de una en cien años y se la expresa como sigue:

Y" = Y . (3.84 / DOFD) = Y . (25 / NISO) [3.14]

Donde: Y" período de protección real corregido.

Y período de protección tomado como base (100 años).

DGFD densidad de descarga a tierra por kilómetro cuadrado, por año.

NISO nivel isoceráunico de descargas por año.

3.4.1.5 VOLÚMENES DE COLECCIÓN

La obtención del volumen de colección es un concepto de diseño que debe ser entendido

mediante el proceso de aproximación del canal del rayo. La carga negativa Q depositada

a lo largo del canal descendente produce un rápido incremento del campo eléctrico entre

el canal y puntos sobre el suelo. Cuando el valor del campo alcanza el valor crítico,

desde tierra se forman varios flujos ascendente que se propagan a fin de interceptar el

canal. La distancia en la cual ocurre aquello se la denomina distancia de impacto Di.

En la figura 2.19:a. se muestra como es posible formar una distancia de impacto

semiesférica alrededor de un punto sobre el suelo. La distancia de impacto revela que

los canales de conducción con carga eléctrica débil se acerca mucho más a puntos del

suelo antes de alcanzar las condiciones críticas para el inicio del flujo (canal) ascendente.

Desafortunadamente este método sencillo de creación de una distancia de impacto

semiesférica no es infalible en la práctica. Adicionalmente se debe tomar en cuenta el

parámetro de velocidad relativa de propagación entre los canales descendente /ascendente

formulado por Ericcson [Ref. 17], este factor de velocidad indica que los canales de

conducción registran un cierto radio de atracción R desde el punto escogido.

En la figura 3.18 se puede apreciar el lugar geométrico semiesférico junto con el trazado

173

de la parábola límite, obtenida a partir del factor velocidad que completa nuestro

volumen de colección. De modo que el canal descendente o rayo que ingrese al volumen

se asegura teóricamente la intercepción con el flujo ascendente lanzado desde la base de

la parábola. También, es probable que un canal que lleve el camino trazado por la

parábola puede no ser interceptado.

Los volúmenes de colección llegan a ser tan extensos con el incremento de la carga del

canal lo que produce traslapes en el área de captura cuando consta de varios terminales

de aire. En el caso, de estructuras altas la disposición vertical de la zona de seguridad

puede ser excesiva, lo que conduce a tener unos 15 grados de inclinación a ser aplicado

desde lo alto del borde del volumen de colección. La figura 3.18 muestra la aplicación

de este concepto.

Parábola límitede velocidad

Descarga 1

DI para un canalde conducción ddlI coulomb de carga

.nal sinLerseptar

Di parji un canalde conlduccón de

kjO,5 c ulomb de carga

r es el radío del áreaprotegida

Fig. 3.18 Concepto de volúmenes de colección

3.4.2 EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE LA INCIDENCIA DE

DESCARGA O RIESGO DE EXPOSICIÓN EN UNA INSTALACIÓN

En la actualidad la probabilidad de incidencia de las descargas atmosféricas se registra

por medio de dos métodos:

174

1. Nivel isoceráunico (NISO) el cual nos indica el número de días de tormenta por año

que se pueden dar en determinadas zonas geográficas. Este método utiliza los servicios

meteorológicos, los mismos que disponen de mapas isoceráunicos. Si bien estos mapas

pueden ser una guía, que deben ser usados con la debida precaución, pues allí no indica

el número de descargas de rayos que puede ocurrir en días de tormenta. En zonas

templadas el nivel isoceráunico oscila del 1 al 100 y en zonas tropicales puede alcanzar

los 260, por consiguiente cuanto más alto sea el mismo, mayor será la posibilidad de

caída del rayo.

La probabilidad máxima de un día de tormenta es: NISO / 365 P-15]

2. Densidad de descargas a tierra (DGFD) expresa el número de descargas a tierra que

se espera por km2, por año. Este método es el más confiable y adecuado para determinar

la probabilidad de riesgo de la caída del rayo en una instalación pero tales cálculos debe

ser vistos con cautela. Los valores típico de GFD que se han obtenido para áreas

geográficas con una actividad moderada de descargas poseen un valor de GFD entre 1

a 3 por km2, por año. En cambio para áreas con actividad baja de descargas el GFD es

alrededor de 0.3 a 0.5 y entre 7 a 15 para zonas con alta actividad de descargas.

La tabla 3.6 contiene un resumen de los valores GFD aproximados alrededor del mundo

en donde se relaciona con el nivel isoceráunico por año ISO [Ref. 18].

En base a la tabla 3.6 y al área de captura, se puede estimar la probabilidad del número

de descargas de rayos por año sobre una área A:

P = CA x 10'6 x DGFD por año [3.16]

Siendo; CA es el área de captura de la estructura en m2.

DGFD es la densidad de descargas a tierra por kilómetro cuadrado, por año.

175

ISO

Columna 1

Nivel

Jsoceráunico

5

7

10

15

20

30

40

50

70

100

Resultados para:

GFD por Km2, por año

Columna 2

Lfm. Infer.

Universal

0.1

0.2

0.3

0.4

0.7

1.1

1.7

2.3

3.8

6.0

Australia

Columna 3

Lím. Super.

Universal

1.2

1.7

2.3

4.0

5.0

6.0

8.0

10

15

20

USA y Europa

Columna 4

Promedio

Universal

0.4

0.6

0.8

1.3

1.9

2.6

3.7

4.8

7.5

11

Uso general

Tabla 3.6 Valores ISO y GFD

El período de regreso (R) es el inverso de la probabilidad y nos predice el número

promedio de años entre el cual se recibe una sola descarga.

R = 1/P años [3.17]

Por otra parte, para determinar los niveles de protección contra descargas atmosféricas

directas se la presenta en la tabla 3.7 [Ref. 27].

Nivel de

Protección

Muy Alta

Alta

Estándar

Media

Baja

Pico de

Corriente

3KA- 180KA

6KA - 150KA

10KA - 130KA

15KA - 130KA

20KA - 130KA

Probabilidad máxi-

ma de Protección

99%

98%

93%

85%

75%

Tabla 3.7 Ventanas de protección típicas

176

La columna 3 puede interpretarse como el porcentaje de descargas que inciden sobre la

instalación y son interceptadas por el sistema de apantallamiento. Vemos pues, que se

establece una correlación con el "período de riesgo de falla del sistema de protección"

definido por Linck.

3.4.3 PLAN DE DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN

La necesidad de proveer un sistema de protección contra descargas atmosféricas debe

asumirse en las primeras etapas de diseño, mediante la utilización de terminales de aire

(protector), con ello se logra disminuir el riesgo de accidentes ocasionados por los rayos.

Adicionalmente se debe disponer de equipos supresores de transientes (S/T) instalados

en la líneas de energía y de señal para la eliminación de aquellos transitorios de voltajes

y corriente que puedan introducirse en sus líneas.

Todo sistema contempla un plan de seis puntos básicos:

1. Elegir el punto o puntos de mayor probabilidad de captura del rayo. Esto incluye

la instalación de uno o más terminales de aire en los puntos más altos de la

instalación.

2. Transportar las descargas a tierra por caminos de baja resistencia. Para lo cual los

terminales de aire se conectan a uno o varios cables descendentes, esto permite

distribuir la corriente de descarga en uno o más caminos y, de ese modo, reducir

el peligro de una descarga lateral.

3. Depositar las descargas a tierra. Esto requiere de la instalación y mantenimiento de

un sistema de puesta a tierra.

4. Se debe proteger todas las líneas de energía que ingresen a las instalaciones de los

sobrevoltajes y sobrecorrientes.

5. Se debe proteger todas las líneas de entrada de datos (señales) de

177

telecomunicaciones de los sobrevoltajes y sobrecorrientes.

6. Eliminación de los lazos de tierra (ingreso de ruido eléctrico en modo normal o

común).

3.4.4 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS

De acuerdo a la inspección realizada al edificio de la central Quito-Centro, se establece

la existencia de un sólo sistema de pararrayos Pl localizado en la torre de antenas de

transmisión TI a una altura de 20 metros sobre la terraza del edificio E3 que tiene 18

metros de altura, el cual sirve de protección contra descargas atmosféricas directas. En

los gráficos del anexo C se puede apreciar la ubicación y la zona protegida por la varilla

Franklin del pararrayos.

Como se conoce los sistemas de pararrayos tienen por finalidad interceptar las descargas

de los rayos y conducirlos a tierra. Naturalmente, subsiste la posibilidad de que el rayo

no sea interceptado, por lo que se tiene un valor de riesgo de falla del apantallamiento,

todo ello será analizado más adelante

Por otra parte, el estado actual del sistema de protección Pl presenta los siguientes

problemas:

El cable aislado (#1/0 AWG) que parte desde la base de estructura de la torre TI

no está conectado a sistema de tierra alguno, se recomienda conectar al cable

principal del sistema de pararrayos PL

El cable principal (#2/0 AWG) que parte desde la varilla Franklin hasta la base de

la torre TI es aislado y luego es desnudo, que recorre la terraza del edificio E3 y

después baja hasta la toma de tierra # 4. A fin de evitar una descarga lateral hacia

los equipos instalados en la azotea o al personal, es necesario un aislamiento del

conductor en el trayecto de la terraza y paredes del edificio mediante tubo PVC

178

plástico o canaleta plástica. Obviamente en este caso, es preferible el cambio del

conductor por un cable aislado #2/0 AWG tipo TTU o triax.

La estructura de la torre de transmisión T2 (ITMC) esta conectada a la toma de

tierra # 4 mediante un cable desnudo #1/0 AWG. El calibre del conductor resulta

adecuado aunque no óptimo para el transporte de las corrientes de descarga del

rayo. Pues, puede ocurrir que parte de la descarga se escape por caminos de menor

resistencia, para lo cual se recomienda el aislamiento del cable desde la azotea del

edificio E2 hasta llegar a la toma de tierra mediante canaletas o tubo PVC plástico

o cambiar el cable por uno aislado #2/0 AWG tipo TTU o triax en todo el trayecto.

Cabe indicar que si se utiliza cable aislado, irá sujeto al piso y paredes del edificio

por medio de grapas o abrazaderas.

Debe disponer de un pozo de revisión en la toma de tierra #4, para la realización

de labores de mantenimiento, es 'decir, para mantener la resistencia de tierra

durante todo el año menor a los 5 ohmios.

A más de los problemas señalados, según información proporcionada por el personal de

planta y por el departamento de fuerza del EMETEL Rl, se ha observado que se recibe

periódicamente "algunos" impactos de rayos en la varilla Franklin del sistema de

pararrayos, sin producir hasta la fecha ningún daño a las instalaciones de la central. Pero

se ha de considerar como una información referencial debido a que no se tiene instalado

en el sistema un contador de rayos.

Por lo dicho consideramos las siguientes soluciones:

1. Mejorar el sistema de apantallamiento existente, es decir lo que se pretende en este

caso, es una readecuación de sus instalaciones.

2. Se. instale el denominado sistema 3000 (Dina-esfera) o el sistema DAS (Aparta-

rayos), que permiten prevenir la acción de descargas directas sobre las instalaciones

179

de la central.

3.4.4.1 SOLUCIÓN 1

Esta solución propone el mejoramiento del sistema de pararrayos P13 de acuerdo con las

recomendaciones anotadas anteriormente, de modo de optimizar las instalaciones ya

existentes. Además se analiza la conveniencia o no de la instalación de un pararrayos

adicional.

Alternativa a:

Como primer paso, vamos a evaluar la zona de protección en base al modelo

electrogeométrico desarrollado por Linck.


Nivel isoceráunico de la región NISO 40.

Altura de la torre #1 hTI = 20 m. Por lo tanto, es igual a la altura efectiva H.

y" = 62 años por falla.

Como se tiene instalado el sistema de pararrayos Pl, entonces se conoce los valores de

Y" y H. A partir de estos datos se puede determinar el radio del área protegida

mediante el gráfico E.5 del anexo E. Así tendremos:

rL = 52 m.

Del resultado y en teoría, se tiene que el sistema de protección instalado proporciona una

zona de protección suficientemente extensa (véase hoja [1-9] del anexo C), para proteger

a toda el área de la central contra descargas atmosféricas directas, incluyendo las torres

de transmisión T2, T3 y M4. Pero se puede considerar otras opciones para de esta forma

obtener varias soluciones, lo que permite a su vez, de entre estas opciones escoger la

más conveniente, en función de costos, facilidad de instalación, etc.

180

En lo que corresponde al valor de la probabilidad de falla del apantallamiento del

sistema P13 tendremos:


y = 100 años por falla para NISO = 25, según referencia [19].

y" = (25/NISO)-Y = (25/40). 100

Y" = 62 años por falla.

Este valor de riesgo de falla predice que durante el lapso de 62 años se puede presentar

una falla del apantallamiento. Sin embargo, puede mejorarse, si se considera la

instalación de un pararrayos adicional o, bien aumentar la altura del pararrayos existente

unos 5 metros más, con lo que se conseguiría aumentar el número de años de

probabilidad de falla del apantallamiento.

En estas condiciones, los valores rL (52 rn) y H (25 m); puede obtenerse Y" del área

protegida con el gráfico E.5 que consta en el anexo E. Entonces:

Y" = 85 años por falla.

Se elevo en 23 años más con respecto al valor actual de riesgo de falla, según a este

resultado se considera aceptable con respecto a los años de vida de servicio de una

central telefónica (35 años).

Alternativa b:

Para conseguir una mayor confiabilidad del sistema de apantallamiento se propone un

arreglo de dos sistemas de pararrayos. Para esta opción se presenta el siguiente diseño:

A más del sistema de pararrayos instalado se ha considerado un sistema adicional

a fin de generar traslapes en sus volúmenes de protección. Por lo tanto, tener una

181

mayor capacidad de intercepción de los canales de rayos que lleven la dirección de

los volúmenes.

La posición más conveniente de los puntos de captura a de ser los lugares más altos

del edificio, ya que se tiene la mayor posibilidad de recibir descargas directas. Por

la facilidad de instalación que ofrecen los puntos Tl(20m)3 T2(12.5 m) se escoge

los mismos para satisfacer la condición anterior.

En el plano de la planta alta de la hoja [8-9] del anexo C, se ve claramente la

ubicación de los pararrayos Pl, P2 junto con los trayectos de los conductores

descendentes, los mismos recorren un camino hacia abajo hasta la toma de tierra #4.

A continuación empleando los métodos del cono de protección, radios de

aproximación, Golde y Linck, se procede a realizar los cálculos de las formas

geométricas de las zonas de protección, para saber si es conveniente el sistema

propuesto.

Cabe señalar que para la determinación de la zona de protección por los tres

primeros métodos, se ha tomado en cuenta un rango de magnitudes de corriente de

descargas esperadas superiores a los 10 KA, los cuales tienen un 50% de

probabilidad de ocurrencia.

Es evidente que una protección 100% efectiva es virtualmente imposible y

ciertamente no es económicamente práctico, un valor del 93% es aceptable [Ref.

17].

Cálculo de la zona de protección por el método del Cono de Protección.


Pararrayos Pl:

Longitud de la varilla Franklin 1,5 m.

182

Altura de la torre # 1 hT1 — 20 m (incluye el pararrayos) ya instalado.

Altura de la estructura sobre el nivel del suelo hE1 — 18 m.

Altura total sobre el plano del suelo h} = hTI + hE1 = 20 + 18 = 3 8 m.

Pararrayos P2:

Longitud de la varilla Franklin 1,5 m.

Altura de la torre # 2 h^ = 12.5 m (incluye el pararrayos) debe ser instalado el

elemento captor o pararrayos.

Altura de la estructura sobre el nivel del suelo hE1= 14 m.

Altura total sobre el nivel del suelo h2 = h-^ + hE2 = 12.5 + 14 = 26.5 m.

Con los datos recogidos se procede a realizar los cálculos respectivos:

Para el Pararrayos Pl

r = hj; r = h, x tan45°, o sea, r = 38 m

r = (1.5) x hj, o sea, r = 57 m

r = 50.8 x h°'293 = 50.8 x (127.9)0'293 = 210 pies = 64 m

Para el pararrayos P2

r = h2; r = h2 x tan45°, o sea, r = 26.5 m

r = (1.5) x h2, o sea, r = 37,5 m

r = 50.8 x h°'293 = 50.8 x (86.9)0'293 =188 pies = 57 m

Nótese que la zona de protección es función de la altura de la estructura (edificio

-¡- torre + mástil).

Cálculo de la zona de protección por el método de los Radios de Aproximación.


Nivel de protección estándar del 93%, según la recomendación de la tabla 3.7.

183

Nivel de bloqueo inferior recomendado 10 KA [Ref. 17].

Carga del canal de conducción de 1 Culomb, valor obtenido de la tabla 3.9.

Radio de atracción Di 45 m (interpolación en la tabla 3.9).

El radio de la envoltura del volumen de protección del sistema de pararrayos Pl y

P2, cumplen con la condición h < r, por lo tanto:

r = Di, o sea, r = 45 m

Este valor significa que se puede instalar un pararrayos hasta una altura de 45 m.

Cálculo de la zona de protección por el método de Golde.


Nivel de protección estándar del 93%, según recomendación de la tabla 3.7.

Nivel de bloqueo inferior recomendado 25 KA según Golde.

Carga de canal de conducción de 1 Culomb.

Radio de atracción Di 40 m, obtenido a partir de la curva de la figura 2.18.

Para el Pararrayos Pl

Cumple con la condición Di > h

r = ( 2.Di.h - h2 )I/2

r = [ 2 x 4 0 x 3 8 - (38)2 ]m

r - 3 9 m

Para el pararrayos P2

Cumple con la condición Di > h

r = ( 2.Di.h - h2 )1/2

r = [ 2 x 4 0 x 2 6 . 5 - (26.5)2 ]I/2

184

r = 37 m

Nótese que los radios de la base del cilindro de protección proporciona suficiente

protección contra descargas directas, incluyendo a las torres de transmisión, pero debe

tener presente que cada/elemento captor atrae rayos y al hacerlo en mayor número,

mayor será la probabilidad de caída del rayo sobre el área protegida.

Cálculo de la zona de protección por el método de Linck.


y = 100 años por falla para NISO = 25, según referencia [19].

Área de la central, misma que incluye los edificios contiguos para tener una mayor

zona de protección A¡ = 90 x 70 = 6300 m2.

Número de mástiles n = 2.

Para lograr la solución propuesta se procede a los siguientes cálculos [Ref 19]:

Se divide el área total Á^ en dos áreas At.

Aj =6300/2 = 3150 m2.

Se determina el riesgo de falla del apantallamiento YL para el área AK

Y] = n.Y = 200 años

Luego se corrige para el nivel isoceráunico NISO 40

Y", = (25/NISO).Y} = (25/40).200

Y"j = 125 años por falla.

