sistema de puesta a tierra en alta tensión y pat temporal
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técnicas de seguridad electricaTRANSCRIPT
SISTEMA DE PaT EN ALTA TENSIÓN Y PaT TEMPORAL 03
CONDUCTORES DE TIERRA 03 Conductor de proteccin de circuito
03 Conductore! de cone"in
0#
CONE%IONES E%OTERMICAS 0$
PROCESO DE APLICACIÓN SOLDADURA E%OTERMICA 0$ E&ectrodo! de tierra
0' (arra!
0* Con./uracione! de ari&&a! de SPT
01
TIERRA 0
MALLA DE PUESTA A TIERRA DE UNA SU(ESTACIÓN uncione! de Una Ma&&a De Pue!ta a Tierra
Re4ui!ito! de Una Ma&&a a Tierra
O56etio! de una ,a&&a
2
2
DIA7RAMA (ASICO DE MANTENIMIENTO ALTA TENSION 3
IMPORTANCIA DE REALI8AR UNA PUESTA A TIERRA TEMPORAL $
RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA 1
COMPORTAMIENTO RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA 1
CONCLUSIONES 20
INTRODUCCION
Es bien sabido que la mayoría de los sistemas eléctricos necesitan ser aterriados y que esta
!r"ctica !robablemente se inici# en los !rimeros días de los e$!erimentos eléctricos% Entonces&
como a'ora& la est"tica se descar(aba !or cone$i#n a una !laca que estaba en contacto con la
masa (eneral de la tierra% La !r"ctica 'a continuado y se 'a desarrollado !ro(resi)amente& de
modo que tales cone$iones a tierra se encuentran en casi todos los !untos en el sistema
eléctrico% Esto incluye la estaci#n (eneradora& las líneas y los cables que distribuyen la ener(ía
eléctrica y los locales en los cuales se utilia% La necesidad de esta cone$i#n se considera
sa(rada en la le(islaci#n%
Aun cuando la !uesta a tierra constituye una !arte intrínseca del sistema eléctrico& !ermanece
en (eneral como un tema mal com!rendido y a menudo se re*ere a él como un +arte oscuro,-
al(unas )eces incluso !or bien cali*cados in(enieros% En los a.os recientes 'a 'abido r"!idos
desarrollos en el modelamiento de sistemas de !uesta a tierra& tanto a /recuencia de !otencia
como su!eriores& !rinci!almente /acilitados !or los nue)os recursos y !rocedimientos
0
TECNICAS DE ALTA TENSION
com!utacionales% Esto 'a incrementado nuestra com!rensi#n del tema& al mismo tiem!o que
la acti)idad de dise.o 'a lle(ado a ser si(ni*cati)amente m"s di/ícil y las nue)as normas est"n
requiriendo un dise.o se(uro y m"s detallado%
Sur(e así una o!ortunidad !ara e$!licar m"s claramente los conce!tos de !uesta a tierra y una
necesidad que esto se tras!ase a los dise.adores de sistemas de !uesta a tierra y a los
instaladores& de modo que !ueda lo(rarse una mayor com!rensi#n del tema%
or !uesta a tierra (eneralmente entendemos una cone$i#n eléctrica a la masa (eneral de la
tierra& siendo esta ltima un )olumen de suelo& roca etc%& cuyas dimensiones son muy (randes
en com!araci#n al tama.o del sistema eléctrico que est" siendo considerado%
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EN ALTA TENSIÓN Y PaT TEMPORAL
CONDUCTORES DE TIERRA
3equerimientos del sistema de !uesta a tierra La /unci#n del sistema de !uesta a tierra es doble4
• !ro!orcionar un camino de im!edancia su*cientemente ba5a& )ía los conductores de tierra& de re(reso a la /uente de ener(ía& de tal modo que ante el e)ento de una /alla a tierra de un conductor acti)o& 6uya !or una ruta !redeterminada una corriente su*ciente& que !ermita o!erar al dis!ositi)o de !rotecci#n del circuito%
• limitar a un )alor se(uro la ele)aci#n de !otencial en todas las estructuras met"licas a las cuales tienen normalmente acceso !ersonas y animales& ba5o condiciones normales y anormales del circuito% La cone$i#n con5unta de todas las estructuras met"licas normalmente e$!uestas& !re)iene la !osibilidad de una di/erencia de
7
TECNICAS DE ALTA TENSION
!otencial !eli(rosa que sur5a entre contactos met"licos adyacentes ya sea ba5o condiciones normales o anormales%
8ay dos ti!os !rinci!ales de conductores de tierra4 los conductores de !rotecci#n 9o de cone$i#n: y los electrodos de tierra%
