Cuestionario 1. Por qu es importante un sistema de puesta a tierra?

El sistema de puesta a tierra es el conjunto de elementos conductores de un sistema de potencia especfico, sin interrupciones ni fusibles, que unen los equipos elctricos con el suelo o terreno. Comprende la puesta a tierra y todos los elementos puestos a tierra.

Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener buenos niveles de seguridad del personal, operacin de los equipos y desempeo de los mismos. En sistemas de potencia la puesta a tierra mantiene la referencia necesaria. La forma en que el sistema se conecta a tierra puede tener un gran efecto en la magnitud de los voltajes de lnea a tierra que deben ser mantenidos en condiciones normales y bajo condiciones transitorias. En sistemas no puestos a tierra, algunas tensiones pueden provocar fallas en el aislamiento de los equipos y sistemas. La puesta a tierra del neutro del sistema permite la operacin de sistemas de proteccin basados en la deteccin de corrientes que circulan por la misma, despejndose as el circuito bajo falla. La puesta a tierra de los equipos se refiere a la conexin intencional de las carcasas, bastidores o estructuras metlicas no portadores o transmisores de corriente de los mismos, para lograr los siguientes propsitos:

Mantener una diferencia de voltaje baja entre las diferentes estructuras metlicas con lo que se busca resguardar al personal de cualquier choque elctrico. En el momento de una falla de un elemento energizado a un bastidor, por ejemplo, el voltaje de dicho bastidor tiende a igualarse al del conductor energizado, si el primero no est debidamente conectado a tierra; constituyendo un serio peligro para el personal del rea. Por supuesto, esto debe combinarse con buenos rels de proteccin de falla a tierra.

Contribuir a un mejor desempeo de los sistemas de proteccin.

Evitar incendios provocados por materiales voltiles o la combustin de gases al proveer un camino efectivo y seguro para la circulacin de corrientes de falla y descargas atmosfricas y estticas y as eliminar los arcos y elevadas temperaturas en los equipos elctricos, que pueden provocar tales incendios.

Buen desempeo de equipos. En los sistemas o redes de computacin una buena puesta a tierra no slo mantiene la seguridad del personal y provee de un camino de baja impedancia para las corrientes de falla, sino que tambin mantiene el mismo nivel de potencial de tierra en todas las unidades del sistema, si estas estn conectadas entre s a tierra al mismo tiempo. Si se tienen varios sistemas de alimentacin en AC, cada uno con su tierra separada se puede producir ruido en el sistema de tierra conectado a las computadoras. En este caso se utiliza una malla de referencia de seales para igualar el voltaje en un mayor rango de frecuencia. Las carcasas de las computadoras se conectarn a esta malla y a la barra de tierra del sistema. La malla se conectar tambin a la barra de tierra principal.

2. Es necesario al medir la resistencia de los electrodos a tierra que los tres puntos se encuentren en lnea recta?

El mtodo empleado para la medicin de la resistencia de puesta a tierra fue el mtodo de cada de potencial, el esquema es el siguiente:

Este mtodo se aplica para medir la resistencia del electrodo enterrado, con respecto a la tierra de los alrededores, esto se realiza colocando una punta de corriente (C2) a un distancia de 4 a 5 veces la longitud del electrodo enterrado, una vez colocada la punta, se inyecta corriente en el electrodo enterrado y se hace regresar por C2.Para hallar la resistencia del electrodo de puesta a tierra se aplica la ley de ohm:

Se debe medir la cada de potencial existente entre el electrodo y C2 por lo que coloca entre estos dos una punta de potencial (P2), estas tres varillas (electrodo, P2 y C2) deben encontrarse en una lnea recta, puesto que si P2 no est en la lnea que une el electrodo con C2 no circulara por este (P2) la corriente inyectada y no se medir la cada de potencial, el instrumento utilizado (telurometro) no marcara valor alguno para la resistencia de puesta a tierra.En conclusin, el electrodo y las puntas de medicin deben estar en lnea recta para que la corriente inyectada circule por las tres para obtener un valor de resistencia coherente.3. Cmo influye en la resistencia de puesta a tierra el material del suelo?