Se determina el radio del área protegida para cada subárea A} para los dos

pararrayos:

185

rL = (3150/7r)I/2

rL = 32 m.

Con los valores de Y'^ y rL calculados se obtiene con ayuda de la figura E. 5 del

anexo E, la altura efectiva H del elemento captor (altura de la torre). Luego

entonces:

H = 5.5 m.

En este caso, el valor de riesgo aumenta a 125 años, pero el apantallamiento tiene

el inconveniente de tener una altura muy inferior a las alturas de la torre de

transmisiones, lo que complica la instalación de un segundo pararrayos.

- . Con ayuda de los planos de vista del edificio (anexo C) se elabora los gráficos de

las zonas de protección de los dos sistemas de pararrayos. Cabe mencionar que el

trazado de los dibujos de las zonas son aproximados, ya que fueron elaborados en

forma manual por no disponer del software de diseños que disponen las empresas

dedicadas a esta actividad.

3.4.4.2 SOLUCIÓN 2

A fin de conseguir una zona de protección más efectiva contra los efectos de una

descarga directa, se propone las siguientes opciones:

a. La instalación del sistema 3000 (Dina-esfera) el cual crea una zona ionizada más

amplia y dinámica, lo que elimina la ineflciencia del flujo ascendente de conexión con

el canal descendente que presenta el tipo de pararrayos convencional, ya que al disponer

de fuentes radiactivas que emiten continuamente partículas radiactivas, provocando una

región ionizada del aire más amplia, liberando electrones, que proporcionan caminos

fáciles para las descarga del rayo en dirección al terminal captor o dinaesfera (mayor

186

Este es un sistema de pararrayos más seguro y confiable, la cobertura del pararrayos

alcanza hasta los 100 metros. En la tabla 3.8 se indica algunos valores de los radios del

área protegida por el sistema 3000 en la zona de Quito (véase con más detalle el ejemplo

de diseño de protección del sistema 3000 para la empresa cervecera adjuntado en el

anexo E) [Ref. 27].

SISTEMARE PROTECCIÓN 3000

Altura

Altura

Altura

Radio

del

del

edificio a nivel del

mástil (m)

total a nivel de]

de cobertura de

suelo.

suelo (m)

(m)

la dinaesfera (m)

21

5

26

98

8

5

13

SO

8

7

15

85

8

8

16

90

Tabla 3.8 Radios de atracción de la Dina-esfera

El análisis de diseño del sistema 3000 es por programa computacional, mismo que

facilita el análisis de los radios de atracción de cualquier estructura bajo diferentes

condiciones de descarga. Para la determinación de la zona de protección por programa,

es necesario conocer la amplitud de la corriente del rayo esperada (distribución

estadística), el cual ha sido objeto de investigación por muchos años; los valores han

sido obtenidos por mediciones y análisis teórico, por lo tanto no es muy precisa.

El programa computacional considera los siguientes factores: geometría de la estructura,

carga en el extremo del canal principal, altura de la estructura, relación de velocidad de

los canales ascendente/descendente, salientes de los edificios (bordes y esquinas),

intensidad del campo eléctrico, elevación y topografía del lugar y magnitud de la

descarga esperada o estadística de distribución de ocurrencia.

A manera de información se presenta el diseño del sistema 3000 para Quito-Centro:


Altura de la torre # 1 hT1 = 20 m.•TI

187

Altura de la estructura sobre el nivel del suelo hEI = 18 m.

Altura total sobre el plano del suelo h, = hT] + hE1 = 20 + 18 = 38 m.

Nota: Los siguientes datos son sólo valores referenciales obtenidos a partir del

anexo E.

Altura vertical nube-tierra H = 4000 m.

Nivel de protección 85%.

Carga del canal de conducción Q = 1.5 Culombios.

Velocidad de propagación canal/flujo V = 1.1.

Voltaje de ruptura del aire E = 3.1 MV/m.

De acuerdo a los datos anteriores y a la información presentada de la simulación del

ejemplo reportado en el anexo E, el radio de atracción de la dinaesfera se considera de

98 m. Dicho valor es aproximado, puesto que se requiere del programa para determinar

el valor real bajo las condiciones anotadas anteriormente.

b. La instalación del sistema DAS (Sistemas de arreglo de disipación o Aparta-rayos)

el cual evita que se den las condiciones atmosféricas para que se produzcan descargas

(rayos) en un sitio determinado. Las descargas son evitadas al reducir continuamente la

diferencia de potencial eléctrico entre el área protegida y la nube cargada, a niveles

inferiores de potencial de formación del rayo.

El elemento captor o disipador posee miles de pequeñas puntas, o ionizadores, que

producen iones simultáneamente sobre una extensa zona. Una corriente de iones

positivos o corriente de ionización puede subir hasta la nube, impidiendo de esta manera

la formación de comentes descendentes, precursoras de la descarga del rayo (Fig. 4.2).

Cabe indicar que para el análisis de diseño de los sistemas DAS, éste depende de dos

factores:

188

Número de puntas requeridas por unidad de área protegida: en ningún caso el

ionizador debe tener menos de 2000 puntas espaciadas a un mínimo de 10 cm y

cada cable que compone el disipador este separado por lo menos 10 cm, cuyo

conjunto forma una "matriz de puntas".

Estimación de la corriente de ionización a disipar dentro de la zona de interés: el

valor de la corriente viene determinada por el tamaño del área a ser protegida, por

la variación de la carga en la base de la nube y el tamaño de la nube, tomando en

cuenta que estos dos últimos parámetros se basa en probabilidades.

Finalmente en base a los datos acumulados y a los 20 años de experiencia, LEC ha

diseñado sistemas DAS que permiten eliminar al menos 199 descargas de 200; es decir

de cada 200 descargas que se presente, una descarga penetra el área protegida. En el

caso de sistemas DAS de alta efectividad están diseñados para evitar al menos 999 de

1000 descargas, pero el tamaño y costo del ionizador influye considerablemente en su

instalación.

El estudio y determinación de los factores de diseño del sistema DAS se describe en

el capítulo 4.1.2 y anexo E.

En lo que corresponde a la implantación del sistema de pararrayos Pl, se tiene que la

torre TI dispone de la mayor altura (20 m), de modo que se debe colocar en esta torre

el terminal de aire seleccionado, ya sea el sistema tradicional (varillas de Franklin)

considerando el cambio del mástil a uno de mayor altura (5 metros más), o el sistema

3000 LPI, mismos que tienen por finalidad de interceptar el rayo o mediante el sistema

DAS. La mejor opción, será analizada por el grado de conflabilidad que ofrece el

sistema, tomando en cuenta el costo y facilidad de instalación.

Por otra parte, el terminal de aire ha de conectarse a la toma de tierra # 4, de preferencia

con un cable aislado tipo TTU o triax. En el plano [8-9] del anexo C, se indica el

trayecto a seguir por el cable, durante su recorrido a tierra debe ser lo más directo

189

posible y si por necesidad se tiene algunas vueltas, o codos, deben ser curvadas lo más

suavemente posible, es decir, evitando realizar ángulos rectos hasta llegar a la toma de

tierra, lo que proporciona un camino de baja resistencia al paso de la corriente de

descarga.

En conclusión; tomando en cuenta la instalación existente y de acuerdo con los diseños

propuestos, la solución 1 alternativa a) es la más recomendada, la cual puede ser

instalada de una manera sencilla y en corto plazo. La solución 2 influye los altos costos

como se indica en el capítulo 4.

Si bien los sistemas propuestos en la solución 2, son mucho más confiables y por tanto

ofrecen una mejor protección, no se los recomienda en vista a su alto precio, en los

cuales probablemente no va a querer incurrir el EMETEL; sin embargo, si sería muy

recomendable en otras centrales donde ya ha habido más de un problema por descargas

atmosféricas.

3.4.4.3 EVALUACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE RIESGO DE EXPOSICIÓN

EN LA ZONA DE LA CENTRAL

En la práctica, el índice de incidencia de caída de un rayo, para los propósitos de

protección, es sólo un valor referencial basado en probabilidades, ya que las descargas

atmosféricas son fenómenos naturales a los que todavía hay que estudiar.

Con esta consideración, el riesgo de descarga en las instalaciones de Quito-Centro

depende de. una serie de factores, incluyendo su localización (2800 m.s.n.m.), tamaño

(3674 m2), forma geométrica (rectangular) y nivel isoceráunico NISO (40 descargas/año).

Por consiguiente, cuanto más alto sean los valores, mayor es el peligro de una descarga

directa.

Para evaluar la probabilidad de riesgo de exposición se tiene en cuenta las siguientes

consideraciones.

190

El área es de forma rectangular por facilidad de cálculo, no se toma en cuenta al

edificio E5, pero se ha incluido edificios adyacentes, todos ellos poseen diferentes

alturas. Véase con más detalle en la hoja [9-9] del anexo C.

Se va a considerar que la edificación esta aislada (sin contacto con otras

edificaciones), situado en una extensa región plana. En realidad se tiene la presencia

de edificios en sus costados y asentado en terreno inclinado, esto influye en el

cálculo.

Los valores de los radios de atracción son datos estadísticos tomados de la

referencia 18 (ver tabla 3.10). Estos proceden de una simulación computacional,

evaluados bajo algunas restricciones, en función a la altura del edificio o equipo a

proteger, lo que conduce a tener errores en los resultados.

El radio de atracción de la esquina B (ver gráfico de la hoja [9-9]), es desarrollado

en un edificio contiguo, pero esta incluido en el área a ser protegida. En lo que

respecta a los puntos A, C y D estos se originan en los edificios de Quito-Centro.

Datos de diseño y cálculos:

Dimensión de la edificación = 44 m x 65,5 m, valor aproximado.

Altura estimada de la edificación = 15 m.

Radio de atracción R = 50 m para cada esquina, dato obtenido a partir de la tabla

3.8.

Para estimar el nivel isoceráunico de la zona de Quito se utiliza los mapas isoceráunicos

del anexo E, elaborados por el Instituto Nacional de Hidrología y Meteorología INAMHI

sobre tormentas registradas en 1990 que nos indica un valor de 40 (actividad de descarga

moderada).

Usando la expresión 2.16 se procede a evaluar el área de captura de la instalación dando

el siguiente resultado:

191

CA = (L + 2.Rn) x (W + 2.Rn)

CA = (65,5 + 2 x 50) x (44 + 2 x 50)

= 23832nr

A partir de la tabla 3.6 y usando el valor NISO de 40 se determina a través de la columna

4 que DGFD es igual a 3.7/Knr/año, luego utilizando la ecuación 3.16, se obtiene la

probabilidad de descarga directa en el año:

P = CAx 10-6xGDF

P = 23832 x 10-6x3.7

P = 0.08817 por año

Usando la expresión 3.17 se determina el período de regreso de descarga:

Re = 1/P

Re= 1/0.0817

Re = 1 1 años

Este es un período de retorno moderado, lo que justifica la instalación de un sistema de

protección. Además este dato debe interpretarse como un valor probabilístico, pues no

significa que la instalación necesariamente a de ser impactada en el lapso de los 1 1 años,

es posible que no se produzca ninguna descarga directa durante ese período o puede

suceder que se produzca más de una descarga en días consecutivos durante una tormenta

eléctrica. Sólo es una estimación probable del período de repetición de la caída del rayo

en la zona de Quito-Centro.

Por otra parte, la probabilidad de un día de tormenta en la región de Quito es: 40/365

= 0.1 1, o sea, de cada 9 días existe la probabilidad de la presencia de un día de tormenta

eléctrica, situación que con mayor razón obliga a que se disponga de un sistema de

protección contra descargas atmosféricas.

PR

OB

AB

IUD

AD

DE

U F

RE

CU

EN

CIA

DE

DIS

TRIB

UC

IÓN

DE

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RW

EH

TEIR

ADIO

S DE

ATRA

CCIÓ

N NA

TURA

L |

Cagado

Con

ctoc

dún (

0)

(Cou

loM

b)

0.5

0.7

0.9 1 1.3

-1,

617 2 2,

32,

62,

7 3 3.6 4 4,5 6 6 7 9 10 13 15 18 20 25 30

Pico

de

Cor

rient

e I

(KA

)

6,53

8,26

9,85

10,6

012

,74

14,0

815

.37

17,2

218

,99

20,1

321

,25

22.8

725

,48

27.9

730

.38

32,7

037

,15

4139

49,3

563

.13

63,8

470

.56

80.1

786

,30

100,

8911

4.63

Dic

tando

da

Impa

cto D

i

(m)

33,8

439

.44

44,2

246

,39

52,2

755

,79

59,0

663

.59

67.7

770

.39

72,9

076

.48

82.0

487

.17

91,9

796

.49

104.

8411

2,45

126.

0813

2,27

149.

0415

9,06

172.

8218

1.31

200,

6821

8.04

Dis

tando

do

Impa

cto

OÍ

M 30,0

436

,27

41,7

544

,29

61.3

065

.58

59,6

265

.30

70.6

173

,99

77,2

581

.94

89.3

396

,27

102,

8310

9,08

120,

8013

1.70

151.

6016

0,81

186.

2620

1.80

223,

5023

7.08

268,

6429

7,51

Nivel m

taám

o

de p

rote

cció

n

(*)

98 96 93 86 78 67 60 33 22 14 7 2Ta

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3.9

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5 7 8 9 10 12 14 15 16 18 20 22 24 26 28 ofl

0\ 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Pro

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radí

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ción

R (m

)

30 34.4

36.6

38,8 41 44,6

48,2 50 51,2

63,6

-66 58

,460

,863

,266

,6 ftñ txí

69 70 71 72 73 74 75 76 77 78

- S

egún

exp

resi

ón 2

.10

[Reí

. 27]

~ S

egún

esp

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.11

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.lT]

T^r

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* Por

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ón (2

.13) a

am.

en fj

odón

de

le alt

ura

vo

193



3.5.1 GENERALIDADES

3.5.1.1 REQUISITOS DE LA TENSIÓN DE DISTRIBUCIÓN PARA CENTRALES

Los sistemas de alimentación de energía para las centrales telefónicas modernas tienen

que ser diseñados con una alta fiabilidad. Por lo tanto, se debe procurar minimizar los

problemas producidos en el sistema de distribución, como son entre otros, los

transitorios.

Las centrales demandan una calidad de la tensión de alimentación muy rigurosa de -48

Vdc, considerando además que la tensión de alimentación a la entrada de la central no

debe caer por debajo de -41.5 ni exceder de -60 Vdc.

Los aumentos transitorios de tensión por cortocircuito en el sistema de distribución, no

tienen nunca que ser superiores a -60 Vdc para centrales digitales y de -200 Vdc para

centrales analógicas.

Así mismo, el voltaje entre dos puntos de la red de tierra de la central (polo positivo)

no debe exceder de 0.6 Vdc.

Entre la planta de suministro de energía y la central se permite una caída de tensión en

los cables de distribución (incluye conductor positivo, negativo y la red de tierra) entre

1.5 a 2 Vdc como máximo. Ello implica una tensión de salida mínima permisible de la

planta de alimentación de -43 Vdc (-41.5 Vdc en la central).

Por otra parte, la máxima corriente de cortocircuito en la red de distribución quedará

limitada a 1000 A, por la "alta resistencia" del cable de distribución.

Como se conoce los equipos de la central se alimentan desde los rectificadores por una

194

tensión continua que consiste en una componente de tensión continua y una componente

de tensión alterna (ripple-rizado). Este rizado tiene que mantenerse dentro de los límites

especificados para que no de lugar a perturbaciones. De acuerdo a la norma internacional

P35A del CCITT, la perturbación de tensión alterna superpuesta no debe ser mayor a 2

mV.

En la tabla 3.11, se resume las condiciones impuestas en la tensión de distribución,

medida a la entrada de la central.

Central Analóg.

ARF, ARM

Tensión nominal (V) -48

Tensión normal servicio (V) -47 a -51

Tensión mínima de -47

interrupción de la red (V)

Tensión máxima de recarga -54

de baterías (V)

Tensión máxima 10 s (V) -56

Transitorios si hay C.C en -200

distribución (V)

Tensión perturbadora <2mV

Centrales Digitales

AXE AXE-S6 E10B NEAX61

-48 -48 -48 -48

-50± 1 -48 a -54.5 -44 a -54 -44 a -58

-41.5 -41 -42 -42

-54 -56.5 -56 -56

-56 -60 -60 -60

-60 -60 -60 -60

<2mV <2mV <2mV <2mV

Tabla 3.11 Requerimientos de la tensión de distribución

3.5.1.2 RECOMENDACIONES Y NORMAS PARA EL SISTEMA DE

PROTECCIÓN

Existen tres recomendaciones básicas para el diseño de un sistema de protección contra

transientes (FIPS Pub 94 1983), a cumplir:

1. Se debe instalar una protección primaria en la entrada de la alimentación eléctrica

AC de la central telefónica.

195

2. Se debe instalar una protección individual junto a cada equipo que constituye la

central.

3. Se debe proteger las entradas de las señales de telecomunicaciones, por constituir

estos probables caminos para los transientes.

Otro factor que es importante considerar son las dos alternativas básicas de protección:

total y parcial. La aplicación de una u otra solución depende del grado de protección que

requieren los equipos de telecomunicaciones y de las posibilidades económicas.

Por otra parte, el supresor de transientes (S/T) que se seleccione deberá cumplir con

ciertos estándares básicos establecidos para instalaciones en baja tensión.

- El estudio 587 del IEEE conocido como standard ANSÍ/IEEE C62.41-1980 define

el ambiente de los transitorios por categorías. Es decir, nos informa contra que

debemos protegernos.

El standard ANSÍ/IEEE C62.45-1987 es una guía de pruebas para determinar la

susceptibilidad y supervivencia de los equipos a los transitorios presentes en la

líneas de alimentación eléctrica de bajo voltaje descritos en el standard anterior.

El standard UL 1449 presentado como norma de seguridad en 1987 define los

parámetros bajo los cuales deben ser construidos los equipos supresores para las

categorías A y B. Por lo tanto, dichos equipos de supresión deben cumplir con las

pruebas establecidas en la norma C62.45-1987 para que no se constituyan en un

riesgo para la seguridad.

Y por último, la conexión a tierra de los supresores de transitorios debe instalarse

observando las siguientes recomendaciones:

Conectarlo al mismo sistema de tierra de la central, cuyo valor de resistencia de

tierra debe ser menor a 5 fí en el lugar de la instalación.

196

Separar los alambres activos y de tierra uno de otros.

El recorrido de la línea de tierra debe ser lo más corto y recto posible.

Alternativamente conectar a tierra la línea de protección del equipo a proteger.

3.5.2 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TRANSITORIOS

3.5.2.1 SITUACIÓN ACTUAL

De acuerdo a las vistas realizadas a cada una de las instalaciones de la planta interna,

así como de las instalaciones de la estación de trasmisiones de la central Quito-Centro.