Conductores de cone$i#n y conductores de !rotecci#n En las re(lamentaciones& se 'an !lanteado di)ersas de*niciones !ara describir los di/erentes ti!os de conductores de tierra usados% La a!licaci#n !r"ctica de estos conductores& los ti!os son4
Conductor de proteccin de circuito
Este es un conductor se!arado instalado con cada circuito y est" !resente !ara ase(urar que !arte o toda la corriente de /alla re(rese a la /uente a tra)és de él% uede ser un conductor indi)idual& la cubierta met"lica e$terior de un cable o la estructura de un ducto met"lico%
Conductore! de cone"in
<
E&ectrodo! de tierra
El electrodo de tierra es el com!onente del sistema de !uesta a tierra que est" en contacto
directo con el terreno y así !ro!orciona un medio !ara botar o reco(er cualquier ti!o de
corrientes de /u(a a tierra% En sistemas !uestos a tierra se requerir" normalmente lle)ar una
corriente de /alla bastante (rande !or un corto !eríodo de tiem!o y& en consecuencia& se
necesitar" tener una secci#n su*cientemente (rande como !ara ser ca!a de lle)ar esta
corriente en /orma se(ura% Los electrodos deben tener !ro!iedades mec"nicas y eléctricas
adecuadas !ara continuar res!ondiendo a las solicitaciones durante un !eríodo de tiem!o
relati)amente lar(o& en el cual es di/ícil e/ectuar ensayos reales o ins!ecci#n% El material debe
tener buena conducti)idad eléctrica y no corroerse dentro de un am!lio ran(o de condiciones
=
TECNICAS DE ALTA TENSION
/undido% El cobre (eneralmente es el material !re/erido !or las raones que se describir"n
!osteriormente% El aluminio se usa al(unas )eces !ara cone$iones /uera del terreno& !ero la
mayoría de los est"ndares !ro'iben su uso como electrodo de tierra debido al ries(o de
corrosi#n acelerada% El !roducto corrosi)o -una ca!a de #$ido- de5a de ser conducti)o y reduce
la e/ecti)idad de la !uesta a tierra%
El electrodo !uede tomar di)ersas /ormas4 barras )erticales& !lacas y conductores 'oriontales%
Las /ormas m"s comunes se describen a continuaci#n%
Puestas A Tierra Para Distribución
(arra!
Esta es la /orma m"s comn de electrodos& !orque su costo de instalaci#n es relati)amente
barato y !ueden usarse !ara alcanar en !ro/undidad& suelo de ba5a resisti)idad& s#lo con
e$ca)aci#n limitada y relleno% Est"n dis!onibles en di)ersos tama.os& lon(itudes& di"metros y
materiales% La barra es de cobre !uro o de acero recubierto de cobre% El ti!o recubierto se usa
cuando la barra se entierra !or medios mec"nicos 9im!acto: ya que el acero usado tiene alta
resistencia mec"nica% La ca!a de cobre debe ser de alta !urea y a!licada electrolíticamente%
Esto ltimo ase(ura que el cobre no se deslice al enterrar la barra% En condiciones de suelo m"s
a(resi)o& !or e5em!lo cuando 'ay alto contenido de sal& se usan barras de cobre s#lido% >arras
?
TECNICAS DE ALTA TENSION
(al)"nica% Sin embar(o& debe considerarse el 'ec'o que el acero ino$idable tiene ba5a
ca!acidad de trans!orte de corriente en com!araci#n con el cobre%
En cada e$tremo de la barra 'ay sectores tratados que !ermiten dis!oner de un e$tremo
a(uado& un e$tremo con una cabea endurecida o con 'ilo !ara atornillar barras adicionales%
Es im!ortante en el caso de barras recubiertas& que la ca!a de cobre se manten(a intacta en la
secci#n *leteada 9con 'ilo:% Al(unos /abricantes también tienen una barra taladradora de
cabea de cru& que es !articularmente til si los aco!lamientos de barra tienen un di"metro
mayor que la barra% Se ase(ura que este ti!o de cabea !ermite enterrar 'asta mayor
!ro/undidad% Las barras est"n dis!onibles en di"metros de 1< mm a 2@ mm 9cobre s#lido: y &<
a 2@ mm 9acero recubierto de cobre:% Las barras indi)iduales tienen lon(itudes de 1& 2 a 0
metros%
También se dis!one de secciones a!antalladas de barra !ara uso& !or e5em!lo& cuando 'ay una
ca!a de suelo altamente corrosi)o& a tra)és de la cual debe atra)esar una barra !ro/unda% La
!antalla debe ser !or e5em!lo de BC !ara !re)enir contacto entre la barra y el suelo corrosi)o%
or su!uesto esta secci#n no contribuye a reducir el )alor de im!edancia& !uesto que no est"
en contacto con el suelo%
Barraje Equiptencia!
P&aca!