La tierra es el medio que alberga el electrodo del sistema de puesta a tierra, el terreno puede estar formado por combinaciones de materiales naturales de diferente resistividad, puede ser homogneo y en algunos casos estar formado por granito, arena o roca; etc. La tierra debe constituir un medio que permita la disipacin acelerada de la corriente que llega al electrodo, por lo que esta debe tener una resistividad baja.En muchos casos se sustituye la tierra natural por una artificial cuyas propiedades elctricas sean mejores y que permita descargar de forma ms rpida el electrodo, a continuacin se presenta una serie de caractersticas que debe presentar la tierra artificial para que contribuya de forma positiva al sistema de puesta a tierra.

Que no tenga factores de riesgo para quienes lo manipulen o para los animales. Que sea fcil de aplicar. Que retenga la mayor humedad posible, el mayor tiempo posible. Que no requiera hidratacin previa con agitacin. Que permanezca inalterable con el tiempo (muy estable). Que sea fcil de almacenar, compactar y transportar. Que su costo no sea tan elevado. Que no dae los suelos naturales donde se ubique. Que se introduzca fcilmente entre las grifas o fisuras. Que los procesos qumicos originados en la mezcla sean reversibles. Que no presente migraciones con el tiempo. Que tenga alta capacidad de intercambio catinico. Que sea tixotrpico. Que su PH sea alcalino (mayor de 7). Que su permeabilidad sea mayor de 10. Que tenga una baja resistividad (menor a 1-m) Que combine la capacidad de absorcin con la adsorcin. Que no cambie sus propiedades con temperaturas hasta de 1100 C. Que presente baja conductividad trmica. Que no permita alimentacin de bacterias.

4. Qu importancia tiene el material del electrodo?

La resistencia de tierra de un electrodo est compuesta de tres factores: La resistencia del propio electrodo (metal). La resistencia de contacto del electrodo con la tierra. La resistencia del suelo, desde la superficie del electrodo hacia afuera, en el espacio por donde circula la corriente, tierra circundante, desde el electrodo hacia el infinito. Lo ideal es que estas resistencias que conforman la resistencia total del sistema se reduzcan a cero, la resistencia del electrodo depender del material que lo conforma por lo que es necesario que est constituido por materiales con una alta conductividad elctrica, es lo mismo decir con una baja resistencia, es por eso que la mayora de los electrodos de puesta a tierra sean de cobre para que de esta forma su resistencia elctrica sea de bajo valor.La resistencia del electrodo y su conexin es muy baja ya que los electrodos son hechos de un material bastante conductivo y bajo en resistencia, como el cobre. La resistencia de contacto del electrodo con la tierra es tambin bastante baja si el electrodo est libre de pintura, grasa, etc, y el electrodo est firmemente enterrado.

5. En libros de texto se menciona el uso de sal como medio qumico para mejorar la resistividad es correcto?6. Explique en que consiste el mtodo del 62% para la medicin de puesta a tierra.

El esquema general que representa el mtodo del 62% es el siguiente:

El mtodo consiste en inyectar corriente a travs de un electrodo de prueba denominado de corriente y medir el alza de potencial mediante otro electrodo auxiliar denominado de potencial. Conocido el valor de tensin y el valor de corriente se podr obtener mediante ley de Ohm el valor de resistencia. Los tres electrodos se mantienen en una lnea recta y se va corriendo el electrodo de potencial hacia el electrodo de corriente para hacer sucesivas mediciones de resistencia.