Se encontró que con excepción de las centrales NEC (QC4, QST1 y COMAG), las

demás no cuentan con los dispositivos de protección adecuados para prevenir los daños

causados por sobrevoltajes y sobrecorrientes transitorias.

Los supresores de transientes de NEC se hallan instalados en la red trifásica de

alimentación AC, antes de cada grupo de rectificadores, de cada central.

En la tabla 3.12 se da la descripción y ubicación de las protecciones existentes.

Ubicación

TDS QC4

TDS QST1

TDS COMAG

Tipo

ARW

ARW

ARW

Características

Supresor de transientes



Tabla 3.12 Protecciones existentes

3.5.2.2 ESTUDIO DE LA CALIDAD DE LA ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA

Para analizar la calidad de energía eléctrica de que dispone la central Quito-Centro., se

ha realizado xin estudio de la misma, en base a un registro de los transitorios y

variaciones de voltaje que se presentan en la red de alimentación. La información de

197

estos datos fueron facilitados por el EMETEL Rl, a través del informe técnico

presentado por la empresa MACROTENIC S.A., que realiza este tipo de estudios para

detectar problemas en las instalaciones eléctricas.

Los estudios han sido realizados en el mes de septiembre de 1994. Para la medición de

transitorios en el interior de la central, se ha utilizado un contador de transitorios

desarrollado por la empresa LEA DYNATECH. Mientras que para la medición de

voltajes y corrientes, se ha usado un equipo de registro de magnitudes eléctricas

MACROLOGIC 2000; el mismo que es capaz de medir los valores de corriente y voltaje

de un sistema trifásico, y almacenarlos en memoria en intervalos programables.

A continuación se presenta un resumen de los principales resultados obtenidos en el

estudio y que son de interés en este trabajo.

a) Medición y registro de voltajes y corrientes:

Parámetro

Valor máximo

Fecha y hora

Valor mínimo

Fecha y hora

Valor promedio

Desviación

Standard

Voltaje (V)

126.77

21/09/94

20H30

119.88

22/09/94

11H15

124.01

1.75

Ir (A)

779.75

21/09/97

15H45

385.59

varios

553.81

110.39

Is (A)

796.88

Varios

402.73

varios

581.55

108.7

It (A)

719.16

Varios

385.59

varios

534.15

94.52

Potencia

(KVV)

263.54

21/09/94

16HOO

135.85

27/09/94

05H30

194.40

35.39

Tabla 3.13 Valores registrados en la cámara de la calle Mejía

198

Parámetro

Valor máximo

Fecha y hora

Valor mínimo

Fecha y hora

Valor promedio

Desviación

Standard

Voltaje (V)

130.42

25/09/94

21HOO

125.29

22/09/94

11H30

127.68

1.10

Ir (A)

690.20

varios

533.33

28/09/94

04H30

612.12

30.01

Is (A)

742.02

22/09/94

14HOO

576.47

28/09/94

04HOO

661.80

35.03

It (A)

682.35

22/09/94

14HOO

529.41

27/09/94

20H15

599.04

27.94

Potencia

(KW)

242.44

21/09/94

14HOO

183.29

28/09/94

04H30

211.10

11.34

Tabla 3.14 Valores registrados en la cámara de la calle Cuenca

En el anexo I se presenta los gráficos de voltaje y corriente, obtenidos en base a los

equipos registradores instalados en los tableros de distribución general (TDG),

correspondientes a cada una de las cámaras de transformación de la central.

b) Registro de transitorios:

Fase

R

S

T

Número de transitorios/día

0

0

0

Tabla 3.15 Valores registrados en la cámara de la calle Cuenca

Fase

R

S

T

Número de transitorios/día

0

0

0

Tabla 3.16 Valores registrados en la cámara de la calle Mejía

199

Del análisis de estos resultados se concluye que la calidad de servicio resulta aceptable

pero no óptimo de acuerdo a los requerimiento de la central telefónica., ya que se

presentan variaciones de voltaje que, a pesar de no ser de un valor muy grande, entre

119 y 127 voltios, sí presenta problemas para el normal funcionamiento de los equipos

electrónicos; mientras que la ausencia de transitorios en la red, durante el tiempo en que

se instaló el equipo contador, se debe a que durante ese tiempo no se produjeron cortes

de energía ni descargas atmosféricas que son las principales causas que originan

transientes. Sin embargo, es posible que con lapso mayor en la medición se obtenga un

registro de este tipo de disturbios.

Dadas las características de la central y la información suministrada se puede concluir

que existe la necesidad de proteger la central a fin de suprimir los transitorios de

corriente y voltaje.

3.5.2.3 PROBLEMAS EXISTENTES

La situación de la central de no contar con los equipos de protección contra transitorios,

se evidencia en el deterioro de los contactos de conexión de las tarjetas, averías y

destrucción de las tarjetas de conmutación, tarjetas repetidoras de línea, tarjetas de salida

de enlaces, etc. Actualmente resulta como alternativa correctiva el reemplazo de la tarjeta

defectuosa o dañada por una nueva; esta técnica implica un alto costo en tarjetas que el

EMETEL Rl debe mantener para su reposición, por lo que es recomendable la

instalación de equipos protectores de transientes para atenuar los efectos provocados por

este tipo de perturbaciones.

3.5.3 SISTEMA DE PROTECCIÓN PROPUESTO

Para el diseño del sistema de protección contra los sobrevoltajes y sobrecorrientes

transitorias, se ha tomado como criterio el hecho de que los mismos son producidos por

diferentes factores; como el arranque y parada del grupo electrógeno, de las bombas

compresoras de las unidades de aire acondicionado, retorno de la energía eléctrica de la

200

red después de un apagón y principalmente por descargas atmosféricas. Adicionalmente,

también se a tomado en cuenta los datos del estudio de la calidad de la alimentación

eléctrica, de modo que se justifica la necesidad de proteger los equipos e instalaciones

de que dispone la central Quito-Centro.

De acuerdo a lo expuesto se presentan las siguientes soluciones:

1. Se requiere de. un equipo supresor de transientes (S/T) para ser instalados en la red

de alimentación de corriente alterna. Es decir, se debe disponer de una protección

primaria o parcial.

2. Se requiere de un equipo supresor de transientes (S/T) para ser instalado junto a los

equipos que lo ameriten. Es decir, se debe disponer de una protección individual.

La solución más idónea aún cuando económicamente no sea la más ventajosa

corresponde a la implementación de las dos soluciones con lo que se obtendrá una

protección total para las instalaciones de la central.

Así mismo, el equipo protector que se seleccione deberá cumplir con ciertas

características técnicas generales, que se las resume a continuación:

1. Componentes:

El equipo de protección (S/T) deberá utilizar como elementos disipadores de la

comente transitoria, varistores de óxido metálico (MOVs) por las ventajas que

ofrece, dispuestos de tal forma que actúen inmediatamente ante la presencia del

transitorio.

El equipo debe procurar tener dos etapas de protección como mínimo que actúen

en forma simultánea, lo cual proporciona un alto grado de seguridad, durabilidad

y confíabilidad al sistema de protección además de un bajo voltaje de bloqueo.

201

Para garantizar su efectividad se recomienda que su conexión hacia el circuito

protegido se realice con conductores de 30 cm. como máximo (FIPS Pub 94).

2. Característica eléctricas:

- Voltaje: 220/380 Voltios, y trifásico, para 60 Hz.

- Corriente de carga por fase: ilimitada.

- Tiempo de respuesta: menor a 1 nanosegundo.

- Vida útil: el equipo supresor deberá sobrevivir a más de 1000 impulsos

secuenciales correspondientes a la doble onda transitoria definida como categoría

B o C.

3. Condiciones ambientales:

- Temperatura de operación: O a 85 grados centígrados.

- Humedad relativa: 5 a 95 %, sin condensación.

- Altitud de operación: hasta 4000 m.s.n.m

4. Standards que debe cumplir:

- Diseño: ANSÍ/IEEE C 62.41-1991.

- Pruebas: ANSÍ/IEEE C 62.45-1987.

- Funcionamiento: UL 1449

5. Configuración de la protección:

El equipo debe proteger en todos los modos posibles: fase-neutro (F/N), fase-tierra

(F/T) y neutro-tierra (N/T).

En el anexo D (planos)3 se presenta los diagramas unifilares del sistema de protección

contra transitorios de corriente y voltaje, donde se observan todas las centrales que

conforma Quito-Centro y los sitios a protegerse.

202

Obviamente lo importante es llegar atener la instalación completamente protegida, pero

se puede empezar con la protección primaria, considerando que en muchos casos esta

solución puede ser. suficiente.

3.5.3.1 SOLUCIÓN 1: PROTECCIÓN PRIMARIA DE TODA LA PLANTA

TELEFÓNICA

La entrada de la alimentación de la red pública es el punto más crítico a proteger en

cualquier instalación, ya que la mayoría de los disturbios eléctricos se introducen por

este camino. Por lo que se necesita instalar equipos supresores de transientes (S/T) en

los alimentadores primarios de comente alterna, éstos proporcionan una protección

primaria a las instalaciones y equipos de la central contra los transitorios. Sin embargo,

la protección puede resultar parcial.

De acuerdo a las especificaciones técnicas proporcionado por la empresa LEA

DYNATECH, adjuntadas en el anexo F; el supresor requerido es para conexión en

paralelo, el mismo debe sobrevivir a los valores promedios que el estándar ANSÍ/IEEE

C62.41 categoría C ha establecido.

Deberá estar ubicado antes de los tableros de distribución general (TDG) de los dos

sistemas de alimentación de que dispone la central. Es decir, después del interruptor

principal y del interruptor de transferencia automático (TTA) para evitar los transitorios

producidos durante la operación de transferencia por efecto de la interrupción del

suministro desde la red pública. En el diagrama eléctrico de la figura 3.19 y anexo D

se observa el lugar donde se va instalar el equipo de protección.

En el cuadro 3.17 se indica los tableros de distribución tipo general (columna 1) donde

se recomienda que se instalen los equipos supresores.

203

Tablero de

Distribución

General

TDG #1 (*}

TDG #2 (*)

Tablero de

Distribución

Secundario

TDS TELEX (*)

TDS QST1

TDS QC4

TDS COMAG

TDS QC1/2/3

TDS TX (*)

TDS INTERN-C*)

TDS CTI (*)

TDS QST2 (*)

Cámara de

Transformación

Calle Cuenca

Calle Mejía

Tabla 3.17 Tableros de distribución de Quito-Centro

NOTA: (*) Lugares donde se ha de instalar los equipos supresores (S/T).

Además como referencia cabe mencionar:

La cámara de transformación y el correspondiente grupo electrógeno a diesel,

ubicado en la calle Cuenca tiene una capacidad de 750 KVA y alimentan a las

centrales: Quito Centro 4 (QC4), Quito de Tránsito 1 (QST1), Télex y Centro de

operación y mantenimiento de centrales digitales (COMAG).

La cámara de transformación y el correspondiente grupo electrógeno a diesel,

ubicado en la calle Mejía tiene una capacidad de 750 KVA y alimenta a las

centrales: Quito Centro 1, 2, 3 (QC1, QC2, QC3), ARM Nacional, Central de

transmisiones (CTX), Central Internacional (ARMI1), Centro de tratamiento de

información (CTI), Quito de Tránsito 2 (QST2).

A continuación se detallan los requisitos eléctricos mínimos que debe cumplir el equipo

supresor:

204

- Máxima corriente transitoria: 100 KA por fase.

- Atenuación a la interferencia electromagnética y de radio frecuencia: 50 db en

modo normal y modo común.

- Configuración de la protección: F/N, F/T, N/T.f

3.5.3.2 SOLUCIÓN 2: PROTECCIÓN INDIVIDUAL

- Protección para el sistema de rectificadores.

Los caminos que pueden tomar los transientes, especialmente los producidos por las

descargas atmosféricas, son impredecibles. Esto hace que la protección individual que

se propone no sea una redundancia; sino una necesidad si lo que se propone es proteger

los equipos contra las posibles eventualidades de falla, considerando el alto costo de los

equipos protegidos.

Por lo tanto, se puede instalar equipos supresor de transientes (S/T) antes de cada grupo

de rectificadores, debido a que proveen de la alimentación de corriente continua

necesaria a cada uno de las centrales. Los puntos a proteger son las centrales digitales

QST2, ARMI1, ARMI2 (ALCATEL), Télex y CTI, por disponer de equipos electrónicos

sensibles a sufrir daños de diversa magnitud en presencia de transitorios y ruido

eléctrico, no se considera las centrales digitales de NEC por que ya disponen de este tipo

de equipos supresores. Cabe indicar que las centrales analógicas no requiere de la

instalación de supresores ya que son sistemas electromecánicos que operan

eficientemente con o sin disturbios.

Laxibicación del tablero de distribución secundario (TDS) a los rectificadores., se hallan

alejados de los alimentadores primarios lo que conduce a considerar a los rectificadores

dentro de la categoría B, según la norma C62.41-1980.


DYNATECH, adjuntadas en el anexo F. El supresor requerido es para conexión en

205

paralelo, éste debe superar o por lo menos soportar los valores promedios que el

standard ANSÍ/IEEE C62.41 categoría B ha establecido.

Deberá estar ubicado inmediatamente antes de cada tablero de distribución secundario

(TDS) de cada central telefónica que reparte la energía eléctrica AC a los diferentes

rectificadores, como se muestra en el gráfico 3.19 y en el anexo D de planos.

Como referencia debemos señalar que actualmente se encuentra instalado un total de 22

grupos de rectificadores de diversas capacidades en el sistema eléctrico #1 y 29 grupos

de rectificadores de distintas capacidades en el sistema eléctrico #2, los cuales alimentan

a las centrales con un voltaje nominal promedio de 48 Vdc, como se muestra en el

cuadro 3.18.

SISTEMA ELÉCTRICO #1

Código

# Rectificadores

Capacidad (A)

QST1 QC4

8 7

340 340

COMAG

2

340

TELEX

5

200

SISTEMA ELÉCTRICO #2

Código

# Rectificadores

Capacidad (A)

QC1 QC2-3/ARMN

3/2 4

150/42 630

ARMI1 ARMI2

4 2

200 25

QST2 CTX

6 2/2

100 150/160

CTI

4

160

Tabla 3.18 Distribución de los rectificadores

De igual forma debe protegerse al tablero de distribución secundario TDS TX, que

reparte la energía AC, al equipo de transmisiones.


supresor:

- Máxima corriente transitoria: 50 KA por fase.


206


- Configuración de la protección: F/N5 F/T, N/T.

- Protección interna de la central.

Los transitorios no sólo son producidos en el ambiente exterior de la central. En el

interior de ella, los equipos instalados también los producen. Considerando que el más

común generador de transitorios son los motores de AC. Tal es el caso de las unidades

de aire acondicionado.

Para el caso particular, se tiene que el equipo acondicionador de aire destinado a las

instalaciones de COMAG está instalado en las cercanías de los alimentadores secundarios

TSD COMAG; por ello, es conveniente instalar supresores de transientes en los circuitos

de alimentación con el objeto de que esos disturbios no se introduzcan en el sistema

eléctrico.


DYNATECH, adjuntadas en el anexo F; el supresor requerido es para conexión en

paralelo, el mismo debe ser capaz de soportar los valores promedios transitorios de

voltaje y comente que el estándar ANSÍ/IEEE C62.41-1980 categoría B ha establecido.

Su ubicación se indica en la figura 3.19 y en el anexo D de planos.

Como referencia debemos indicar que actualmente existe 8 unidades de aire

acondicionado en el sistema eléctrico #1 y 8 unidades en el sistema eléctrico #2, cada

una de una capacidad de 84000 B.T.U.s.


supresor:

- Máxima comente transitoria: 25 KA por fase.


207


- Protección en la entrada del sistema de transmisiones:

La entrada del sistema de transmisiones a través de sus antenas y torre de sustentación,

es otro medio de acceso de los transitorios hacia el interior de la central especialmente

en el caso de incidencias de descargas atmosféricas.

El equipo supresor deberá ser instalado en el cable de acceso de la antena al equipo,

como se indica en el diagrama de la figura 3.20 y con mayor detalle en el anexo D.

El equipo debe poseer el conector adecuado para ser instalado junto al sistema de radio

a protegerse. Como referencia debemos indicar que el conductor por el cual entra la

señal de transmisiones a la central, es de tipo coaxial de 6 cmts. de diámetro, por el cual

se transmite a una frecuencia de 8 GHz.


DYNATECH, adjuntadas en el anexo F. El supresor requerido es para conexión en serie

y que debe sobrevivir a los valores promedios de corriente y voltajes que el estándar

ANSMEEE C62.41-1980 categoría B ha establecido.


supresor:

- Máxima corriente transitoria 5 KA

- Tiempo de respuesta: menor a 5 nanosegundos.

- Configuración de la protección: F/T.

- Impedancia: seleccionable entre 50-100 ohms.

- Protección en conjunto para los centros de cómputo

Como prevención contra los transitorios que pueden generarse en los propios equipos de

208

alimentación de energía y los que se pueden introducir por otras vías que no sea la

alimentación eléctrica; se puede instalar equipos supresores de transientes (S/T) para

proteger en conjunto a los centros de cómputo (CTI y COMAG), pero en el presente

caso se considera opcional si se instalan los supresores propios en la red misma del

sistema, (véase el gráfico de la figura 3.20 y anexo D).


DYNATECH, adjuntadas en el anexo F. El supresor requerido es para conexión en serie

y que debe sobrevivir a los valores promedios de corriente y voltaje que el estándar

ANSÍ/IEEE C62.41-1980 categoría B ha establecido.

Se resume a continuación los requisitos eléctricos mínimos que debe cumplir el equipo

el equipo supresor:

- Voltaje: 120 Voltios, monofásico, para 60 Hz.

- Máxima corriente transitoria por fase: 20 KA.

- Tiempo de respuesta: menor a 5 nanosegundos.