Se usa )arios ti!os de !lacas !ara !ro!#sitos de !uesta a tierra& !ero el nico ti!o que se
considera (eneralmente como electrodo debe ser s#lido y de tama.o sustancial% Las !lacas ti!o
enre5ado& como se ilustra en la i(ura 7-1& se usan !ara (raduar !otenciales y no se es!era que
!ermitan el !aso de ni)eles de corriente de /alla si(ni*cati)os% Se 'acen normalmente de una
malla de cobre o de acero%
Con./uracione! de ari&&a! de SPT
1@
+ari&&a! En C;rcu&o
PROPIEDADES DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LAS PUESTAS A TIERRA
11
TECNICAS DE ALTA TENSION
1% Absorci#n 2% Acti)idad Electroquímica 0% Adsorci#n 7% Anisotro!ía <% Ca!acidad de Intercambio ;% Ca!acidad de Intercambio ani#nico 9CIA: =% Com!actaci#n y !resi#n del suelo ?% Concentraci#n de Sales % Conducti)idad 1@% Densidad 11% Estrati*caci#n del suelo 12% actor de ormaci#n 10% luidos Saturados 17% recuencia 1<% 8umedad del suelo 1;% Ni)el /reatico 1=% ermeabilidad ma(nética 1?% ermiti)idad Cati#nico 9CIC: 1% olariaci#n o !olariabilidad 2@% orosidad 21% otencial de 8idr#(eno 22% otencial de ioniaci#n 20% Solubilidad 27% ranulometria del Suelo 2<% Tem!eratura del suelo 2;% Te$tura 2=% Ti!o de suelo 2?% Ti$otro!ía
MALLA DE PUESTA A TIERRA DE UNA SU(ESTACIÓN
uncione! de Una Ma&&a De Pue!ta a Tierra
Entre las m"s im!ortantes se tienen4
12
• E)itan sobre)olta5es !roducidos !or descar(as atmos/éricas& o!eraci#n o maniobras de
disyuntores% • ro!orcionar una )ía r"!ida de descar(a de ba5a im!edancia con el *n de me5orar y
ase(urar el /uncionamiento de !rotecciones% • ro!orcionar se(uridad al !ersonal de la subestaci#n%
Re4ui!ito! de Una Ma&&a a Tierra
Los requisitos que debe cum!lir una malla de !uesta a tierra son los si(uientes4
a: Debe tener una resistencia tal& que el sistema se considere s#lidamente !uesto a tierra% b: La )ariaci#n de la resistencia& debido a cambios ambientales& debe ser des!reciable de
manera que la corriente de /alla a tierra& en cualquier momento& sea ca!a de !roducir
el dis!aro de las !rotecciones% c: Im!edancia de onda de )alor ba5o !ara /"cil !aso de las descar(as atmos/éricas% d: Debe conducir las corrientes de /alla sin !ro)ocar (radientes de !otencial !eli(rosos
entre sus !untos )ecinos% e: Al !asar la corriente de /alla durante el tiem!o m"$imo establecido de /alla& 9es decir
dis!aro de res!aldo:& no debe 'aber calentamientos e$cesi)os% /: Debe ser resistente a la corrosi#n%
La malla de tierra es un con5unto de conductores desnudos que !ermiten conectar los equi!os
que com!onen una instalaci#n a un medio de re/erencia& en este caso la tierra% Tres
com!onentes constituyen la resistencia de la malla de tierra4
• La resistencia del conductor que conecta los equi!os a la malla de tierra% • La resistencia de contacto entre la malla y el terreno% • La resistencia del terreno donde se ubica la malla%
na malla de tierra !uede estar /ormada !or distintos elementos4
• na o m"s barras enterradas% • Conductores instalados 'oriontalmente /ormando di)ersas con*(uraciones% • n reticulado instalado en /orma 'oriontal que !uede tener o no barras conectadas
en /orma )ertical en al(unos !untos de ella%
10
"n#$uración $enera! %e una &a!!a'
Las barras )erticales utiliadas en la construcci#n de las mallas de tierra reciben el nombre de
barras co!!erFeld y est"n construidas con alma de acero re)estidas en cobre% El )alor de la
resistencia de una malla de tierra de!ende entre otros !ar"metros de la resisti)idad del terreno%
El método m"s usado !ara determinar la resisti)idad del terreno es el de Sc'lumber(er& el cual
!ermite determinar las ca!as que com!onen el terreno& como también la !ro/undidad y la
resisti)idad de cada uno de ellos%
O56etio! de una ,a&&a:
Los ob5eti)os /undamentales de una malla de tierra son4
• E)itar tensiones !eli(rosas entre estructuras& equi!os y el terreno durante
cortocircuitos a tierra o en condiciones normales de o!eraci#n% • E)itar descar(as eléctricas !eli(rosas en las !ersonas& durante condiciones normales
de /uncionamiento% • ro!orcionar un camino a tierra !ara las corrientes inducidas% Este camino debe ser
lo m"s corto !osible%
Tipo! de ,a&&a!:
Se deben distin(uir dos ti!os de mallas en una instalaci#n eléctrica que son4
• Gallas de alta tensi#n% • Gallas de ba5a tensi#n%
Ambas mallas deben estar se!aradas de modo que la inducci#n de )olta5es de la
malla de alta en la de ba5a sea B a 12< B& a menos que la resistencia de cada una
de ellas& en /orma se!arada& sea in/erior a 1 H & en este caso !ueden las mallas
conectarse entre sí%
TECNICAS DE ALTA TENSION
La resistencia de una malla de ba5a tensi#n& se(n la norma editada !or la
Su!erintendencia de Ser)icios Eléctricos y Combustibles 9SEC: queda limitada como
se muestra en la e$!resi#n%
Dnde<
;<B4 )alor de tensi#n m"$imo a que !uede quedar sometida una !ersona cuando
sucede un cortocircuito a tierra%