En la siguiente figura se presentan los puntos X, Y, Z (tambin C1, P2, C2 o E, S, H) para este mtodo:

En el proceso de determinar el valor de la resistencia de electrodo de tierra es necesario realizar algunas consideraciones: el valor de potencial medido vara con respecto a la separacin del electrodo de potencial a la toma de tierra, por lo que se recomienda el realizar una grfica de R en funcin de la distancia. En el momento de la medicin se deben seguir los siguientes pasos:

a. Desconectar del sistema de puesta a tierra en estudio todos los componentes que lo estn. b. Conectar el equipo de medicin a la barra o electrodo en cuestin.c. Colocar el electrodo de corriente a una distancia conocida de la barra o electrodo bajo prueba. d. Realizar varias mediciones de resistencia para diferentes ubicaciones del electrodo de potencial, sin mover el electrodo de corriente (el electrodo bajo estudio y los electrodos de prueba deben estar en lnea recta). e. Graficar la curva obtenida de resistencia en funcin de la distancia de separacin entre el electrodo bajo estudio y el electrodo de potencial. f. Repetir lo anterior hasta obtener una curva con una porcin plana bien demarcada.

En general, basado en numerosas pruebas, se utiliza una distancia entre el electrodo bajo estudio y el electrodo de corriente igual a cuatro o cinco veces la longitud de la mxima dimensin del electrodo bajo prueba (otros autores recomiendan diez veces). Por ejemplo, con un electrodo simple el electrodo de corriente sera ubicado a una distancia igual a cinco veces (o cualquier otro mltiplo escogido) el largo del electrodo simple; Con un plato o base enterrada, cinco veces la diagonal; con un disco enterrado, cinco veces el dimetro; etc. Estas son distancias aproximadas para realizar un primer intento. De no lograrse mediciones coherentes se debe repetir el proceso, variando la distancia, hasta lograrlo.En el caso de un rea pequea o de un electrodo simple, se puede colocar el electrodo de corriente a unos 30 metros del electrodo bajo estudio (si el espacio permite llevar el electrodo de corriente a esa distancia) ya que a esta distancia se presume despreciable la influencia de uno respecto al otro. El electrodo de potencial se coloca a media distancia y se inicia el proceso de medicin de resistencia. En cuanto a la distancia ptima para el electrodo de potencial para hallar el punto en que se estabiliza la curva de resistencia en funcin de la distancia del electrodo de potencial respecto al de tierra, se tiene que generalmente este punto de equilibrio se encuentra al 62% de la de la distancia entre el electrodo de puesta a tierra bajo prueba y el electrodo de corriente; por lo que el mtodo de cada de potencial tambin se conoce como mtodo del 62%.

7. Graficar los valores de resistencia de puesta a tierra obtenidos contra la distancia de 0 a P2. Indicar la resistencia de puesta atierra del sistema medido.8. Qu valor debera tener como mximo el sistema de puesta a tierra en los sistemas elctricos segn la normatividad peruana? El pozo a tierra medido cumple con el valor establecido?

Segn lo establecido en la NTP 370.304 punto 7.5.2 sobre la medicin de la resistencia de puesta a tierra, se expresa lo siguiente:La medicin de la resistencia de puesta a tierra debe ser realizada con corriente alterna y mediante un mtodo adecuado. En el anexo A se describen mtodos de medicin de la resistencia de la puesta a tierra.El valor de la resistencia de la puesta a tierra debe ser tal que, cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a las permitidas y no debe ser mayor a 25 Ohms cumpliendo con los requerimientos especificados por la autoridad competente.

Aplicando el mtodo del 62% para el sistema de puesta a tierra medido en la prctica de laboratorio nos da un valor promedio de 22.2 Ohms por lo que podemos afirmar y teniendo en consideracin lo establecido en la NTP 370.304, que el sistema de puesta a tierra evaluado cumple con la normatividad peruana.

9. Qu materiales se usan como suelos artificiales o tratamientos qumicos para disminuir la resistividad de los sistemas de puesta a tierra?