209

ESQUEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TRANSIENTESCENTRAL: QUITO ~ CENTRO

Grupo MElectrógeno

\

pal

• Ó>

•

TTA

*

TDG

S/T -Categoría CParalelo

Hacia los tablerossecundarios yperiféricos

PROTECCIÓN GLOBAL O PRIMARIA DE LA CENTRAL

1 l)(j

-<SÍ- Y\ tí/i -

TDS

-o Í- kHacia los circuitosde alimentación delos rectificadores

Paralelo

PROTECCIÓN PARA EL SISTEMA DE RECTIFICADORES

TDG A otrosfc. Servicios

i.Aire

Acond,

S/T -Categoría CParalelo

PROTECCIÓN INTERNA DE LA CENTRAL

Fig. 3.19

210

ESQUEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TRANSIENTESCENTRAL: QUITO - CENTRO

TDSTX

Antena

S/TCategoría BSerie

PROTECCIÓN ENTRADA DEL SISTEMA DE TRANSMISIONES

TDS ~^ A otrosservicios

S/TCategoría BSerle

M Modem {ET Estación del operadorI ImpresorasCOM Centro de operación y mantenimientoCPS Centro de prueba de líneas y serviciosCC Centro de control de comunicaciónS/T* instalados

PROTECCIÓN EN CONJUNTO DEL CENTRO DE COMPUTO

Fig. 3.20

CAPITULO 4

4.1 ESTUDIO DE CONFIABILIDAD DE LOS EQUIPOS A SER UTILIZADOS

4.2 EVALUACIÓN DE COSTOS DE LOS EQUIPOS DE PROTECCIÓN

4.3 EVALUACIÓN DE COSTOS DE INSTALACIÓN

4.4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN

211

4.1 ESTUDIO DE CONFIABILIDAD DEL EQUIPO A SER UTILIZADO

4.1.1 FIABDLIDAD DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

Se conoce por estudios realizados que el valor final de la resistencia de un electrodo

depende de dos factores:

- pl resistividad dentro del hemisferio de interface.

- p9 resistividad promedio en el resto de la tierra.

Por lo tanto, el valor de la resistencia Rv es la suma de dos resistencias:

Rv=0 .9Rl + 0.1 R2 [4.1]

Donde: Rv es la resistencia del electrodo a tierra.

Rl es la resistencia del suelo dentro del hemisferio de interface.

R2 es la resistencia promedio del suelo en el resto del suelo.

Por ejemplo: para una varilla convencional de 3/4 de pulgada por 10 pies, la expresión

anterior se reduce a:

Rv = [p / 2.7r.h2] . In[(4.h2 / d2) - 1] (según tabla 3.5)

Rv = 0.336p, o más exactamente:

Rv = 0.336 x (0.9 pl -I- 0.1 p2) [4.2]

Por otra parte, la resistencia de un electrodo con acondicionamiento del suelo será el

producto de tres factores (Fig. 4.1):

- po resistividad del cilindro crítico.

- P1 resistividad del hemisferio circundante.

- po resistividad promedio en el resto de la tierra.

212

Es evidente que los dos primeros factores son de mayor influencia, de hecho inciden en

el 95% del valor final. En consecuencia, la resistencia de una varilla enterrada en un

suelo acondicionado será igual a la suma de dos componentes; Rv = Ro + Rl (R2

normalmente se desprecia).

i<Electrodo de

aterr

^T

V

Ac

V

^J*- —

ízaje' Cilindro crítico (EQ)

r~^t>^:-~^

Vo

olumen dRelleno

mdiciona

• — -"

lo

VI

^ ,

f~ —^^—

Ü\

v_¡o Hemisferio de f

Interface (95%)

^

^-

• Electrodo deaterrizaje

~->^-

El HI (Rj)

^^~~s /La tierra (R2)

\) Cilindro de suelo crítico dentro b) Factor de tierra completa

de un hemisferio de Interface en sitemas de aterrizaje

Fig. 4.1 Factores del sistema de aterrizaje

De acuerdo a las investigaciones realizadas por Lightning Eliminators & Consultants

Inc., se tiene que la resistencia real de un electrodo enterrado dentro de un terreno

mejorado con GAF, es el producto de dos resistencias, que pueden ser calculados en

función a los radios ro y rj de los cilindros involucrados (véase las figuras 2.1 y 4.1).

[4.3]

[4.4]

Siendo:

Rva = [pta / 2.7r.h2] . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rva resistencia de la varilla acondicionada.

pta resistividad del terreno acondicionado.

PGAF resistividad del GAF (0.8 Q-m).

E efectividad del interface de tierra.

En lugares donde la resistividad del suelo es elevada y el espacio disponible es limitado,

hay un límite en el cual la resistividad no puede reducirse utilizando tecnología

213

convencional, por lo tanto, deben explorarse otras alternativas. La opción restante para

el mejoramiento del suelo es el acondicionamiento automático mediante el denominado

sistema Chem-Rod (varilla química). Es el sistema de puesta a tierra más eficiente que

existe, y una vez instalado, proporciona una conexión de baja resistencia.

La razón para establecer una mayor eficiencia del electrodo activo es que proporciona

una conexión perfecta a tierra, mediante el continuo acondicionamiento del terreno que

lo rodea. A diferencia de otros sistemas de puesta a tierra tradicionales.

El valor estimado de resistencia para un electrodo activo Rvq, es:

Rvq = (0.2) . Rv [4.5]

De hecho, las varillas activas son tan eficientes que una sola de ellas puede reemplazar

hasta 10 electrodos convencionales. Este factor es muy importante en la estimación del

número de electrodos y área de terreno que se necesita para obtener valores de baja

resistencia. Aún es más importante cuando se tiene en cuenta que las normas vigentes

de puesta a tierra han adquirido un nivel de exigencia muy considerable, llegando a

valores absolutos mínimos, haciendo que el número de electrodos y terreno requerido

aumenten exponencialmente.

Pero veamos algunos ejemplos de cálculo para su comprobación.

El valor de la resistencia de puesta a tierra del electrodo convencional de 1/2 pulgada

(12,7 mm) por 10 pies (3 m), será igual a:.

Rv = [p I 2.7r.h2] . In[(4.h2 / d2) - 1]

Rv = p I (2 x TT x 3) x ln[(4 x 3 / 0,0127) - 1]

Rv = 0,358 x p Q

Para obtener 5 Q de resistencia en un terreno de resistividad de 100 ohm-metro,

utilizamos la fórmula de varillas múltiples (tabla 3.5) y la constantes K tomada de la

214

figura 3.9, tendremos:

Rnv=(Rv . K)/ 15

R15v = (0,358 x 100 x 1.93) / 15

R15v = 4,6 O

Si efectuamos el mismo cálculo para el electrodo activo enterrado en un hoyo de 12

pulgadas de diámetro y rellenado con GAF, siendo:

h2 = 8 pies (2,5 m); d2 = 2.5 pulg (63,5 mm); pGAP = 0.8 fl-m; p = 100 Q-m;

E = 0.52.

Obtendremos:

Rvqa = (0.2) . {[E.pGAF + (1 - E).p] / 2.7r.h2)} x In[(4.h2 / d2) - 1 ]

Rvqa = (0.2) . {[(0,52).(0,8) -I- (0348).(100)] / (2 x TT x 2,5)} x ln[(4 x 2,5/0,0635)

-1]

Rvqa = 3,17 Q

Por otro lado, para obtener una R menor a 5 Q con electrodos activos, en un terreno de

resitividad de 200 ohmios-metros, tenemos:

p = 200 C-m; tendremos:

Rnv = (Rvqa . K)/2

R2v = (6331 x 1.16)/2

R2v = 3,66 Q

En las tablas 4.1 y 4.2 se encuentran tabulados el número de electrodos activos y de

varillas convencionales 'que se requerirán para obtener 5 ohmios de resistencia de tierra

en distintos terrenos.

215

p del suelo

(fi-m)

100

200

300

400

500

• 600

1000

Resistencia Varilla

convencional 1/2 pulg

x 10 pies

35.8

71.6

107.4

143.2

179.0

214.8

358.0

Resistencia Chem-Rod

2,5 pulg x 8 pies

3.17

6.31

9.45

12.6

15.7

18.8

31.4

Tabla 4.1 Resistencia de aterrizaje

p del terreno

(Q-m)

100

200

300

400

500

600

1000

Resistencia Pica

convencional

1/2" x!0r

4.6

4.8

4.3

4.8

4.5

4.3

4.8

Resistencia

Chem-Rod

2,5" x 8 '

3.17

3.66

3.70

4.38

3.93

3.95

4.04

Número de

varillas

convencionales

15

30

50

60

80

100

150

Número de

Chem-Rod

1

2

3

4

6

8

15

Tabla 4.2 Comparación de la cantidad de picas

En la tabla 4.3 [Ref 10], se compara los resultados del electrodo Chem-Rod con otros

electrodos de puesta a tierra, en diferentes tipos de suelos a lo largo de tres años. Para

los dos primeros electrodos se uso una varilla convencional de 3 rn de longitud por 3/4"

de diámetro, en terreno acondicionado manualmente (sal con agua).

216

Tipo De

Electrodo

RESISTIVIDAD DEL TERRENO (fl-m)

9 62 270

RESISTENCIA

Pica Barométrica 0.5

Varilla (1° año) 2.3

Copperweld (3° año) 5.0

Chem-Rod 0.2

2.9

1.8

30

<2.0

22

44

>80

<10

3.7K

PROMEDIO (fl)

240

350

400

<90

30K

2K

1.5K

3K

<1K

Tabla 4.3 Resistencia a tierra de varios electrodos

De acuerdo con lo expuesto, se ha determinado que el uso de electrodos activos

reemplazan con mucha ventaja a los sistemas tradicionales, ya que se consigue valores

de resistencia más bajos y sufren menos variaciones a través del tiempo.

4.1.2 FIABELIDAD DEL SISTEMA DE PARARRAYOS DE NUEVA

TECNOLOGÍA

Sistemas de disipación de rayos: La instalación de un Sistema de Arreglo de

Disipación (DAS) de LEC, de acuerdo con los informes del fabricante es muy efectivo

en la prevención de cualquier descarga, ya que elimina por completo las descargas de

los rayos en el área protegida. Por lo tanto, evita los problemas inherentes al sistema de

pararrayos tradicional, que atraen al rayo e intenta disipar su energía.

El sistema, consiste básicamente de un disipador (ionizador), el cual se conecta a una

toma de tierra (colector) mediante un cable descendente (ver con más detalle el anexo

H).

El DAS se basa en el fenómeno de disipación natural conocido como el principio de

descarga en punta, mediante la utilización de miles de pequeñas puntas o ionizadores que

producen iones simultáneamente sobre una extensa área, en presencia del fuerte campo

electrostático entre la nube cargada y el suelo. Estos son desplazados por el campo y el

viento hacia las nubes, evitando de esta forma que se rompa el dieléctrico del aire y se

217

produzca el rayo. El flujo de comente empieza cuando el campo eléctrico creado por la

nube, activa el DAS y continúa incrementándose a medida que se acerca, esta corriente

de iones continuará hasta que la tormenta cese o pase (Fig. 4.2).

DISIPADORHEMISFEHCO

INSTALACIQtJA PROTEGER

Fig. 4.2 Concepto del sistema DAS

Estos ionizadores son tan efectivos que bajo intensas tormentas pueden brillar debido al

volumen de iones producidos, sin que ocurra la descarga del rayo.

Los DAS están especialmente diseñados para cada aplicación. Se dimensionan diferentes

tamaños, alturas, según el tipo de instalación, altitud y valor isoceráunico. La

configuración más usada es el disipador hemisférico, que tiene forma de paraguas;

usados para proteger torres o en conjunto con los ionizadores para estructuras elevadas,

tales como antenas, edificios, subestaciones, instalaciones de radar, depósitos de

combustible, entre otros.

La altura y número de puntas requeridas para eliminar (disipar) todas las descargas de

rayos en el área afectada depende de la cantidad de carga generada en la base de la nube

durante la tormenta. Como un ejemplo, se considera la tabla 4.4 donde se indica el

218

número de puntas requeridas para la disipación de diferentes cargas en un campo

eléctrico de 20 KV por metro de elevación, cuando el disipador (ionizador) se eleva

hasta 30 metros.

Riesgo

50%

10%

5%

0.1%

Carga

(Culombios)

20

60

100

200

N° de puntas

H = 25m

127xl03

441xl03

735xl03

1470xl03

H = 30 m

115xl03

340xl03

570xl03

1200xl03

Tabla 4.4 Número de puntas requeridas

El sistema 3000 o pararrayos radiactivo: El sistema 3000 se ha diseñado para emitir

un flujo de corriente adelantada a la formación de los canales ascendentes, por medio

del elemento captor denominado dinaesfera. Así, una sola dinaesfera es capaz de generar

un punto preferencial para la intercepción de los rayos, el cual podría impactar en otra

parte de la instalación protegida.

El sistema consta de tres elementos básicos: la dinaesfera, el conductor triax de conexión

a tierra y la toma de tierra (véase con más detalle el anexo H).

Este tipo de pararrayos es capaz de crear una foto-ionización (radiaciones) sin la

intervención sustancial de la carga espacial, mediante la concentración del campo

eléctrico en su alrededor de modo de emitir iones rápidamente al aproximarse un canal

de conducción, todo ello ocurre en milisegundos.

La intensidad de campo es función de la geometría de la esfera, ubicación del terminal,

carga del canal y velocidad de aproximación del canal. Cabe indicar también que tales

factores determinan la zona de protección (volúmenes de colección). En la figura 4.3

se muestra la zona de acción de un pararrayos radiactivos.

219

El radio de atracción de la dinaesfera no es constante, ya que éste varia según la altura

y geometría de la estructura, y por los factores atmosféricos y eléctricos originados

durante el proceso de formación de los rayos. Además, sobre las estructuras altas

(torres, edificios, etc.) varios puntos compiten para la intercepción del rayo, la dinaesfera

debe colocarse en una posición preferencial para un mayor grado de protección.

En consecuencia, el sistema tiene por finalidad atraer sobre si las descargas, ya que

establece un camino de contacto con el canal de conducción más cercano (líder). Así

mismo, la dinaesfera no requiere de una fuente de energía, puesto que es activado

mediante el aumento del campo eléctrico propio del fenómeno.

Descarga 1 Descarga 2(débil)

Fig. 4.3 Volúmenes de colección de la dinaesfera

En los casos de protección de instalaciones extensas o de edificios altos mediante el

método tradicional, éste requiere de la instalación de varias varillas Franklin, para cubrir

toda el área, el cual presenta desventajas como:

Cuanto mayor sea el número de pararrayos, mayor es el riesgo de descarga.

Nivel de protección incierto.

220

Sistema complejo y difícil instalación.

Mantenimiento difícil.

El cable instalado exteriormente causa inconvenientes en la fachada del edificio.

Los puntos más probables de descarga a más de las varillas, son las torres, antenas,

equipos, etc., localizados sobre la azotea. En otras palabras, no se garantiza que el

rayo caiga en el pararrayos.

En conclusión, los sistemas 3000 y DAS es la solución para cualquier problema de

descarga directa de rayos. Teniendo presente que se puede demostrar en el laboratorio

la efectividad del funcionamiento de los mismos; más, no se puede reproducir

adecuadamente el fenómeno del rayo.

Por otra parte, se conoce que la instalación de cables de cobre desnudos como parte del

sistema de protección tradicional siempre presenta un mayor peligro a una descarga

lateral o la posibilidad de que la descarga busque un camino de menor resistencia. Para

superar estos peligros se recomienda utilizar el conductor aislado triax que posee una

envoltura interior y exterior que permite un montaje seguro por el interior de la

instalación.

Las ventajas que ofrece el cable triax son las siguientes:

Da facilidades para el recorrido del cable, es decir, se permite recorre pisos,

paredes, estructuras, ductos de aire, etc., mediante grapas o abrazaderas, con el

propósito de mantenerse lejos del ambiente eléctrico.

La corriente de descarga se transporta por interior del núcleo de cobre (50 mm2) del

conductor, por lo tanto no se toma en cuenta la impedancia de la instalación

(equipos, torres, edificaciones). El riesgo de una descarga lateral es virtualmente

eliminada.

221

La estructura del edificio conduce una mínima corriente de descarga (comente de

fuga) que es debido al acoplamiento capacitivo con el conductor y

consecuentemente el voltaje generado es insignificante.

Se requiere de un solo cable triax y de una simple toma de tierra como parte del

sistema de protección.

4.1.3 FIABILIDAD DE LOS EQUIPOS SUPRESORES DE TRANSIENTES

La siguiente información pretende describir e ilustrar la efectividad de los supresores

TVSS (transient voltage surge supression) de LEC de acuerdo a la tecnología utilizada.

No intenta identificar si el protector es bueno o malo, más bien se analiza el grado de

protección y las limitaciones de cada tecnología.

Supresor paralelo de etapa simple: El circuito para el control de transientes de etapa

simple consta de elementos de disipación de alta energía con un nivel de voltaje de

bloqueo estable y tiempo de respuesta inmediata (del orden de los nanosegundos), para

ser instalado en paralelo en los conductores de alimentación eléctrica los que permiten

suprimir los picos de energía. Este dispositivo esta compuesto de varistores de oxido

metálico (MVO's), diodos de silicio tipo avalancha o tubos de gas diseñados para un

nivel de voltaje de bloqueo predeterminado. Si bien el equipo supresor es de bajo costo

y de fácil instalación, estos tienen algunas limitaciones en la efectividad.

El nivel de bloqueo de estos dispositivos esta en función del tiempo de subida de

la onda del transitorio (time rise).

El circuito de control del dispositivo tienen como característica limitante el utilizar

un solo componente protector.

Supresor paralelo de etapa múltiple: Los protectores paralelos puede ser mejorados

agregando dos o más etapas mediante el uso de varios componentes protectores. Este

222

modelo ha probado ser más efectivo que los diseños con etapa simple, donde se

proporciona una forma adicional de protección. El componente de la primera etapa

proporciona un camino independiente para los transitorios de corriente, el segundo

componente proporciona un voltaje de bloqueo frente a un transitorio. Así, se mejora el

manejo de las altas energías y que presenten un bajo voltaje de bloqueo. Esto es

importante cuando se presentan los transitorios de voltaje y corriente, producidos por las

descargas atmosféricas, ya que pueden introducirse en las instalaciones a través de las

líneas de fase, neutro o tierra.

Supresor serie-híbrido de etapa múltiple: Este tipo de supresor dispone de un

elemento en serie en el circuito. Esto permite un mayor control de los transitorios sobre

las líneas de alimentación de corriente alterna, donde el transitorio atraviesa el

dispositivo protector antes llegar al equipo protegido.

El elemento principal de este dispositivo lo constituye la inductancia o elemento de

control serie para ofrecer un alto grado de protección, pero su instalación es compleja

y de alto costo.

De este análisis se puede concluir que la tecnología serie-híbrida es la que garantiza una

protección completa, sin desmerecer la tecnología en paralelo que ha alcanzado altos

grados de protección.

Ahora bien, los TVSS de la compañía LEC deben cumplir con los estándares

ANSÍ/IEEE C 62.41 1980, ANSÍ/IEEE C 62.45 1987, UL1449. Esto significa que el

equipo supresor de transientes, es probado de acuerdo a estos estándares y cumple con

las recomendaciones establecidas y por lo tanto ofrece la seguridad requerida al equipo

a proteger.