I4 )alor m"$imo de la corriente de /alla mono/"sica& de*nida !or la corriente de
o!eraci#n de las !rotecciones%
1<
SPT EN SITIOS DE CARGUE DESCARGUE DE COMBUSTIBLES
1;
IMPORTANCIA DE REALI8AR UNA PUESTA A TIERRA TEMPORAL
La técnica de la !uesta a tierra tem!oral consiste en reducir la !robabilidad de
caída de tensi#n en el o!erario y& si ello /uese ine)itable& en ase(urar una r"!ida
actuaci#n del sistema de !rotecci#n% La mayor di*cultad !ara desarrollar un método
se(uro y /uncional de !uesta a tierra tem!oral es la (ran )ariedad de instalaciones
di/erentes en la industria y en las líneas aéreas% Los o!erarios de las em!resas
eléctricas est"n e$!uestos a circuitos aéreos sim!les y dobles& con y sin conductor
neutro& líneas !aralelas yo cruces de líneas& con*(uraciones en "n(ulos&
estructuras de madera& concreto o metal& entre otras% Todas estas di/erentes
situaciones demandan técnicas di/erenciadas%
Al dimensionar la !uesta a tierra tem!oral& se considera 1%@@@ mA como la resistencia que !osee un 'ombre% Con este dato y la Ley de O'm& )emos que una di/erencia de !otencial de 2< B ya causaría la *brilaci#n del cora#n% En ese sentido& y de acuerdo a los estudios del cuer!o 'umano& este /en#meno res!onde a la ma(nitud de la corriente y duraci#n de la corriente en el cuer!o% or e5em!lo& un 'ombre normal !uede morir si su cuer!o se )e e$!uesto a una corriente de 1@@@ mA durante 0@ ms o una corriente de 1@@ mA durante 0 se(undos%
n o!erario !osee una resistencia muy su!erior a 1%@@@ O'm& debido al uso de im!lementos de se(uridad b"sicos 9casco& anti!arras& a!atos& !érti(a& (uantes& al/ombras aislantes o banquetas& etc%:% or eso& es !osible traba5ar con tensiones su!eriores a 2< B& debido a que la corriente de cortocircuito es cientos de )eces su!erior& !or lo que el electricista debe tomar !recauciones e$tremas%
ara 'acer una !uesta a tierra de una línea& es necesaria una buena cone$i#n con la tierra& que !ro!orciona un camino !ara que la corriente de cortocircuito sea des)iada% or consi(uiente& se debe tener un )alor muy ba5o de resistencia en las cone$iones y los cables de !uesta a tierra%
En el caso de los o!erarios de líneas aéreas de las em!resas de Distribuci#n y Transmisi#n de ener(ía& se recomienda una con*(uraci#n consistente en !uestas a tierra tem!orales dobles& es decir& a cada lado del lu(ar de traba5o%
1=
TECNICAS DE ALTA TENSION
Esto !ro!orciona una mayor se(uridad al o!erador si se ener(ia la línea !or cualquiera de los e$tremos del "rea de traba5o%
Se(n !ruebas de laboratorios es!ecialiados& la con*(uraci#n m"s e*ciente en términos de caída de tensi#n es usar un !uente entre la /ase y el neutro% En ese sentido& se aconse5a instalar los !uentes cerca del lu(ar de traba5o& sobre todo en el sentido de la car(a%
Los elementos que com!onen una !uesta a tierra deben so!ortar los es/ueros de la corriente de cortocircuito& tanto en las !rensas como en los conductores y la !ica de aterria5e% Esto requiere del conocimiento !re)io del ni)el de corriente del cortocircuito y la )elocidad de res!uesta del sistema de !rotecci#n%
ara determinar las dimensiones de un cable de ba5ada a tierra& se deben tener !resentes la Conducti)idad y la 3esistencia& cuyos )alores ser"n determinados en /unci#n de la corriente de cortocircuito m"$ima del sistema donde ser" utiliado el con5unto de !uesta a tierra tem!oral%
= Conductiidad< Si la corriente de cortocircuito m"$ima en determinado sistema es de 1@%@@@ A y si consideramos un tiem!o se(uro !ara el o!erario de 0@ ciclos !ara que acte el equi!o de !rotecci#n& tendremos de acuerdo a las tablas de los /abricantes un cable de 2 AH& que nos !ermitiría conducir la corriente de cortocircuito sin /undirse%
= Re!i!tiidad< Considerando un )alor altamente se(uro de <@@ O'm !ara la resistencia o/recida !or el cuer!o 'umano& medida desde la !alma de una mano 'asta la !alma de la otra mano o del !ie& y la corriente de 1@ mA como la m"$ima !osible de ser so!ortada !or el 'ombre en un tiem!o de 0@ ciclos& tenemos como límite de caída de tensi#n en el lu(ar de traba5o <@ B% or e5em!lo4 @&1 A $ <@@ O'ms J <@ B
Al conocer la caída m"$ima de tensi#n& !odemos determinar la 3esistencia m"$ima admisible !ara el con5unto de !uesta a tierra& en /unci#n de la corriente de cortocircuito del sistema donde ser" em!leado%
Así& considerando la corriente de cortocircuito de 1@%@@@ A& la resistencia m"$ima admisible !ar el con5unto de !uesta a Tierra Tem!oral debe ser de @&@@< O'm% or e5em!lo& <@B 1@%@@@A J @&@@< O'm
Antes de la instalaci#n del con5unto de !uesta a tierra tem!oral& el electricista debe )eri*car que la línea est" realmente desener(iada& usando !ara ello un detector de tensi#n adecuado a la tensi#n de la línea%
Se debe conectar !rimero la !rensa a la !ica de tierra y& !osteriormente& las !rensas a las /ases& usando siem!re !érti(as
1?