Bentonita:Es una arcilla a base de silicato de aluminio hidratado, derivado de las cenizas volcnicas, con la arcilla mineral tipo montmorillonita como su principal constituyente. Se utilizar cuando el contenido de humedad por peso de los suelos es menor al 20%, cuando el porcentaje de humedad este entre 15 y 20% se recomienda la bentonita clcica, cuando es menor a 15%, se utiliza la tipo sdica (aquellas que se expanden enormemente cuando se mezcla con agua).

La arcilla tipo bentonita deber tener una resistividad entre 2.5 ohmios-metros a 300% de humedad, siendo este porcentaje de humedad como la relacin del peso del agua/peso de la bentonita multiplicado por 100. Deber retener la humedad hasta 120 das durante los perodos de verano intenso, por tal razn el rango de expansin mximo deber ser de 250 para evitar que en temporadas secas la bentonita no se contraiga afectando la resistencia de puesta a tierra al no quedar el electrodo sin relleno o suelo. La baja resistividad de la bentonita es el resultado del electrolito formado por la adicin del agua, donde el agua de por s en su estructura qumica permite la soda, potasio, y lima CaO, magnesio y otras sales minerales encontradas en la bentonita que permiten ionizarla formando un fuerte electrolito con un PH de 8 a 10. En cuanto al color es muy variable, cuando es cruda sin tratar puede ser de pardo plido, crema o verde claro, el color comercial es crema. En la aplicacin, a la bentonita como mejorador de la resistencia de puesta a tierra se le debe agregar suficiente agua hasta que alcance 13 veces su volumen seco. En ningn momento la bentonita en su funcionamiento deber estar expuesta a los rayos del sol superficialmente, se debe buscar que la capa superficial sea de unos 10cm, tierra del mismo suelo. Tampoco se debe aplicar en zonas donde exista calor alrededor del electrodo.

Material arcilloso que tiene las siguientes propiedades: Altamente higroscpico. Retiene la humedad. Buena conductora de la electricidad. Baja resistividad (1,2 a 4 -m). No es corrosiva (pH alcalino). Protege al electrodo contra la corrosin natural del suelo.

Gel:Constituido de una mezcla de distintas sales que, en presencia de agua, forman un agente activo.Sus propiedades son Qumicamente estable. No es soluble en agua. Higroscpico. No es corrosivo. No es atacado por los cidos contenidos en el suelo. Su efecto es de larga duracin.

Cemento conductivo: Una mezcla de grafito y cemento en proporcin adecuada crean una sustancia qumica estable muy conductiva. Trabaja mejor en contrapesos horizontales.Sus propiedades son: Qumicamente estable. Resistente a la corrosin. No necesita agua. Absorbe humedad del medio circundante. No contamina. Su efecto es de larga duracin. Reduce la impedancia a las sobretensiones.

Mezcla de rellenos:Generalmente tienen una baja resistividad. Deber ser altamente higroscpico, pueden ser a base de carbn o sales metlicas gruesas de tal manera que forme una solucin electroltica con el suelo circundante, formando unas races electrolticas que sirven para la reduccin en la resistencia elctrica.

10. Cmo se clasifican los sistemas de puesta a tierra segn la normatividad internacional?

Los valores recomendados por el Std IEEE 142-1991 [6] son los siguientes: Para grandes subestaciones, lneas de transmisin y estaciones de generacin: 1 Ohm. Para Subestaciones de plantas industriales, edificios y grandes instalaciones comerciales: 1-5 Ohm. Para un electrodo simple: 25 Ohm.Bibliografa https://www.epm.com.co/site/Portals/0/Users/001/01/1/RA7-230.pdf http://www.bvindecopi.gob.pe/normas/370.304.pdf https://www.epm.com.co/site/Portals/0/centro_de_documentos/proveedores_y_contratistas/normas_y_especificaciones/normas_aereas/grupo_6_Normas_de_montajes_complementarios/RA6-015MEDIDADERESISTENCIA_V3.pdf http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/LASE/CAP16.pdf http://vaneuseche.blogspot.com/2012/05/suelos-artificiales.html