223

4.2 EVALUACIÓN DE COSTOS DE LOS EQUIPOS DE PROTECCIÓN

Los costos de inversión tienen que ver con los costos de los equipos de protección y su

respectiva instalación. Para ello, sólo interesa comparar los precios entre los productos

fabricados con tecnología tradicional o los desarrollados actualmente y sus

conveniencias.

Los precios de materiales y equipos, pueden fluctuar mucho de un momento a otro,

debido a los cambios de precios que se producen en el mercado nacional e internacional;

por lo que los que se presentan tienen el carácter de referenciales.

Toda la información de precios, fue obtenida a través de proveedores locales que ofrecen

los productos de los fabricantes: LEA DYNATECH, LIGHTNING ELIMINATORS &

CONSULTANTS (LEC, Inc) y LIGHTNING PROTECTION INTERNATIONAL LTD.

Cabe señalar que Lea Dinatech es una empresa que se dedica a la fabricación de equipos

supresores de transientes para todas las aplicaciones posibles; mientras que Lightning

Elimitars & Consultans y Lightning Protection International Ltd, se dedican a la

fabricación de equipos de sistemas de pararrayos DAS y sistema 3000, respectivamente.

En cuanto hace relación a los sistemas de tierra, se va ha considera el uso de electrodos

activos, el cual es comercializado por la empresa LEC, Inc.

Las tablas que se presenta a continuación esta elaborados con los precios vigentes en

1996 (el costo del proyecto está estimado en dólares americanos). Evidentemente son

solo referenciales, pero nos dan una idea aproximada de la inversión que demanda el

proyecto que debe ser implementado en la central Quito-Centro.

224

4.2.1. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Solución 1: Aprovechamiento y mejoramiento de las tomas de tierra existentes.

En la tabla 4.5, se muestran los precios para los diferentes materiales que podrían

utilizarse en la readecuación del sistema.

Presupuesto Referencial 1996

Adquisición de materiales del sistema de puesta a tierra

para la planta de Quito-Centro

Cant.

200

3

2

5

1

1

Unid.

m

•uU

U

u

u

Descripción

Cable de cobre desnudo #2/0 AWG

Electrodos copperweld 3/4" x 1.8 m

Barra de cobre de 3" x 1/4" de 0.5 m

de longitud

Cápsula para los puntos de suelda

exotérmica

Molde de la suelda

Materiales varios

Total

tínit. U.

6

15

21

15

100

100

Precios

S.$ Total U.S.S

.0 1200.0

.0 45.0

.0 42.0

.0 75.0

.0 100.0

.0 100.0

1562.0

Tabla 4.5.a Costo de materiales

De manera que el costo total de la instalación del sistema de tierra considerando mano

de obra y otros gastos, será el que se indica en las tablas 4.5.b y 4.5.c.

225

Alternativa a:

Total de materiales

Readecuación y mejoramiento de la toma de tierra # 23 con GAF y

2 electrodos 3/4" x 3 m.

Mano de obra, gastos administrativos y otros gastos

Total

Tabla 4.5.b Costos de instalación

Alternativa b:

Total de materiales

Readecuación y mejoramiento de la toma de tierra # 2, con GAF y

un electrodo activo


Total

Tabla 4.5.c Costo de instalación

Solución 2: Implantación de una nueva toma de tierra.

Alternativa a: Sistema de puesta a tierra tradicional.

S. 1562.00

$. 300.00

S. 2300.00

$. 4162.00

$. 1562.00

$. 2800.00

$. 2300.00

$. 6662.00

En la tabla 4.6, se muestran los precios para los diferentes materiales y accesorios que

podrían utilizarse en la instalación de una nueva malla de tierra.

226




Cant.

41

15

250

6

2

1

15

1

1

Unid.

m

m

m

U

U

•u

U

U

u

Descripción

Cable de cobre desnudo # 4/0 AWG



Electrodos copperweld 3/4" x 1.8 m


de longitud

Barra de cobre de 3" x 1/4" de 1 m

de longitud


exotérmica

Molde de la suelda

Materiales varios

Total

Unit. U.

7

6

5

15

21

43

15

100

100

Precios

S.S Total U.S.S

.5 307.5

.0 90.0

.0 1250.0

.0 90.0

.0 42.0

.0 43.0

.0 225.0

.0 100.0

.0 100.0

2247.5


De manera que el costo total de la instalación del sistema de tierra será el que se señala

en la tabla 4.6.b.

Total de materiales


Total

$. 2247.50

$. 2800.00

$. 5047.50


Alternativa b: Sistema de puesta a tierra con varilla químicas.

227

En la tabla 4.7, se muestra los precios para los diferentes materiales y accesorios que

podrían utilizarse en la instalación de este tipo de sistema.




Cant.

21

250

2

2

1

1

1

1

Unid.

m

m

U

U

U

U

uu

Descripción



Electrodos activos 2.5" x 2.5 m


de longitud

Barra de cobre de 3" x 1/4" de 1 m

de longitud


exotérmica

Molde de la suelda

Materiales varios

Total

Unit. U.

6

5

2800

21

43

15

100

100

Precios

S.S Total U.S.S

.0 126.0

.0 1250.0

.0 5600.0

.0 42.0

.0 43.0

.0 15.0

.0 100.0

.0 100.0

7276.0

Tabla 4.7.a Costos de materiales

De manera que el costo total de la instalación del sistema de tierra será

aproximadamente de:

Total de materiales


Total

$. 7276.00

$. 2800.00

$. 10076.00


228

4.2.2 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

Solución 1: Readecuación del sistema de pararrayos.

En la tabla 4.8, se muestran los precios para los diferentes materiales y accesorios que

podrían utilizarse con el fín de conseguir el funcionamiento óptimo de la instalación

existente.


Adquisición de materiales del sistema de protección contra

rayos para la planta de Quito-Centro

Caut.

90

1-0

2

1

Precios

Unid. Descripción Unit. U.S.S Total U.S.S

m Cable de cobre aislado # 2/0 AWG-TTU 15.0

m Cable de cobre aislado # 1/0 AWG-TTU 12.0

U Tubo de acero galvanizado de 2.5 m de 21.0

longitud

U Materiales adicionales 150.0

Total

1350.0

120.0

42.0

150.0

1662.0


De manera que el costo total de la instalación para el mejoramiento del sistema será el

indicado en la tabla 4.8.b.

Total de materiales


Total

$. 1662.00

$. 1800.00

$. 3462.00


229

Solución 2: Instalación de un nuevo sistemas de pararrayos utilizando nueva tecnología.

Alternativa a: Sistema DAS, que elimina la carga eléctrica de las nubes, evitando que

se forme el rayo.

En la tabla 4.9, se muestran los precios de los dispositivos, accesorios y materiales que

podrían utilizarse en la instalación del sistema apartarayos.


Adquisición de un sistema de protección contra


Cant.

1

90

10

1

Precios

/Unid. Descripción Unit U.S.S Total U.S.S

U Disipador tipo hemisférico y accesorios

de montaje

m Cable de cobre aislado # 2/0 AWG-TTU


U Materiales adicionales

Total

9500.0 9500.0

15.0 1350.0

12.0 120.0

150.0 150.0

11120.0


De manera que el costo total de la instalación del sistema de protección contra descargas

será el que se indica en la tabla 4.9.b.

Total de materiales

Mano de obra, gastos administrativos, transporte y otros gastos

Total

$. 11120.00

$. 3200.00

$. 14320.00

Tabla 4.9.b Costo de instalación

230

Alternativa b: Sistema 30003 que emite un flujo de iones en presencia de una tormenta

eléctrica.

En la tabla 4.10, se muestran los precios de los elementos, materiales y accesorios que

podrían utilizarse en la instalación del sistema.


Adquisición de un sistema de protección contra


Cant

1

60

30

10

1

1

Precios

Unid. Descripción Unit U.S-S Total Ü.S.S

U Dina-esfera y accesorios de montaje

m Cable Triax con cobre en el interior

#1/0 AWG



U Contador de rayos

U Materiales adicionales

Total

8500.0

44.0

15.0

12.0

380.0

150.0

8500.0

2640.0

450.0

120.0

380.0

150.0

12240.0



aproximadamente de:

Total de materiales


Total

S. 12240.00

$. 2800.00

$. 15040.00

Tabla 4.10.b Costos de la instalación

231

4.2.3 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TRANSITORIOS

Solución 1: Instalación de equipos protectores de transientes (TVSS) juntos a los

tableros de distribución principal (tabla 3.17), a fin de obtener una protección primaria.

En la tabla 4.11 se da una lista y las características generales del equipo TVSS de

protección contra los transitorios a ser instalados.


Adquisición de un sistema de protección General contra

transientes para la planta de Quito-Centro

Cant.

2

1

Unid. Descripción

U Equipo supresor tipo PHT PLUS para

220/380 V-3Y, con capacidad máxima

de corriente transitoria de 100 KA por

fase, para montaje en paralelo.

U Acesorios adicionales

Total

Precios

Unit. U.S.S Total U.S.S

2800.0 5600.0

250.0 250.0

5850.0



aproximadamente de:

Total de materiales


Total

S. 5850.00

$. 1000.00

$. 6850.00


232

Solución 2: Instalación de equipos supresores de transitorios (TVSS) junto a los tableros

secundarios señalados (tabla 3.17) para obtener una protección particular.

A criterio de los expertos y en base a la experiencia se recomienda la implantación de

las dos alternativas, a fin de conseguir una protección total.

En la tabla 4.12 se da una lista y las características generales de los equipos TVSS de

protección contra los transientes a ser instalados.


Adquisición de un sistema de protección individual contra

transientes para la planta de Quito-Centro

Cant.

5

1

1

1

Unid. Descripción

U Equipo supresor tipo PHT para

220/380 V-3Y, con capacidad máxima

de corriente transitoria de 50 KA por

fase, para montaje en paralelo.

U Equipo supresor tipo PT para 220/380-

3Y, con capacidad máxima de corriente

transitoria de 25 KA, para montaje en

paralelo.

U Equipo supresor tipo TE-COAX, con

capacidad máxima de corriente

transitoria de 5 KA, para montaje en

serie.

U Acesorios adicionales

Total

Precios

Unit. U.S.S Total U.S.S

2200.0 11000.0

2000.0 2000.0

1650.0 1650.0

450.0 450.0

15100.0


233

De manera que el costo total de la instalación del sistema de protección será

aproximadamente de:

Total de materiales S- 15100.00

Mano de obra, gastos administrativos, transporte y otros gastos $. 2400.00

Total $. 17500.00


4.3 EVALUACIÓN DE COSTOS DE INSTALACIÓN

En lo que concierne al costo de instalación se ha tomado en cuenta la mano de obra y

los gastos generales que esto involucra como son gastos de ingeniería, gastos

ocasionados por las negociaciones, dirección técnica, supervisión, transporte y gastos

generales.

Los costos de instalación se detallan a continuación:

Sistema de puesta a tierra: de la información del mercado nacional, ha sido posible

obtener los costos aproximados para realizar los trabajos de mejora del sistema de

tierra existente, o bien para la implantación de una nueva malla de tierra, cuyos

precios se indica en la tablas 4.5, 4.6 y 4.7; como se indicó, los costos son

referenciales y el ajuste principal para su contratación estaría en todo lo que

respecta a mano de obra y dirección técnica.

Sistema de protección contra descargas atmosféricas directas: de acuerdo a las

cotización obtenidas, con el propósito de realizar un mejoramiento en el sistema

existente, o bien para una nueva instalación mediante el sistema 3000 o DAS, que

vienen a disminuir el riesgo de accidentes ocasionados por descargas atmosféricas,

son los que se detallan en las tablas 4.8, 4.9 y 4,10; en este caso los ajustes estarían

al costo de la grúa para el montaje que se ha considerado y en la mano de obra y

234

dirección técnica.

Sistema de protección contra transitorios: de acuerdo a las cotizaciones obtenidas,

para la adquisición de equipos de protección contra transitorios de corriente y

voltaje que deben instalarse en la central Quito-Centro con el fin de mejorar su

sistema de protección, son los que se presentan en las tablas 4.11 y 4.12; para este

caso se asume que son los más cercanos a la realidad.

4.4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN

Como conocemos cuales son los problemas existentes y como se debe solucionar;

entonces, su implantación va depender fundamentalmente del presupuesto disponible por

parte del EMETEL y de su voluntad de iniciar el trabajo.

El cronograma del proyecto; además de los cuadros que se presentan más adelante

deberá incluir la preparación de las bases de contratación de los equipos requeridos para

la protección de la central de Quito-Centro, en la parte correspondiente a características

técnicas se presentará todas las recomendaciones para corregir los problemas existentes;

de acuerdo con lo tratado en los capítulos anteriores de este trabajo.

En los cuadros 4.13, 4.14 y 4.15 se describe en detalle las etapas a seguir para la

implantación de las soluciones propuestas en la presente tesis; donde los días de trabajo

propuestas son días hábiles de trabajo.

Cronograma de implementación del

del sistema de P.A.T.

235

ítem Actividades Tiempo en

días

01 Planificación inicial del proyecto 10

02 Adquisición de los materiales 30

Solución 1:

01 Instalación y conexiones entre la línea de tierra anular y las 15

tomas de tierra existentes

02 Puesta en funcionamiento y pruebas 3

Solución 2: Alternativa a

01 Limpieza, excavación, y tratamiento del terreno 15

02 Construcción e instalación de la malla 5

03 Cableado, conexiones hacia las instalaciones de las centrales 5


Solución 2: Alternativa b.

01 Limpieza, excavación de hoyos y acondicionamiento del terreno 5

02 Instalación de los dos electrodos activos 2

03 Cableado, conexiones hacia las instalaciones de las centrales 5


Tabla 3.13 Cronograma de trabajo

Cronograma de implemerutación del

sistema de pararrayos

236

ítem Actividades Tiempo en

días

01 Planificación inicial del proyecto 10

02 Adquisición de materiales 30

Solución 1:

03 Montaje del terminales de aire (varilla Franklin) a mayor altura 3

04 Cambio del cable y su respectiva conexión con los componentes 4

del sistema

05 Pruebas de continuidad del sistema 2

Solución 2: Alternativa a

03 Montaje del ionizador 5

04 Cableado, conexiones de los elementos del sistema DAS 8



03 Montaje de la dinaesfera 3

04 Cableado, conexiones de los componentes del sistema 3000 5



237

Cronograma de implementación del

sistema de protección contra transientes

ítem

01

02

03

04

05

02

03

05

Actividades

Planificación inicial del proyecto

Adquisición de los materiales y equipos

Solución 1:

Cableado, conexiones

Instalación y pruebas de los equipos supresores

Puesta en fiancion amiento y pruebas


Cableado, conexiones

Instalación y pruebas de los equipos supresores

Puesta en funcionamiento y pruebas

Tiempo en

días

10

30

3

5

3

3

8

3


De lo expuesto, se concluye que cualquiera de las soluciones puede ser implantada en

un tiempo corto y que lo importante es que se tome la decisión de llevar adelante el

proyecto, ya que la central requiere de sistemas de protección contra descargas

atmosféricas, transitorios y de que cuente con un sistema de puesta a tierra confiable. La

decisión por una otra solución depende exclusivamente del costo a invertir por parte de

la empresa EMETEL.

CAPITULO 5

5.1 CONCLUSIONES

5.2 RECOMENDACIONES

238

5.1 CONCLUSIONES

En base al estudio realizado, se puede estractar entre otras las siguientes conclusiones:

En instalaciones de telecomunicaciones un sistema puesta a tierra es necesario por

razones de seguridad del personal y del equipo, y para asegurar un funcionamiento

correcto de cada uno de los sistemas que conforma una central telefónica (conmutadores.,

transmisores, distribuidores, etc).

En general, una instalación de puesta a tierra se consigue enterrando una o varias varillas

de cobre, o una malla también de cobre en el terreno, y desde allí interconectando esta

referencia hasta los equipos que los requieran.

Evidentemente, la instalación de la toma de tierra tendrá como objetivo central, el

conseguir la resistencia más baja que sea posible, para que el sistema sea, más seguro

y efectivo.

Toda inspección de puesta a tierra de una central telefónica consistirá en verificar el

estado actual de conservación de todos los elementos de las tomas de tierra existentes

en su predio, incluyendo una medida de la resistencia y deberá, procederse a la

inmediata reparación de los defectos que se encuentren.

Las lecturas que se tomen de la resistencia de puesta a tierra o de la resistividad del

suelo debe ser lo más cercano a la realidad, aun cuando dependerá de las facilidades que

preste el lugar. En la práctica, se recomienda efectuar más de una medida, para así

asegurar una buena aproximación al valor real. Estas medidas deben realizarse en las

condiciones más desfavorables, es decir, en época en que el suelo esté más seco (verano)

y si ello no es posible, se deberá aplicar un cierto coeficiente de seguridad que

incremente los resultados obtenidos.

Para diseñar un sistema de puesta a tierra en primer lugar se deben realizar los estudios

239

correspondientes, relacionados con las instalaciones o equipos a ser aterrizados; elección,

dimensiones y disposición del tipo de electrodo(s) a usar de acuerdo a las características

del suelo y a la resistencia de toma de tierra recomendada.

Para plantas de telecomunicaciones grandes la malla de tierra típica esta compuesta de

cable de cobre desnudo (recuérdese que # 2 AWG es el mínimo), enterrados a una

profundidad comprendida entre 0.4 y 1 metro. La malla está formada por conductores

separados de 2 a 6 metros, también se aconseja enterrar varillas copperweld (5/8 pulgada

x 8 pies) en el perímetro exterior y en puntos intermedios de la malla.

Cuando la conductividad del terreno no es buena, se puede mejorar de algunas maneras;

variado el contenido químico de la misma añadiendo sal en grano o reemplazar el suelo

utilizando chocoto, bentonita o GAF como material de relleno. También se puede

realizar un acondicionamiento automático del suelo mediante el empleo de varillas

químicas (Chem-Rod).

Es necesario que toda toma de tierra disponga de un pozo de revisión, para realizar

labores de mantenimiento, si es posible dejando ductos para poder comprobar la

humedad del terreno y poder, en caso de ser necesario introducir soluciones químicas

o agua para conservar la conductividad del suelo.

De acuerdo a la norma NEC 250 artículo 250-86 esta permitido unir entre sí en un solo

punto a diferentes tomas de tierra que se presenta en una instalación, como son tomas

de tierra para la energía eléctrica, tomas de tierra para descargas del pararrayos y tomas

de tierra para telecomunicaciones.

En cuanto hace relación a los sistemas de protección contra descargas atmosféricas estos

cumplen con una acción protectora; es decir, el pararrayos tiene por finalidad atraer para

si las descargas eléctricas y desviarlas a tierra.

Todo sistema de pararrayos debe atender a dos requisitos básicos: protección de las

240

instalaciones y personal contra las descargas atmosféricas directas y, establecer un

camino fácil para la conducción de las altas comentes de descarga con un mínimo de

resistencia posible.