TECNICAS DE ALTA TENSION
aislantes adecuadas al ni)el de tensi#n de la línea y teniendo en consideraci#n siem!re las distancias de se(uridad%
Durante una /alla o ener(iaci#n de la línea& si todo se 'a realiado correctamente& el o!erario estar" !rote(ido y la descar(a se ir" !or las !rensas y el conductor a tierra& !roduciéndose a'ora un !eli(ro en la base del !oste que debe estar conectado a tierra% La tensi#n en el !unto de entrada a tierra debe tener casi el mismo ni)el de tensi#n de la línea& lo que crea una ele)ada (radiente de tensi#n en el suelo% or esta ra#n& e$iste un !eli(ro !ara el o!erario que est" !r#$imo al !oste%
tierra te%poral e" %edia & alta te"si$"
te"si$"
COMPORTAMIENTO DE DIERENTES RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA
21
CONCLUSIONES
La utiliaci#n de una !uesta a tierra nica en una subestaci#n aérea de distribuci#n es el sistema #!timo desde el !unto de )ista de !rotecci#n del trans/ormador y de minimiaci#n de trans/erencia de sobretensiones del lado de alta tensi#n al lado de ba5a tensi#n%
Considerando que las resistencias de !uesta a tierra )arían considerablemente con la 'umedad y tem!eratura del suelo es adecuado utiliar !ara dise.o un )alor menor& un )alor conser)ati)o raonable utiliado en )arios !aíses es 1@@@ B%
Si no es !r"ctica la obtenci#n de resistencias de !uesta a tierra que !ermitan utiliar una !uesta a tierra nica& deben utiliarse dos !uestas a tierra adecuadamente se!aradas4 una !ara los descar(adores& cuba y !artes met"licasK y la otra !ara el neutro de ba5a tensi#n% La se!araci#n necesaria de las !uestas a tierra es /unci#n de la resisti)idad del terreno y de la corriente de cortocircuito /ase a tierra del lado de alta tensi#n y !uede alcanar )arias decenas de metros !ara la alta resisti)idad (eneralmente encontrada en la !ro)incia de 3ío Ne(ro%
El dise.o de las !uestas a tierra de las subestaciones de distribuci#n debe considerar necesariamente las tensiones de !aso y contacto& o sea no debe im!licar ries(o de muerte !ara las !ersonas& o este ries(o ser e$tremadamente ba5o% Este en/oque& ob)iamente& es m"s im!ortante toda)ía en las subestaciones aéreas de distribuci#n !or encontrarse en la )ía !blica% Las mediciones de tensiones de !aso y contacto !ueden ser sustituidas !or la corres!ondiente a la resistencia de !uesta a tierra& si se 'a establecido la correlaci#n !ara instalaciones ti!o& sancionada !or la !r"ctica en situaciones similares& entre tensiones de !aso y contacto y resistencia de !uesta a tierra%
(I(LIO7RAIA
ELECTRO INDUSTRIA > PUESTA A TIERRA TEMPORAL
?ttp<@@:e,5:c&@e&ectroindu!tria@articu&o:,cB "id''3tip)"it&ai,portanciaderea&iFarunapue!taatierra te,pora&
PORTAL ELECTRICOS > PUESTA A TIERRA
?ttp<@@:porta&e&ectrico!:co,@retie@cap2art$:p?p
CURSOS DE PAT DICTADOS POR REE GRED ELECTRICA ESPAHA
))))bib!i$ra*+a a%icina! *ue a%junta%a en c%
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CONDUCTORES DE TIERRA 03 Conductor de proteccin de circuito
03 Conductore! de cone"in
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CONE%IONES E%OTERMICAS 0$
PROCESO DE APLICACIÓN SOLDADURA E%OTERMICA 0$ E&ectrodo! de tierra
0' (arra!
0* Con./uracione! de ari&&a! de SPT
01
TIERRA 0
MALLA DE PUESTA A TIERRA DE UNA SU(ESTACIÓN uncione! de Una Ma&&a De Pue!ta a Tierra
Re4ui!ito! de Una Ma&&a a Tierra
O56etio! de una ,a&&a
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DIA7RAMA (ASICO DE MANTENIMIENTO ALTA TENSION 3
IMPORTANCIA DE REALI8AR UNA PUESTA A TIERRA TEMPORAL $
RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA 1
COMPORTAMIENTO RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA 1
CONCLUSIONES 20
INTRODUCCION
Es bien sabido que la mayoría de los sistemas eléctricos necesitan ser aterriados y que esta
!r"ctica !robablemente se inici# en los !rimeros días de los e$!erimentos eléctricos% Entonces&
como a'ora& la est"tica se descar(aba !or cone$i#n a una !laca que estaba en contacto con la
masa (eneral de la tierra% La !r"ctica 'a continuado y se 'a desarrollado !ro(resi)amente& de
modo que tales cone$iones a tierra se encuentran en casi todos los !untos en el sistema
eléctrico% Esto incluye la estaci#n (eneradora& las líneas y los cables que distribuyen la ener(ía
eléctrica y los locales en los cuales se utilia% La necesidad de esta cone$i#n se considera
sa(rada en la le(islaci#n%
Aun cuando la !uesta a tierra constituye una !arte intrínseca del sistema eléctrico& !ermanece
en (eneral como un tema mal com!rendido y a menudo se re*ere a él como un +arte oscuro,-
al(unas )eces incluso !or bien cali*cados in(enieros% En los a.os recientes 'a 'abido r"!idos
desarrollos en el modelamiento de sistemas de !uesta a tierra& tanto a /recuencia de !otencia
como su!eriores& !rinci!almente /acilitados !or los nue)os recursos y !rocedimientos
0
TECNICAS DE ALTA TENSION
com!utacionales% Esto 'a incrementado nuestra com!rensi#n del tema& al mismo tiem!o que
la acti)idad de dise.o 'a lle(ado a ser si(ni*cati)amente m"s di/ícil y las nue)as normas est"n
requiriendo un dise.o se(uro y m"s detallado%
Sur(e así una o!ortunidad !ara e$!licar m"s claramente los conce!tos de !uesta a tierra y una
necesidad que esto se tras!ase a los dise.adores de sistemas de !uesta a tierra y a los
instaladores& de modo que !ueda lo(rarse una mayor com!rensi#n del tema%
or !uesta a tierra (eneralmente entendemos una cone$i#n eléctrica a la masa (eneral de la
tierra& siendo esta ltima un )olumen de suelo& roca etc%& cuyas dimensiones son muy (randes
en com!araci#n al tama.o del sistema eléctrico que est" siendo considerado%
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EN ALTA TENSIÓN Y PaT TEMPORAL
CONDUCTORES DE TIERRA
3equerimientos del sistema de !uesta a tierra La /unci#n del sistema de !uesta a tierra es doble4
• !ro!orcionar un camino de im!edancia su*cientemente ba5a& )ía los conductores de tierra& de re(reso a la /uente de ener(ía& de tal modo que ante el e)ento de una /alla a tierra de un conductor acti)o& 6uya !or una ruta !redeterminada una corriente su*ciente& que !ermita o!erar al dis!ositi)o de !rotecci#n del circuito%
• limitar a un )alor se(uro la ele)aci#n de !otencial en todas las estructuras met"licas a las cuales tienen normalmente acceso !ersonas y animales& ba5o condiciones normales y anormales del circuito% La cone$i#n con5unta de todas las estructuras met"licas normalmente e$!uestas& !re)iene la !osibilidad de una di/erencia de
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TECNICAS DE ALTA TENSION
!otencial !eli(rosa que sur5a entre contactos met"licos adyacentes ya sea ba5o condiciones normales o anormales%
8ay dos ti!os !rinci!ales de conductores de tierra4 los conductores de !rotecci#n 9o de cone$i#n: y los electrodos de tierra%
Conductores de cone$i#n y conductores de !rotecci#n En las re(lamentaciones& se 'an !lanteado di)ersas de*niciones !ara describir los di/erentes ti!os de conductores de tierra usados% La a!licaci#n !r"ctica de estos conductores& los ti!os son4
Conductor de proteccin de circuito
Este es un conductor se!arado instalado con cada circuito y est" !resente !ara ase(urar que !arte o toda la corriente de /alla re(rese a la /uente a tra)és de él% uede ser un conductor indi)idual& la cubierta met"lica e$terior de un cable o la estructura de un ducto met"lico%
Conductore! de cone"in
<
E&ectrodo! de tierra
El electrodo de tierra es el com!onente del sistema de !uesta a tierra que est" en contacto
directo con el terreno y así !ro!orciona un medio !ara botar o reco(er cualquier ti!o de
corrientes de /u(a a tierra% En sistemas !uestos a tierra se requerir" normalmente lle)ar una
corriente de /alla bastante (rande !or un corto !eríodo de tiem!o y& en consecuencia& se
necesitar" tener una secci#n su*cientemente (rande como !ara ser ca!a de lle)ar esta
corriente en /orma se(ura% Los electrodos deben tener !ro!iedades mec"nicas y eléctricas
adecuadas !ara continuar res!ondiendo a las solicitaciones durante un !eríodo de tiem!o
relati)amente lar(o& en el cual es di/ícil e/ectuar ensayos reales o ins!ecci#n% El material debe
tener buena conducti)idad eléctrica y no corroerse dentro de un am!lio ran(o de condiciones
=
TECNICAS DE ALTA TENSION
/undido% El cobre (eneralmente es el material !re/erido !or las raones que se describir"n
!osteriormente% El aluminio se usa al(unas )eces !ara cone$iones /uera del terreno& !ero la
mayoría de los est"ndares !ro'iben su uso como electrodo de tierra debido al ries(o de
corrosi#n acelerada% El !roducto corrosi)o -una ca!a de #$ido- de5a de ser conducti)o y reduce
la e/ecti)idad de la !uesta a tierra%
El electrodo !uede tomar di)ersas /ormas4 barras )erticales& !lacas y conductores 'oriontales%
Las /ormas m"s comunes se describen a continuaci#n%
Puestas A Tierra Para Distribución
(arra!