Un sistema de protección debe asegurar la mayor probabilidad de que el rayo caiga en

el pararrayos, que sobre algún otro lugar de la instalación.

Para transportar la comente de descarga a tierra sin peligro de una descarga lateral se

recomienda instalar cables de cobre aislados tipo triax o TTU.

No se debe perder de vista la recomendación que la toma de tierra tenga una resistencia

constante, menor a los 5 ohmios, con los que se va a conseguir que la instalación este

adecuadamente protegida.

Es evidente, que las estadísticas nos pueden dar indicativos atemorizantes para unos o

sin importancia para otros, lo realmente importante es considerar que un sólo rayo, un

sólo día del año, puede ocasionar daños incalculables en las instalaciones y equipos.

Para el caso de plantas telefónicas que se encuentran instaladas en regiones de alto nivel

isoceráunico, será necesario que se instale un sistema de protección contra descargas

atmosféricas; en el Ecuador los niveles altos se presentan en la región del Oriente.

Para el funcionamiento óptimo del sistema de pararrayos se debe constatar la continuidad

eléctrica entre el elemento captor y la malla de tierra, para la reducción de los riegos de

un mal contacto en las conexiones, se recomienda utilizar uniones soldadas.

Para la determinación de la zona de protección se puede aplicar el método tradicional

pero que tiene sus limitaciones, ya que la correlación entre altura/base de protección no

esta claramente definida. Mientras que el modelo electrogeómetrico la evaluación de la

zona de protección es función de la amplitud de la comente del rayo esperada (como

resultado del concepto de la distancia de impacto), cuya probabilidad de ocurrencia de

241

descarga de una determinada intensidad se expresa en forma de distribución estadística.

En consecuencia, para propósitos de diseños son sólo valores referenciales ya que pueden

variar dependiendo de las propiedades geográficas de la región, altitud de la zona,

proceso de formación del rayos, etc; la forma y tamaño, de la instalación también influye

en el diseño.

Por lo expuesto se concluye que la zona estimada para la central Quito-Centro es sólo

una zona teórica y que las instalaciones que se encuentren dentro de éste volumen están

protegidas contra las descargas atmosféricas.

La probabilidad de una falla del apantallamiento depende del nivel isoceráunico de la

región (para la zona de la central Quito-Centro, se ha estimado en 40 descargas/Km2 por

año) y de los parámetros anotados anteriormente.

Las alternativas de solución que ofrecen los fabricantes en esta clase de sistemas

protección son: las varillas Franklin (sistema tradicional), los pararrayos radiactivos

(dinaesfera) o el aparta-rayos (sistema DAS), mismos que debe instalarse en los puntos

más altos de las instalaciones que se quieren proteger. A fin de seleccionar el sistema

más adecuado, deberá considerarse el aspecto económico y facilidad de instalación.

Como se conoce, los transitorios de corriente y voltaje es el más grave problema que

presenta la alimentación de energía eléctrica (responsables del 90% de las fallas), ya que

pueden producir daños de diversa magnitud a los equipos o ir disminuyendo el tiempo

de vida útil de los mismos.

Son innumerables las posibles fuentes generadoras de transitorios de voltaje y de

corriente, pero evidentemente las más temidas son las descargas atmosféricas.

En la práctica, no sólo ha de protegerse contra los transitorios producidos en el interior

de la instalación, sino también los producidos por las descargas atmosféricas.

242

La única solución es protegerse contra ellos, es decir toda instalación de

telecomunicaciones debe contar con los dispositivos de supresión de transitorios

adecuados tanto para las líneas de alimentación eléctrica, como para las líneas de

comunicaciones. Por lo tanto., los únicos equipos que pueden realizar esta labor son los

denominados supresores de transientes (TVSS) que utilizan como elementos de

disipación de la corriente transitoria, varistores de óxido metálico (MVO's) y diodos

supresores tipo avalancha.

Es importante también para la protección contra transitorios e interferencias, el contar

con la conexión a tierra de los equipos, en forma adecuada.

Se debe mencionar que el protector que se seleccione deberá cumplir con ciertos

requerimientos básicos en sus características eléctricas y además proteger a la instalación

en todos los modos posibles.

Se recomienda básicamente dos alternativas de protección: total o parcial. Teniendo en

cuenta, que el sistema de protección se lo puede incrementar en etapas.

5.2 RECOMENDACIONES

Del estudio realizado, se establece que la Central Quito-Centro, no dispone de todos los

dispositivos de protección necesarios para prevenir los daños causados por transitorios

de corriente y voltaje producidos por el arranque y parada del grupo generador, de las

bombas compresoras de las unidades de aire acondicionado, apagones y principalmente

por las descargas atmosféricas. Situación que se ve aún más complicada por la existencia

de sistemas de puesta a tierra que no cumplen con las normas requeridas para este tipo

de instalación.

Por lo expuesto se recomienda proceder a la implantación de la soluciones propuestas

para el mejoramiento del sistema de puesta a tierra de las instalaciones de la central

Quito-Centro.

243

Para el control de las descargas atmosféricas en la central., mismas que afortunadamente

hasta la fecha no ha ocasionado daños en las instalaciones, se recomienda la

readecuación de sistema existente o la instalación de un nuevo sistema utilizando la

nueva tecnología.

Para limitar los sobrevoltajes y sobrecogientes a niveles tolerables se recomienda instalar

equipos supresores de transientes TVSS, los cuales poseen suficientes elementos de

supervisión, protección, limitación y señalización, a más de las ya existentes, para

garantizar una protección total de las instalaciones.

Es necesario el mantenimiento preventivo de los sistema de protección, por medio de

una inspección visual, medición de continuidad de cada sistema y medida de la

resistencia de tierra que deben ser programadas durante el año.

La decisión, sobre una de las alternativas propuestas en el presente trabajo, dependerá

de la disponibilidad económica de EMETEL Rl.

Finalmente, es recomendable que se realice un estudio sobre la calidad de energía

eléctrica realizando las mediciones pertinentes, de ser posible en un período de al menos

un mes, que permita proporcionar valores más reales; aspecto que no fue cubierto, toda

vez que no correspondía al alcance de esta tesis.

244

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[30] HART WillianS; "Ligthning and ligthning protection", Marcambo, 1985.

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ANEXO A

Planos de los diagramas unifilares

del sistema eléctrico Quito - Centro

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ANEXO B

Planos de los diagramas unifílares

del sistema de puesta a tierra Quito - Centro

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ESCUELA

POLITÉCNICA

NACIONAL

QUITO

- CENTRO

EMETEL

R-1

DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA DE P.A.T #1

FECHA:

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ESCUELA

POLITÉCNICA

NACIONAL

QUITO

- CENTRO

EMETEL

R-1

DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA DE P.A.T

FECHA:

XII - 96

HOJA 3 de 6

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POLITÉCNICA

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CENTRO

EMETEL

R-1

SIMBOLOGIA ELÉCTRICA

FECHA:

XII

96HOJA 6 de 6

ANEXO C

Planos de la ubicación de las torres de transmisión y,

zonas de protección contra descargas atmosféricas Quito - Centro

MÉTODO DE L1NCK

VISTA SUPERIOR

H = 20 m Y" = 62 años, oH = 25 m Y" = 85 años


QUITO - CENTRO EMETEL R-1ESTUDIO PROTECCIÓN DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

FECHA: XII-96 ESCALA: 1:60 HOJA 1 de 9

MÉTODO DEL CONO DE PROTECCIÓN

VISTA SUPERIOR

r = h

r = 1.5 x h


QUITO - CENTRO EMETEL R-1

ESTUDIO PROTECCIÓN DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

FECHA: xiI-96 ESCALA: 1;60 HOJA 2 de 9

MÉTODO DEL CONO DE PROTECCIÓN

VISTA DE ELEVACIÓN OESTE

VISTA DE ELEVACIÓN SUR

r = hr = 1.5 x hr = 50.8 x h0-293



FECHA: XII-96 ESCALA:"!: 60 HOJA 3 de 9

MÉTODO DE GOLDE (CILINDRO)

CALLE CUENCA

VISTA SUPERIOR





VISTA DE ELEVACIÓN OESTE


QUITO - CENTRO EMETEL R -1


FECHA: XII-96 ESCALA."! :60 HOJA 5 de 9


VISTA DE ELEVACIÓN SUR



FECHA: XII-96 ESCALA:1:60 HOJA 6 de 9

SISTEMTt-3000 (DINAESFERA))



FECHA: XII-96 ESCALA:! :90 HOJA 7 de 9

CALLE CUENCA

E5

PLANTA ALTA

Ubicación del

Sistemas de Pararrayos

Cable de cobredesnudo

Pararrayos:tradicional,Das o Dlna-esfera

CALLE BENALCAZAR

{*) Cable sin conexiónESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

QUITO - CENTRO EMETEL R-1


FECHA': XII-96 ESCALA: HOJA 8 de 9

LIMITE DEL ÁREA DE CAPTURA (CA)


QUITO CENTRO EMETEL R-1ESTUDIO PROTECCIÓN DESCARGAS ATMOSFÉRICAS


m

ANEXO D

Planos de los diagramas unifilares

del sistema de protección contra transientes Quito-Centro

•

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ESCUELA

POLITÉCNICA

NACIONAL

QUITO

- CENTRO

EMETEL

R-1

ESTUDIO DE PROTECCIÓN DE TRANSITORIOS

FECHA: XII - 96

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1 de 4

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ESCUELA

POLITÉCNICA

NACIONAL

QUITO -

CENTRO

EMETEL

R-1

ESTUDIO DE PROTECCIÓN DE TRANSITORIOS

FECHA: XII - 96

HOJA

3 de 4

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R-1

FECHA:

SIMBQLOGIA ELÉCTRICA

HOJA 4 de 4

* ANEXO E

Mapas isoceráunícoSj curvas de período de protección de

pararrayos y ejemplo de diseño del Sistema DAS y del Sistema 3000

El.l

ANEXO E.l

El.l DISEÑO TEÓRICO DE SISTEMAS DE ARREGLO DE DISIPACIÓN (DAS).

El Sistema de Arreglo de Disipación a diferencia del sistema convencional ha sido

diseñado para evitar la caída de los rayos en la zona protegida. Los DAS están basados

en el principio conocido como "descarga en punta", mediante la utilización de múltiples

puntas que emiten continuamente iones debido a la ionización de las moléculas de aire

adyacentes en el lugar de la tormenta. Estas moléculas forman una "carga espacial" entre

la nube cargada y el DAS, como se ilustra en la figura 4.2.

Se demuestra que el flujo de corriente de iones positivos o corriente de ionización (I)

para una sola punta es aproximadamente igual a la siguiente expresión:

I = 2.7T. so. W.(V-Vo) [E.l]

Donde: eo = 8.85 x 10"12 F/m, la permitividad del espacio libre.

W = Velocidad del viento, en m/s.

Vo = Voltaje mínimo para la ionización (alrededor de 10 KV).

V = Potencial actual en la punta.

La definición anterior es para una punta simple en una área abierta y no para varias

puntas. Cuando se utiliza varias puntas se debe considerar dos factores:

1. La relación entre separación de la puntas y la corriente de ionización.

2. El número de puntas que se requiere por área de protección.

La relación de separación de las puntas y la corriente de ionización es un parámetro

crítico; tal corriente de ionización producida por varias puntas reduce rápidamente la

diferencia de potencial entre la nube y el suelo. En la figura E.l se ilustra la relación

separación de las puntas/corriente para dos voltajes diferentes, de acuerdo a los estudios

E1.2

realizados por LEC. A partir de estos datos se deduce que la distancia de separación

óptima entre puntas es de 6 y 12 pulgadas, por lo menos para la mayoría de los

ionizadores.

CorrienteDe Iones

Matriz de Puntas: de 36 punías y 3 cables

6 a 10 1ZDistancia Entre Puntas

Fig. E.l Corriente de ionización en función a la separación de las puntas.

Es evidente que la carga a disipar se relaciona con la formación de la carga espacial;

pero además, es necesario determinar como se puede disipar tales cargas desde una

instalación. Por lo tanto, para realizar los cálculos se necesita considerar lo siguiente:

1. Se ha determinado que la carga negativa distribuida en la base de la nube esta entre

los 10 a 40 culombios (amperio- segundo).

2. El área de la base de la nube va desde 1.5 a 100 km2.

3. Por estudios atmosféricos revelan que las moléculas de aire cargadas (llamada carga

espacial) se distribuyen en el espacio por encima del suelo a una altura de 200 a

300 m.

E1.3

4. La carga en el extremo del canal principal descendente es de por lo menos de 1

culombio.

E1.2 SITUACIÓN ESTÁTICA (ANTES DE LA PROPAGACIÓN DE LA

DESCARGA)

La cantidad de carga a ser disipada (q) es función: de la carga (Q) en la nube, tamaño

de la base de la nube (A) y el tamaño del área protegida (a).

Entonces, la carga a ser disipada q, es:

q - f(Q). a / A [E.2]

Donde: Q = Probabilidad de distribución de la carga en la base de la nube.

A = Probabilidad de la extensión de la nube cargada,

a = Área a ser protegida.

Tal expresión se basa en la premisa de que la carga esta distribuida unifórmente, lo que

conduce a una consideración no es muy exacta.

En base a datos acumulados y en teoría, LEC ha determinado que la probabilidad de

riesgo de descarga dentro del área protegida es de una en 200 descargas. Es decir, si se

presenta 200 descargas sobre el área protegida, al menos una descarga ingresa al área;

este es un criterio que debe ser tomado en cuenta en el diseño.

E1.3 ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE CORRIENTE DE IONIZACIÓN

Para entender el proceso de estimación de la corriente de ionización5 se considera el

siguiente ejemplo:

Dado:

E1.4

Área protegida de 5600 m2, teniendo presente el peor de los casos que la nube

cargada este situado sobre dicha área.

Área de la base de la nube 1.5 Km2

Máxima carga de descarga (Q) 40 columbios o amperios-segundo.

La carga q a ser disipada por el DAS se estima de la siguiente manera:

q = (40x5600)7 1.5 x 106

q = 0.149 amperios-segundos

Sin embargo, el tiempo de recarga de la nube es de por lo menos 10 segundos, por lo

cual la carga debe ser disipada en el intervalo de los 10 segundos.

Entonces, la corriente de disipación promedio (I) sobre la zona protegida es de:

1 = 0.1497 10

I = 14.9 mA

La corriente de ionización es requerida para la determinación del número de puntas

necesarias, altura de la instalación, separación de dichas puntas y la forma del ionizador.

E1.4 EJEMPLO DE DISEÑO TEÓRICO DEL SISTEMA DAS

A partir del ejemplo anterior, se requiere de una comente de disipación de 15 mA

aproximadamente para una área de 5600 m2.

Con este dato y de acuerdo con la figura E.l, el número de puntas requeridas puede ser

calculado considerando que el área a ser protegida esta debajo de la nube. A partir de

la figura se tiene que para 36 puntas distanciadas a 6 pulgadas, el ionizador produce 110

mA para campo eléctrico de 54 Kv y para 78 KV, produce 380 mA.

E1.5

El número de puntas requeridas (N) se estima según la siguiente expresión:

N = I / Ip [E.3]

Donde: I = Cantidad de corriente requerida.

Ip = Flujo de comente de la punta, el cual es función de la altura del

ionizador e intensidad del campo eléctrico.

Empleando el dato anterior, para 78 KV se produce 10,6 /¿A por punta, un ionizador a

8 metros de altura con igual punta en un campo de 10 KV/m produce 11 ¿¿A

aproximadamente. Entonces, para producir 16 mA, N será:

N = 15xlO ' 3 / 11 x lO'6

N = 1364 puntas

Para una altura de 5 metros, N se incrementa a:

N= 1 5 x l O - 3 / 3 x 10-6

N = 5000 puntas.

E2.1

Anexo E2

SYSTEM 3000 ADVANCED INTEGRATED

LIGHTNING PROTECTION SYSTEM

System 3000 Lightning Protection: Calcularon of attractive radii of structures, their features and

Dynasphere termináis.

19/5/1993

AMERICAN LIGHTNING PROTECTION

RICHARD KITHIL

BREWERY

ECUADOR

020

LPi's ENGINEERING DEPARTMENT

Design Detaíls

Date

Client

Contad Ñame

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File Number

Designed by

Ceríifíed by

Desíqn Parameters

Linearly Dístributed Leader Charge

Cloud Base to Ground Vertical Height

Altítude of Site above Sea Level

Corona Inception Gradient at Sea Level

Downward/Upward Propagation Vel. Ratío of Leader

Protection Level

General Comments

Demonsíration Design.

Dynasphere: D1

TypeMounting MethodCommenls

DynasphereGuyed/Unguyed MastNone

Height of structure above ground plañe LS = 21.00 metresMasl Height LZ = 5.00 metresTolal heíght above ground plañe 81 = (LS-f L2) = 26-00 metresIníensificalion factor K2 = 80.00Dynasphere Atlractive Radius R2 = 98.00 melres

Installation Instructions: Install the Dynasphere on a 5.00 metremasl al the position shown on the attached plan and elevationdrawings. Please refer to the System 3000 Installalion andMalntenance Manual for exact ¡nstallation ínslructions.

Q =

H =

Alt =

EMSL -

KV =

1.5 Coulomb

4000 metre

O metres

3.1 MV/M

1.1

85%

Dynasphere: D2

TypeMounting MethodComments


Height of structure above ground plañe LS = 8.00 metresMasl Height L2 = 5.00 metresTotal height above ground plañe B1 = (LS+L2J = 13.00 metresIntensiíícation factor K2 = 80.00Dynasphere Attractive Radius R2 = 80.00 metres

Installalion Inslructíons: Install the Dynasphere on a 5.00 metremast at !he position shown on the anached plan and elevaüondrawings. Please refer to the System 3000 Installalion andMainlenance Manual for exact installation instructions.

E2.2

Dynasphere: D3


DynasphBreGuyed/Unguyed MastNone

Height o( structure above ground plañe LS = 8.00 metresMast Height L2 = 5.00 metresTotal height above ground plañe B1 - (LS+L2) = 13.00 metresIntensifícatíon factor K2 =• 80.00Dynasphere Anractive Radius R2 = 80.00 metres

Installation Instructions: Install the Dynasphere on a 5.00 metremast at the posilion shown on the attached plan and elevationdrawings. Please refer to Ihe System 3000 Installation andMaíntenance Manual for exact inslallation instruciíons.