Esta es la /orma m"s comn de electrodos& !orque su costo de instalaci#n es relati)amente
barato y !ueden usarse !ara alcanar en !ro/undidad& suelo de ba5a resisti)idad& s#lo con
e$ca)aci#n limitada y relleno% Est"n dis!onibles en di)ersos tama.os& lon(itudes& di"metros y
materiales% La barra es de cobre !uro o de acero recubierto de cobre% El ti!o recubierto se usa
cuando la barra se entierra !or medios mec"nicos 9im!acto: ya que el acero usado tiene alta
resistencia mec"nica% La ca!a de cobre debe ser de alta !urea y a!licada electrolíticamente%
Esto ltimo ase(ura que el cobre no se deslice al enterrar la barra% En condiciones de suelo m"s
a(resi)o& !or e5em!lo cuando 'ay alto contenido de sal& se usan barras de cobre s#lido% >arras
?
TECNICAS DE ALTA TENSION
(al)"nica% Sin embar(o& debe considerarse el 'ec'o que el acero ino$idable tiene ba5a
ca!acidad de trans!orte de corriente en com!araci#n con el cobre%
En cada e$tremo de la barra 'ay sectores tratados que !ermiten dis!oner de un e$tremo
a(uado& un e$tremo con una cabea endurecida o con 'ilo !ara atornillar barras adicionales%
Es im!ortante en el caso de barras recubiertas& que la ca!a de cobre se manten(a intacta en la
secci#n *leteada 9con 'ilo:% Al(unos /abricantes también tienen una barra taladradora de
cabea de cru& que es !articularmente til si los aco!lamientos de barra tienen un di"metro
mayor que la barra% Se ase(ura que este ti!o de cabea !ermite enterrar 'asta mayor
!ro/undidad% Las barras est"n dis!onibles en di"metros de 1< mm a 2@ mm 9cobre s#lido: y &<
a 2@ mm 9acero recubierto de cobre:% Las barras indi)iduales tienen lon(itudes de 1& 2 a 0
metros%
También se dis!one de secciones a!antalladas de barra !ara uso& !or e5em!lo& cuando 'ay una
ca!a de suelo altamente corrosi)o& a tra)és de la cual debe atra)esar una barra !ro/unda% La
!antalla debe ser !or e5em!lo de BC !ara !re)enir contacto entre la barra y el suelo corrosi)o%
or su!uesto esta secci#n no contribuye a reducir el )alor de im!edancia& !uesto que no est"
en contacto con el suelo%
Barraje Equiptencia!
P&aca!
Se usa )arios ti!os de !lacas !ara !ro!#sitos de !uesta a tierra& !ero el nico ti!o que se
considera (eneralmente como electrodo debe ser s#lido y de tama.o sustancial% Las !lacas ti!o
enre5ado& como se ilustra en la i(ura 7-1& se usan !ara (raduar !otenciales y no se es!era que
!ermitan el !aso de ni)eles de corriente de /alla si(ni*cati)os% Se 'acen normalmente de una
malla de cobre o de acero%
Con./uracione! de ari&&a! de SPT
1@
+ari&&a! En C;rcu&o
PROPIEDADES DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LAS PUESTAS A TIERRA
11
TECNICAS DE ALTA TENSION
1% Absorci#n 2% Acti)idad Electroquímica 0% Adsorci#n 7% Anisotro!ía <% Ca!acidad de Intercambio ;% Ca!acidad de Intercambio ani#nico 9CIA: =% Com!actaci#n y !resi#n del suelo ?% Concentraci#n de Sales % Conducti)idad 1@% Densidad 11% Estrati*caci#n del suelo 12% actor de ormaci#n 10% luidos Saturados 17% recuencia 1<% 8umedad del suelo 1;% Ni)el /reatico 1=% ermeabilidad ma(nética 1?% ermiti)idad Cati#nico 9CIC: 1% olariaci#n o !olariabilidad 2@% orosidad 21% otencial de 8idr#(eno 22% otencial de ioniaci#n 20% Solubilidad 27% ranulometria del Suelo 2<% Tem!eratura del suelo 2;% Te$tura 2=% Ti!o de suelo 2?% Ti$otro!ía
MALLA DE PUESTA A TIERRA DE UNA SU(ESTACIÓN
uncione! de Una Ma&&a De Pue!ta a Tierra
Entre las m"s im!ortantes se tienen4
12
• E)itan sobre)olta5es !roducidos !or descar(as atmos/éricas& o!eraci#n o maniobras de
disyuntores% • ro!orcionar una )ía r"!ida de descar(a de ba5a im!edancia con el *n de me5orar y
ase(urar el /uncionamiento de !rotecciones% • ro!orcionar se(uridad al !ersonal de la subestaci#n%
Re4ui!ito! de Una Ma&&a a Tierra
Los requisitos que debe cum!lir una malla de !uesta a tierra son los si(uientes4
a: Debe tener una resistencia tal& que el sistema se considere s#lidamente !uesto a tierra% b: La )ariaci#n de la resistencia& debido a cambios ambientales& debe ser des!reciable de
manera que la corriente de /alla a tierra& en cualquier momento& sea ca!a de !roducir
el dis!aro de las !rotecciones% c: Im!edancia de onda de )alor ba5o !ara /"cil !aso de las descar(as atmos/éricas% d: Debe conducir las corrientes de /alla sin !ro)ocar (radientes de !otencial !eli(rosos
entre sus !untos )ecinos% e: Al !asar la corriente de /alla durante el tiem!o m"$imo establecido de /alla& 9es decir
dis!aro de res!aldo:& no debe 'aber calentamientos e$cesi)os% /: Debe ser resistente a la corrosi#n%