Dynasphere: D5



Height of structure above ground plañe LS - 8.00 metresMast Height L2 - aoo metresTotal hetght above ground plañe 81 - {LS+L2} - 16.00 metresIntensiíication factor K2 = 80.00Dynasphere Attractive Radius R2 - 90.00 metres

Installatkm Instructions; Install the Dynasphere on 3 8.00 metremast at the positlon shown on the attached plan and elevationdrawings. Please refer to the System 3000 Installation andMaíntenance Manual for exact ¡nstallation ¡nslructions,

Competing Feature: C3

Heígh! above earth plañe L1 =- 8.00 metreInte'nsification factor K1 -10.00Attractive Radius R1 - 20.00 melresProtection Sumrnary: partially proíected by Oí

protected by D3

Competing Feature: CS

Height above earth plañe L1 = 8.00 metreIntensification factor K1 - 10.00Atlraclive Radius Rl = 20.00 metresProtection Summary: protected by 02

partially protected by D3


Height above earth plañe L1 - 8.00 metreIntensification factor K1 = 10.00Attractive Radius R1 - 20.00 metresProtection Summary: protected by D5


Height above earth plañe U =- 8.00 metreIntensificaiion factor K1 = 10.00Attractive Radius R1 = 20.00 metresProtection Summary: partially protected by D4

protected by 05


Height above earth plañe L1 = 6.00 mstreIntensificaron factor Kl = 10.00Attractive Radius R1 » 20.00 metresProtection Sumrnary: protecled by D1

partially protected by D4

Dynasphere: D4



Height of structure above ground plañe LS = 8.00 metresMast Height L2 » 7.00 melresTotal height above ground plañe B1 =• (LS+L2) = 15JXJ metresIntensifica!ion factor K2 = 80.00

. Dynasphere Attractive Radius R2 = 65.00 metres

Installation Instructlons: Install the Dynasphere on a 7.00 metremast at the position shown on the attached plan and elevationdrawings. Please refer to the System 3000 Installation andMaintenance Manual for exact installation ¡nstructions.


Height above earth plañe L1 = 21.00 metreIntensification factor K1 = 10.00Attractive Radius Rl = 35,00 melresProtection Summary: protected by D1

Competing Feature; C2

Height above earth plañe L1 = 6.00 metreIntensification factor K1 » 10.00Attractive Radius R1 e 20.00 metresProtection Summary: partially protected by D1

partially protected by 02partially protected by 04


Height above earth plañe Ll = 8.00 metreIntensif¡catión factor K1 - 10.00Allractive Radius R1 = 20.00 metresProtection Summary: protected by D4

partially protected by 05


Height above earth plañe Ll = 8.00 metreIntensjfication factor Kl = 10.00Attractive Radius R1 => 20.00 metresProtection Summary: protected by 03


Height above earth plañe L1 = 8.00 metreIntensificatlon factor Kl =• 10.00Attractive Radius Rl - 20.00 melresProlection Summary: protected by D4

partially protected by 05

Competing Feature: CIO

Height above earth plañe L1 •= 8.00 metreIntensiíication factor Kl = 10.00Atlractive Radius Rl » 20.00 metresProtection Summary: protected by 04

E2.3

Esquina.de Referencia

Terminal de la Dina-esfera

Instalado a7m

Plano en 3 Dimensiones

PWTCTON m. in>.

15/5/1993

N.T.S.

nniBRDYERY

AUERICAN UGHTNING PROTECTiON

Radios de Atracciónde la Dina-esfera

Radios de atracción Natural

{esquina de referencia)

Plano de Vista

E2.4

Vista Este

Vista Nortecor'

Vista Oeste

Vista Sur

Fig.

E.3

Map

a Is

ocer

áuni

co

Fig.

E.4

Map

a Is

ocer

áuni

co

ÁREA PfíOT5GI3)A

2

RIESGO DE FALLA

DEL APAHTALLAMIEHTO

PARA UN MÁSTIL VERTICAL

H = ALTURA EFECTIVA

No = 3.86 descargas/Kra2 por año

. j - —V , - _ i • - •• • •*•

32 38 44 SO 56

DISTANCIA PROTEGIDA (m)

Fig. E.5 Curvas de Período de Protección de mátiles

ANEXO F

Tablas, elementos, materiales, accesorios de los

los Equipos de Protección Contra Transientes (TVSS)

FnjfiPo*«w-Soure* High Powtr Cl*m«il

[iXXJCTOrlil

MOV ifxl C*o*otor

Fig. fl Accesorios y Montaje de los supresores TVSS

TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESSION

SERVICE ENTRANCEAND

DISTRIBUTION PANEL PROTECTION

SE SERIES

SfNCfi J97J

SE SERIES

FEATURES

* Multi-Stage Series-Hybrid Design* A Low-lmpedance High-Frequency

Series Inductor for Máximum Controlof Destructive Surge Currents

* Self-Restoringj Completely Automatic* Independent Bi-Directional

Protection Modules on L-N, L-L, L-G* 5 YEÁR WÁRRANTY* UL 1449 Listed* Compatible with National Electrical

Code Wiring Practices* Redundant Visual Status Indicators* Surge Capacity up to 125,000 Amps/Phase

BENEFITS

* Safely Dissipates Máximum Levéisof Surge and Transient Energy

* Maximizes EquipmentReliabilityand Performance

* Greater Than 99% Efficiency atFull Load

* Completely Compatible For UseWith Computer Loads, Utilizing

. Switch Mode Type Power Supplies

L.EA.. Dynatech

The SE-Series is designed primarily as a ServiceEntrance Surge Suppressor. In addition to the Ustedfeatures, the SE-Series provides parallel-redundantprotection against voltage transients generated bylightning, utility, facih'ty, electro-mechanical andelectronic equípment. High Energy Dissipators(HED's) and Transient Energy Protectors (TEP's) worktogether with the low-impedance high-frequency seriesinductor to providc almost instantaneous response andnear raaintenance-frce operation.

Typical SE-Series Círcuil Diagram

Noies:1. Hi ih En.rix Dl.iip.l1. T

[I/ Neutnl

A second proleclíon module, connecled phase loqround. ís Included for 800 omp rotings and above.

"WEARETYSS"

SE-SERIESSPECIFICATION - TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESSORKLFCTRÍCAL' Nomina/ Operating Vollage (Vrms

" Nominal RMS Load Current per PMEC1IANICAL' Protection Modcs

* EnclosureType

ENVTRONMENTAL

" Operating Humidity* Operalinc AJtitude

) 120thru600 V AC +/- 109É

50/60/40Í4000 Amps

..L-N or L-I

)

L-GConvectíon

Up to

NEMA.NEMA 12

1

40°C to 85°C-Condensing

12000 Feet

PERFORj* Maxim u

3ÍSí

* MaxímÑorCorr

* Respons» Sine~W* Efficien* Total A' UL144* ANSI/I' Guaran* Standar

VtANCEm Surge Curren) thru 600 AmpeX) thru 4000 Am

am EMI/RFI No

eTímive Trcy at 1dditiv?(RevEEECteed tdWar

7ull Load,.; Harmonisíon 7/87)^2.41 and3 survive 1ranty

t p e r Pre Rati>ere R

íse Att

hase (8 x 20 uS)ngs 75.000 Aatings 195.000 /

enuation 20KHz thru 400 M1

c DisteLístecCÓ2.45000 Se

rtion

Testedquentíal Categc

1

< 5 N

Categ

>ry C-BÍ-wa\ Years (Re

onps/Pt^rnps/Ph

Hz2

Jp to 40Jp to 40anoseco

> 9<

o r y B BCBÍ-w

'eimpulslaceme

asease

dBdBnds0%9%1%-waveavesesnt)

1. Consult factory for other NEMA enclosure types. 2. MIL-STD 220A, 50 Ohm insertion loss test method.STANDARD NOMINAL RMS SYSTEM VOLTAGES WITH MÁXIMUM PEAKCLAMPING VOLTAGES UNDERTHE FOLLOWTNG

ANSÍ/IEEE C62.41 AND C62.45 TEST WAVES

Nominal RMS System

Volíages 4- 10%

Calegory B1.2.x 50 @6KV

&20uS BÍ-Wave @ 3KA

Category C

1.2.x 50 @6KV

5x20 uS Bl-Wavc @ 10KA

IP2P

3PY3PD

L-NorL-L

L-G

L-N or L-LL-G

120

¡20/240

120/208

340

329

360

376

208

208

663630

702

720

220

220

220/380

220

731630

774720

230

230

230

731

630

774

720

240

240

240/415

2JQ

799630

B46

720

250250

799756

S46

864

277/4SO 347

935 11756 1C

990 12

864 11

600

3W

56 1275

U3 1043

•24 1350

92 1192

480

15471309

1638

1496

6CO

18701540

1980

1760

SE-SEREES MODELSPanel Ratina f Amps)

Model Number by Voltage and

. Number ofPoles -1.-2.-3

SE-120-f )-l

SE-120/240-f )-2

SE-208-()-lor2

SE-220-f ) - lor2

SE-230 to 250-f ) - lor2

SE-120/208-C )-3Y

SE-220/380-f )-3Y

SE-240/415-f )-3Y

SE-277/480-C )-3Y

SE-347/600-( )-3Y

SE-220-f )-3D

SE-230-f )-3D

SE-240-f )-3D

SE-380-f )-3D

SE-480-f )-3D

SE-600-f )-3D

30

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

60

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

100

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

150

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

XX

200

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

300

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

XX

400

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

600

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

1000

X

X

X

X

X

1500

X

X

X

X

2000

X

X

X

X

X

3000

X

X

X

X

X

4000

X

X

X

NOTES: 1. Select one of the Panel Amps and inserí in the Model Number. Formula example: SE-120/208-300-3Y. 2. UL Ustedmodels are avaÍiable_Ín_other_voliagc_ranges and Panel_Amp_sizes. Cali your local LEA Dynaiech Representatíve or ihe faaory forprices and shipping Information. Picase verify the voltage coafiguratiou before ordering a Wye or Delta suppressor.

OPTIONSRedundan! Status IndicatorsStatus Alarm Monitor

Surge Counter2

Audible AJarm2

Remote Status Monitor"1 N.O.-l N.C Dry Contad

AVAHABILITYStandardOption

OplionOplion

Option

Option

SPECtFY1

N/ASAM

SCOAAO

RSM

DCO

For información on the entire faraily of LJLA. Dynalccfa Product*, Cooiaa:

Lilcranirc Number: 085-00-OCOI, Rev. 1

1. Add as suffix to model number. 2. Status Aiarm Monitor (SAM) required. "WEAEETVSS"

. Dynatech6520 Harney Road, Tampa, FL (800)654-8087 (813)621-1324 FAX (813) 621-8980


SERVICE ENTRANCEAND


PHTPLUS SERIES

SJNCfi 1971

PHTPLUS SERIES

FEATURES

* Multi-Stage Parallel-Hybrid Design* Provides ParalM-Redundant Protection* Enhanced Filter Network Provides

Extended Range Electrical Line NoiseFiltering and Sine-Wave Tracking

* Self-Restoring, Completely Automatic* Independent Bi-Directioñal

Protection Modules on L-N, L-L, L-G* 3 YEAR WARRÁNTY* UL 1449 Usted* Compatible With National Electrical

Code Wiring Practices* Redundant Visual Status Indicators* Surge Capacity up to 125,000 Amps/Phase* Standard Model Includes all Standard Options

BENEFITS

* Safely Dissipates Máximum Levéis ofSurge and Transient Energy

* Maximizes Equipment Reliability andPerformance

* Greater Than 99% Efficiency at Full Load* Completely Compatible for Use With

Computer Loads, Utilizing Switch ModeType Power Supplies

The PHT Plus Series is designed as a ServiceEntrance or Distribution Panel Surge Suppressor. Inaddition to the Usted features, the PHT Plus providesparallel-redundaní protection against voltagetransients generated by lightning, utility, facility,elecíro-mechanical and electronic equlpment. HighEnergy Dissipators (HED's) and Transient EnergyProtectors (TEP's) work together to provide almostinstantaneous response and maintenance freeoperation. Standard models inciude RedundantStatus Indicators, Status Alarm Monitor, SurgeCounter, Audible Alarm and 1 N-O. - 1 N.C. DryContact.

Dynatech

Typical PHT Pius-Series Circuit Diagram

lióles:High Energy Kssipalor

2. Transient £nergy Proleclo;

"WEARETVSS"

PHT PLUS-SERIES SPECIFICATION - TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESSORELÉCTRICA!,* Nominal Operating Voítage (Vrms) 120 thru 600 VAC +/-10%* Frequency Range (Hz) 50/60/400* Nomina! RMS Load Current per Phase UnlimítedMECHANICAL* Protection Modes

Normal Mode L-N or L-LCommon Mode L-G & N-G

' Cooling Convection

' Enclosure TypeSingle Pole NEMA 4TwoPole NEMA 4Three Pole (Wye or Delta) NEMA 4

ENVIRONMENTAL

* OperatingTemperature -40 Cto85 C* Operating Humidíty 5% lo 95% Non-Condensing' Operating AJtitude Up to 12000 Feei

PERFORMANCE' Max. Surge Current per Phase (8 x 20 uS) Up tol25,000 Amps/Phase

* Máximum EMI/RFI Noise Attenuation 20KHz thru 400 MHz2

Normal Up to50dBCommon Up to50dB

' Response Time < 5 Nanoseconds* Sine-Wave Tracking +/-20%* Efficíency al Full Load > 99%* Total Addítive Harmonio Distortion <{%' UL 1449 (Revisión 7/87) Usted. Category B Bi-wave' ANSI/TEEE C62.41 and C62.45 Tested Category C Bi-wave* Guaranteed to survive 1,000 Sequential Category C- Bi-wave impulses' Standard Warranty 3 Years (Replacement)

1. Consult factory for other NEMA enclosure types. 2. MIL-STD 220A, 50 Ohm insertion loss test method.

STANDARD NOMINAL RMS SYSTEM VOLTAGES WITH MÁXIMUM PE/VK CLAMPING VOLTAGES UNDERTHE FOLLOVVTNG ANSÍ/IEEECfi2.41 AND 62.45 TEST WAVE.S

N'ominaJ RMS SystemVoltages ± 10%

Caiegoty S1.2x50@6KV5x20 uS Bi-Wavc@3KACalegory C1.2.x 50 @6KV3x20 uS Bi-Wave @ 10KA

1P2P

3P Y

3PD

L-XorL-LL-GN-G

L-N or L-L

L-GN-G

120120/240

120/208

320

470300

3JO564340

208208

208624

9005S5663

1060663

220220

220/3802206S8

900645

7311080

731

230230

230

6S8

9CO645

7311050

731

240

2-10

240

752

SCO705799

ioeo799

250250

752

1060705

7991296799

277277

277/450

6M1080825

9351296

935

347/600

1088

149010201156

17881156

380

3801200

14901125

12751788

1275

440

1312

187012301394

22441394

460

145ó1S701365

15472244

1547

480

4801456

1370136515472244

1547

6CQ

603

1760220016501870264Q

1870

PHT PLUS-SERIES MODELSPanel Voltaje

Single Pole

PHTPIus-fVoltage)-!

120

X

208

X

220

X

230 *

X

240

X

250

X

277

X

300

X

Panel Voítage

Two Pole

PHTPlus-(Volta*e)-2

120/240

X

208

X

220

X

230

X

240

X

250

X

277

X

380

X

4SO

X

600

X

Panel Voítage

Three Pole - Y

PHTPIus-(Voltage)-3Y

120/208

X

' 220/380

X

230/400

X

240/415

X

250/440

X

265/460

X

277/480

X

347/600

X

Panel Voítage

Three Pole - D

PHTPIus-fVoltaee)-3D

208

X

220

X

230

X

240

X

380

X

440

X

460

X

480

X

500

X

575

X

600

XNOTES: 1. UL usted models are available ín other voltage ranges, Contact your local LEA Representative or the factory for prices and deliverytimes. 2. Standard order form ís : PHT Plus-(Voltage)-(The number of poles and, for three phase, a Y or D depending on whether you have a Wyeor Delta configuration). When ordering a Disconnect Swítch add a DS at the cnd of the order formula. Example: PHTPlus-120/208-3Y-DS. Picaseven ¿Y the voltage coüfíguration befare ordering a Wye or Delta suppressor.

OPTIONSRedundant Status IndícatorsStatus Alarm Monitor

Surge Counter2

Audible AJarm2

Remóte Status Monitor2

1 N.O.-l N.C Dry Contact

AVAI1ABILITYStandardStandard

StandardStandard

Oplion

Standard

SPECIFY1

N/ASAM

SCOAAO

RSM

DCO

For informalion on theentíre famüyof L.E.A. Dynatech Producís, Contact:

Ulerature .Sumber: 055-00-OC07, Rev. 1

1. Add as suffix to model number. 2. Status AJarm Monitor (SAM) required. "WEARETVSS"

. Dynatech6520HarneyRoad, Tampa, FL (800)654-8087 (813)621-1324 FAX (813) 621-8980


SERVICE ENTRANCE


MB SERIES

ME SERIES

FEATURES

* Multi-Stage Series-Hybrid Design* A Low-Impedance High-Frequency

Series Inductor and Enhanced FilterNetwork Providing Extended RangeEléctrica! Line Noise Filtering andSine Wave Tracking

* Self-Restoring, Completely Automatic* Independent Bi-Directional

Protection Modules on L-G, L-N & N-G* 5 YEAR WAREANTY* UL 1449 Listed* Compatible with National Electrical

Code Wiring Practices* Redundant Visual Status Indicators* Surge Capacity up to 125,000 Amps/Phase* Provides up to 60 dB Noise Attenuation

BENEFITS

* Safely Dissipates Máximum Levéisof Surge and Transient Energy

* Maximizes Equipment Reliabilityand Performance

* Greater Than 99% Efficiency atFull Load

* Completely Compatible For UseWith Computer Loads, UtilizingSwitch Mode Type Power Supplies

L.EA.. Dynatech

The MB-Serics is dcsigncd as a Service Entrance orDistribution Panel Surge Supprcssor. In addition tothe listed fcatures, Ihe MB-Series provides parallel-redundant proteclion againsl voltage transientsgenerated by lightning, ut i l i ty, facility, electro-mechanical and electronic equipment, High EnergyDissipators (HED's) and Transient Energy Protectors(TEP's) work togethcr with thc low-impedance high-frequency series inductor to provide almostinstantaneous responso and near mamtenance-freeoperation. Providcs L-G, N-G, L-N andt in deltaconfiguration, L-L protcction.

Typical MB-Series Circuit Diagram

Neutral

A second proteclion module, connected phose lo qround. ¡sincluded for BOO amp raíings and 'above.

"WEARETVSS"

MB-SERIESELECTRICAL' Nominal Operaiing Volta

* Nominal RMS Load Current per PhasMECHANICAL* Protection Modes

Normal ModeConimon Mode

' Cóoling

" EnclosureType

SPECIFICATION - TRANSÍ ENTVOLTAGE SURGE SUPPRESSOR

120 thru 600 VAC

30 thru 20

L-

+/- 10%50/60/40000 Amps

N or L-LL-G & N-GConvection

Two and Three Pole {Wye or DeltENVI RO N MENTAL

* Opcrating Humidtty* Operat'm? AltiludeI. Consull faaory for olher NEMA endosare tvpes.

a} N

-40°(Yo Non-Co.Up to 12

NEMA 1EMA12

2 to 85°CndensingXJOFeet

PERFORMANCE* Maximurr

30800

* MaximurNormComrr

* Response* Sine-Wav* Efficienc,* Tolai Adt* UL1449* ANSI/IE* Guárante* Standard

i SurgehruóOthru 2

n E M Ial

e Tracat Fu

iitive P'Revi siSECÓ:ed tosWarra

Current p0 AmpereOOOAmpe

/RFI Noist

*r Phase (S x 20 uS)Ratings 7re Ratings

- Attenuat

1 Loadíarmoniclon 7/87) L..41 and Ourvive l.OCnty.

Distortionsted

T7

ion 20KHz thru

52.45 Tested C

10 Sequential Category C-5 Yea

5,000 An5,000 AJ

400 MHuu

HpS/Phaiips/PhaiiptoóOd3 lo60dnosecon

> 99<1

itegoryBi-wavers (Rep

sese

BBds%%%

3ry B Bi-waveC Bi-waveimpulsesacement)

2. MIL-STD 220A, 50 Ohm ¡nsenion loss test method.

STANDARD NOMINAL RMS SYSTEM VOLTAGES WITH MÁXIMUM PEAK CLAMPING VOLTAGESANSVIEEE C62.41 AND C62.45 TEST WAVES

Nominal RMS System

Voliages + lOft

Calegory B1.2.x50@6KV

8x20 uS BNWave @ 3KA

Category C!.2x50@6KV

6x20uSBi-Wave@10KA

tp2P

3PY

3PD

L-N or L-L

L-G

N-G

L-N or L-L

L-G

N.G

120

120/240

120/208

300

329

300

300

376

340

208

208

208

555

630

585

585

720

663

220

220

220/380

220

645

630

645

645

720

731

230

230

230

645

630

645

645

720

731

240

2-10

240

705

630

705

705

720

799

250

250

705

756

705

705

864

799

277

277

277/480

825

756

525

625

86J

935

347/600

1020

1043

1020

1020

1192

1156

U N D E R T H E FOLLOWING

360

380

1125

1043

1125

1125

1192

1275

44Q

1230

1309

1230

1230

1456

1394

460

1365

1309

1365

1365

1496

1547

4#3

4SO

1365

13C9

1365

1365

1495

154?

600

6CO

1650

1540

1650

1650

1760

1870

MB-SERIES MODELSPanel Current Ratíng (Amps)

Model Number by Vottage and Number of

Poles -1.-2.-3

MB-12Q-O-1MB-120/240-f )-2

MB-208-O-lor2

MB-22G-Í Hor2

MB-230to250-()-lor2

MB-120/208-O-3Y

MB-220/380-( >3Y

MB~240/415-( )-3Y

MB-277/4&M )-3Y

MB-347/600-( )-3Y

MB-220-O-3D

MB-230-f )-3D

MB-240-( V3D

MB-380-( >3D

MB-(440or4ÓOH)-3D

MB-480-f >3D

MB-600-f )~3D

30

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

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X

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X

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X

X

X

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X

X

X

2000

X

X

X

X

NOTES: U Selea oneoflhe P»id A*ip« andinscrt in theModel Number. 2. UL usted modcls are avaiUHetn other vollagc rangea and Panel Amp sizes. Contaa your loca] LJLA. Dynaiecñ

Represenlallve or ihe faaorV for pnces and dclívery limes. Pkaie vtfjfc l^< vollage to» figurilla»befo re ordcrlag • Wye or Del U s

OPTIONSRedundan! Status IndicatorsStatus Alarm Monitor

Sur^e Counter2

Audible Alarm2

Remote Status Monitor2

1N.O.-1N.C. Dry Contad

AVAHABILITYStandardOption

OptionOpiion

Option

Option

SPECIFY1

N/ASAM

SCOAAO

RSM

DCO

For infonnatíon on the enlíre famlly of L£-A. Dynaiecfa Produas, Contaa:

Literature Number: C65-OK1CO), Rev. 1

1. Add as suffix to model number. 2. Status AJarm Monitor (SAM) required. "WEARETYSS"

L.E^A. Dynatech6520 Harney Road, Tampa, FL (800)654-8087 (813)621-1324 FAX (813) 621-8980

TRANSIENT ELIMINATORTE-RJ SERIES

FOR DATA AND TELECOM APPLICATIONS

FEATURES

• Three stages of protection

• Easy insíallat ion

• Nirie dlfferent standardclamp voltages avaiiable

• Less than 5 nanosecondresponse time

• 5000 Amp máximum surgecurrent

• 500 Joules of energyhandling capability

• Convenient RJ 11 or RJ 45modular jack connections

• Unique Series-Hybriddesign configuration

• Self restoring

BENEFITS

• Helps avoid degrading,disruptive and destrucíiveanomalies

• Controls astronomicalrepair costs

• Extremely cosí effective

• Improves systemreliability

• Improves productivity

The Transient EliminatorTE-RJ Series Protectors are designed to províde perma-nent surge and transient protection for any data and telecom applications utílizingPJ 11 orRJ 45 modular¡ack connectors. Forboth dial-up orleased Une applications,our TE-RJ Series fs avaiiable in 4 conductor configurations with voltage clamp levéisof 7.5 volts thru 200 volts.

ENDANGERED DATA/TELECOM LINKS.Data lines, RF and telecommunicationcircuit, secunty/fire systems, instrumen-tation loops and process controls requireprotection of a slightly different kind.Digital and analog data are transmitied atvery low voltages and cúrrente, makíngthem even more vulnerable to lightningand other electromagnetically inducedanomalies. LUce all our power condition-ing devíces, L.E.A.'s Transient Elimina-tors use the Series-Hybrid design, are ex-tremely fast, and handle ihe highest en-ergy surges possible.They have extraordi-narily low insertion losses and also comein coaxial and intrinsically safe configura-tions. Because of their compact, modulardesign and extreme packaging flexibiKty,our Transient Eliminators are the protec-tors of cholee in mostunusual and specialapplications.

IRON-CLAD PROTECTIONFOR EVERY APPLICATION.L.E.A.'s conditíoning systems are the bestprotection you can specify. And like thestate-of-the-artcraftsmenofyesterday.ourexperts will help you analyze your pointsof vulnerability and recommend the bestprotection methods and conditioníngproducís for your system needs.

AFTER INSTALLATION.L.E.A.'s íron-clad protection doesn't endwith the industry's finest producís. Wemakesure y our satísfaction continúes afterthe installation with our extensive servíceorganization of experienced engineersstandíng by to supportyou with technicalassistance.So, whatever your needs, remember theiron-clad protection L.E.A. offers . . .suiting up is a good insurance . . . thealternative can be very expensive.

L.E.A. Dynatech6520 Harney Road, Tampa, FL 33610 - (813) 621-1324 • (300) 654-8087 - FAX (813) 621-8980

SPECIFICATION TE-RJ SERIES TRANSTENT ELIMINATOR

Operating Signa!Voltages (V)

Preset ClampVoltages (Ve)

<6

±7.5 ±12 ±20

<25

±30

<42

±51

<62

±75

<83

±100

<125

±150

<166

±200

Typicai Clamping Voltage under the following ANSIAEEE C62.41 Test:

Test 1: Category A0.5ms-lGQ KHz Riñgwave6KVai200amps

Test 2: Category B20.5ms-100 KHz Riñgwave6 KV at 500 amps

Test 3: Category BlBiwave1.2x50msat6KVSx20msat3000amps

11.25

11.25

11.25

18

18

18

30

30

30

45

45

45

77

77

77

100

100

100

150

150

150

225

225

225

300

300

300

PERFORMANCE RATING• Frequency Range• Response Time• Máximum Surge Current• Máximum Energy Handling

Capabilíty/Líne

DC to 5 MHz_<5 nanoseconds

.5000 Amps

ENVIRONMENTAL'JUTINCS• Operating Temperature -40'C to 85 "C• Operating Humidity

(Non-Condensing) 5% to 95%• Operating Altitude Up to 10,000 Feet

Máximum Operating CurrentPower Capacíty at [ QHMS160 milliamps, WATTS

Standard Baud Rate

500 Joules.160 mííliamps

501.2

752.0

3007.5

_56,000

MECHANICAL• Connector Type- Cable Run BetweenTE's

Standard

RJ45

Standard Additíve Series Lmpedance (Z) 10 Ohms Máximum_20QO' Feet5000 Feet

Model NumberProtector W¡res: Ve3 Term.1

Dimemsions (inches)A B C D

(Lbs.)Weight

TE(4)30V10-RJ~F/F

TE(4)200V10-RJ-F/F

Data or Leased Line

Dial-Up Line

30

200

10

10

RJ45

RJ45

2.75

2.75

4.00

4.00

1.00

1.00

3.25

3.25

2.25

2.25

.25

.25

1 • F/F.fcm»lc inpin/fcmUc ouiput2 • N'umber af ínput wid ouipul conductor i pluí ground

3 - Ve pretet clunp vollije4- * Adailive tcrici impedince

5 - R J 4 5 ( R J 1 1 compitiblc)

TYPICAL TRANSIENT ELIMINATORPROTECTOR CIRCUIT

MOUNTING INFORMATION

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.187 HOLE-S\ PLC'S

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L.E.A. Dynatech =6520 Harney Road, Tampa, FL 33610(813) 62J-J324 • (800) 654-8087 • FAX (813) 621-8980

For informatíon on the entírc family of L.E.A. producís, contact:

M»nuf«cturer rcacrvc» the rifrhl to chwigc/upgrmde »pecíric»tíoru ^¡thoui noücc

TERJ «TERJS-876-25K

TRANSIENT ELIMINATORTE-COAX SERIES

LOW POWER COAXIAL PROTECTION

FEATURES

B Three stages of protection

| Easy installation

• Three selectable frequencyranges

• Less than 5 nanosecondresponse time

• 5000 amp máximum surgecurrent

• 500 joules of energyhandling ability

• Five standard connectorsto choose from

• Unique series - Hybriddesign

• Self restoring, fullyautomatic

BENEFITS

• Helps avoid degrading,disruptive and destructiveanomalies

• Controls astronómica!repair costs

• Extremely cosí effective

• Improves system reliability

• Improves productivity

APPLICATIONS

I Low power transmitters

I CCTV/security systems

I RF circuits/receivers

| Digital circuíts

• Computer network data lines

L.E.A. Dynatech6520 Harney Road, lampa, FL 33610 • (813) 621-1324 - (800) 654-8087 • FAX (813) 621-8980

SPECIFICATION TE- COAX SERIES TRANSIENT ELIMINATOR

PERFORMANCE RATING• Response Time

Máximum Surge CurrentMáximum Energy HandlingMáximum ReverseLeakage CurrentInserúon Loss

,<5 nanoseconds5000 Amps500 Joules

_<2 microamps<l/3dB

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)_<1.3 : 1Impedance (Selectable) , 50 - 100 OhmsMáximum Opcrating Power 50 walts

ENVIRONMENTAL RATINGS• Operating Temperature -40'C lo 85°C• Operating Humidity 5% to 95%• Operating Altitude up to 10,000 Feet

MECHANICAL RATINGS• Connector Type ,see table• Installation Bulkhcad

SELECTABLEJsREQUENCY RANGE

MODEL FREQUENCY RANGETE(HF). , DC to25 MHzTE (VHF) ......25 MHz to250 MHzTE (UHF) 250 MHx to 1 GHz

SELECTABLE CONNECTOR TYPE

SUFFTX CONNECTOR TYPEB ......BNCN.. ....NAVYTYPEF ..FTypeU UHFTW ;.......7.

SELECT1ON CUIDE

Model Numbers1

TE-HF-7.5V-TWTE-HF-20V50BTE-HF-20V50UTE-HF-20V50N'TE-HF-20V50FTE-HF-20V75BTE-HF-20V75UTE-HF-20V75NTE-HF-20V75F

TE-VHF-20V50BTE-VHF-20V50UTE-VHF-20V50NTE-VHF-20V50FTE-VHF-20V75BTE-VHF-20V75UTE-VHF-20V75NTE-VHF-20V75F

TE-UHF-20V50BTE-UHF-20V50UTE-UHF-20V50NTE-UHF-20V50FTE-UHF-20V75BTE-UHF-20V75UTE-UHF-20V75NTE-UHF-20V75F

Product

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DescriütionWires1

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11111111

11111111

Voltage2

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£15£15£15£15£15£15£15£15

£15£15£15£15£15£15£15£15

7?

1005050505075757575'--

5050505075757575

5050505075757575

Term'

TwinaxBN'CUHF

NF

BN'CUHF

N•"' F

BNCUHF

Nr

FBNCUHF

NF

BNCUHF

NF

BN'CUHF

NF

Current5

10001000100010001000667

" 667667667

1000100010001000667667667667

1000100010001000667667667667

Weight(Ibs.)

.4/1

-4/1

.4/1

1 - Numbcr oí conductor» protected oot includíng sround2 • iS'omintl Opcr»lin( Volt«i*

3 - A¿diiivc «rici ImpCíUncc in Obmi. 5 - M«Ítnum opcntini curtcoi ¡n millíimpi.- Pcr&alc input uid output nnlctt otbcr»t*c (pccíTicd

TYPICAL TRANSIENT ELIMINATORPROTECTOR CIRCUIT

k

staresCONTHOUCLEMENT

MtCH

DISilTAIO*

VOLTACtLIMITE*

MOUNTING INFORMATION

CONNECTOR NOTES; FEMALE BNC, UHF. H 4 FTYPECOHHECTOBS ARE PFWV1DEDAT INPUT 4 OUTPUT UHLESS OTHERWISE SPEC1FIED

L.E.A Dynatech =6520 Harney Road, lampa, FL 33610(813) 621-1324 • (800) 654-8087 • FAX (813) 621-8980

For more informatíon on the entirc family of L.E.A. products, contact:

M«nuf»ciurer rc»crvc» the nihl lo ch»nge/upgr»dc ipccifiotiona wiihoui noticc

CARCASA DEPROTECCIÓN TAPÓN DE RECARGA

o

ORIFICIO DE SALIDAMEZCLA SALINA

Fig. Gl Varillas químicas

CUBIERTA DEL POZODE ACCESO

Vi-' ELECTRODO ACTIVO'(CHEM-ROD)

CONEXIÓN CADWELD

Fig. G2 Detalle de la intslación

^

^

» ANEXO H—'

Elementos, materiales, accesorios del

Sistema DAS y del Sistema 3000

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BRAZO REMOVIBLE

POLEA -

PESDESTALARTICULACIÓN

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LINEA DE LA

WINCHA PEDESTAL"LINEA

LINEA

Fig. H.2 Montaje del disipador hemisférico

Fig. H.3 Montaje del disipador hemisférico

MATERIALES Y DIMENSIONES APROXIMADAS

DEL SISTEMA 3000

TMS 5 C*C OT SEYffiAL•cmiAicw nances, suK5TÜUTCH W«800K TC* FWTT«*DCTALS. OXSU.T *xxa»; «rere:

-rrtinoI <K*J)**C

uuc. KDSOO in D/S

SWPCHTKXUOCD W(TH LPI D/S

rNWi.HMO.UDCD WITHLtt D/S

CÍB.E CO«*CCIMKXT Ai*

WTTH Lfl

UPftF ICíUttíAIOH KH ( SM VIH! V-I

CAtJO.«OOfltt Lfl/K1UMD WITH LPI 0/

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FJI/. IFPCT SUPPC*! U15I

LPt D7SCif.WO.KOW i LPl/rMl.13

KCVLAR CUT W«t KITú.«n*tiÍ11.JO.6006MCJ.1JO.ÍODÍ70

CCHCOCTNC SADLK .«T 1CilJC.600770 Lfl/COKSAO

U*ST *SSCWBIT (70a rnJrtd (J I*

CATJC.6Q07W L

U»a lo b.KXUWD WfTK Lfl 0/SUIJO.Í00410 in/UI

"ilLVMUW LMCI ULS1 USCCXIJO.iOOtW

COCOCI C SADOLtSvtri t-1 nWrví

Kaicco WHM LTI o/sGLIJO.ÍOOUO Lfl/LT Ut

CAMH MOMILOCO wn» LTI o/sCATJC.W07WCWTIIA1CAIJC.KO7ÍC Ln/MQO/U

LCHTHK;H3.UOCD WJTH iCATJO.KOMOrir u K2HD. str

W HAKMCOICro«

10 HA.W iooc re*ero

COHTCUtltlOtC

jjj. ACCCSSOOCS sc« i» noe re*JJ.TWATM: IÍSULUTOK HTTKIIS «cJLYUJJJ: rnu in CCTIVJTOIQ

DWQ HOffUOM

Fig. H4 Detalles del sistema 3000

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Fig.

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Mon

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a 30

00

TRiAX OOWN CONDUCTOR - CAT No.600610FROM DYNASPHERE - CAT Mo.600600

UGHTNING EVENTCCUNTER --CAT No.600840

CONNECT ALL THREE TRIAXCONDUCTORS TO EARTH ROOU5ING EARTH CONNECTOR -CAT No.600760& LOWER TERMINARON KITCAT No.600820

SEE INSTALLATION HANOKANOBOOKFOR ALTERNATIVE LOCATIONS

EARTH RODCAT No.600750

EARTH P!T TO SUITSITE REOUÍREMENTS

Fig. H6 Instalación del contador de rayos

Oen

o

ooQ_cr

o

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ceUJ

UJ<

Extremo Terminal del Cable Triax

0

CONDUCTIVESHEATH

POLYETHYLENE

COPPER TAPE

pvc

NOTE:- F1T LIGHTNINQ EVENT COUNTERON EARTH STAKE WHEN' SPECÍFIED.

STA1NLESS STEELSECURING SADDLE5

STAINLESS STEEL HOSECLAMP CONNECTINGEARTH TO SHEATH

STAINLESS STEEL HOSECLAMP CONNECTINGEARTH TO SCREEN

SCREEN AND SHEATH •EARTH WIRE CR1MPEOWITH PRiMARY CONDUCTOR

MAIN EARTH CONNECTION

Fig. H7 Elementos del Conductor Triax

ANEXO I

Registro de voltaje y corriente obtenidos por el

equipo MACROLOGIC 2000, en la Central Quito - Centro

CORRIENTE (Amperios)

TIoeno

-nn>eno

£D(A(O

f

VOLTAJE (Voltios)

J51o

o3(DQ.O

CORRIENTE (Amperios)

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