La malla de tierra es un con5unto de conductores desnudos que !ermiten conectar los equi!os
que com!onen una instalaci#n a un medio de re/erencia& en este caso la tierra% Tres
com!onentes constituyen la resistencia de la malla de tierra4
• La resistencia del conductor que conecta los equi!os a la malla de tierra% • La resistencia de contacto entre la malla y el terreno% • La resistencia del terreno donde se ubica la malla%
na malla de tierra !uede estar /ormada !or distintos elementos4
• na o m"s barras enterradas% • Conductores instalados 'oriontalmente /ormando di)ersas con*(uraciones% • n reticulado instalado en /orma 'oriontal que !uede tener o no barras conectadas
en /orma )ertical en al(unos !untos de ella%
10
"n#$uración $enera! %e una &a!!a'
Las barras )erticales utiliadas en la construcci#n de las mallas de tierra reciben el nombre de
barras co!!erFeld y est"n construidas con alma de acero re)estidas en cobre% El )alor de la
resistencia de una malla de tierra de!ende entre otros !ar"metros de la resisti)idad del terreno%
El método m"s usado !ara determinar la resisti)idad del terreno es el de Sc'lumber(er& el cual
!ermite determinar las ca!as que com!onen el terreno& como también la !ro/undidad y la
resisti)idad de cada uno de ellos%
O56etio! de una ,a&&a:
Los ob5eti)os /undamentales de una malla de tierra son4
• E)itar tensiones !eli(rosas entre estructuras& equi!os y el terreno durante
cortocircuitos a tierra o en condiciones normales de o!eraci#n% • E)itar descar(as eléctricas !eli(rosas en las !ersonas& durante condiciones normales
de /uncionamiento% • ro!orcionar un camino a tierra !ara las corrientes inducidas% Este camino debe ser
lo m"s corto !osible%
Tipo! de ,a&&a!:
Se deben distin(uir dos ti!os de mallas en una instalaci#n eléctrica que son4
• Gallas de alta tensi#n% • Gallas de ba5a tensi#n%
Ambas mallas deben estar se!aradas de modo que la inducci#n de )olta5es de la
malla de alta en la de ba5a sea B a 12< B& a menos que la resistencia de cada una
de ellas& en /orma se!arada& sea in/erior a 1 H & en este caso !ueden las mallas
conectarse entre sí%
TECNICAS DE ALTA TENSION
La resistencia de una malla de ba5a tensi#n& se(n la norma editada !or la
Su!erintendencia de Ser)icios Eléctricos y Combustibles 9SEC: queda limitada como
se muestra en la e$!resi#n%
Dnde<
;<B4 )alor de tensi#n m"$imo a que !uede quedar sometida una !ersona cuando
sucede un cortocircuito a tierra%
I4 )alor m"$imo de la corriente de /alla mono/"sica& de*nida !or la corriente de
o!eraci#n de las !rotecciones%
1<
SPT EN SITIOS DE CARGUE DESCARGUE DE COMBUSTIBLES
1;
IMPORTANCIA DE REALI8AR UNA PUESTA A TIERRA TEMPORAL
La técnica de la !uesta a tierra tem!oral consiste en reducir la !robabilidad de
caída de tensi#n en el o!erario y& si ello /uese ine)itable& en ase(urar una r"!ida
actuaci#n del sistema de !rotecci#n% La mayor di*cultad !ara desarrollar un método
se(uro y /uncional de !uesta a tierra tem!oral es la (ran )ariedad de instalaciones
di/erentes en la industria y en las líneas aéreas% Los o!erarios de las em!resas
eléctricas est"n e$!uestos a circuitos aéreos sim!les y dobles& con y sin conductor
neutro& líneas !aralelas yo cruces de líneas& con*(uraciones en "n(ulos&
estructuras de madera& concreto o metal& entre otras% Todas estas di/erentes
situaciones demandan técnicas di/erenciadas%
Al dimensionar la !uesta a tierra tem!oral& se considera 1%@@@ mA como la resistencia que !osee un 'ombre% Con este dato y la Ley de O'm& )emos que una di/erencia de !otencial de 2< B ya causaría la *brilaci#n del cora#n% En ese sentido& y de acuerdo a los estudios del cuer!o 'umano& este /en#meno res!onde a la ma(nitud de la corriente y duraci#n de la corriente en el cuer!o% or e5em!lo& un 'ombre normal !uede morir si su cuer!o se )e e$!uesto a una corriente de 1@@@ mA durante 0@ ms o una corriente de 1@@ mA durante 0 se(undos%
n o!erario !osee una resistencia muy su!erior a 1%@@@ O'm& debido al uso de im!lementos de se(uridad b"sicos 9casco& anti!arras& a!atos& !érti(a& (uantes& al/ombras aislantes o banquetas& etc%:% or eso& es !osible traba5ar con tensiones su!eriores a 2< B& debido a que la corriente de cortocircuito es cientos de )eces su!erior& !or lo que el electricista debe tomar !recauciones e$tremas%
ara 'acer una !uesta a tierra de una línea& es necesaria una buena cone$i#n con la tierra& que !ro!orciona un camino !ara que la corriente de cortocircuito sea des)iada% or consi(uiente& se debe tener un )alor muy ba5o de resistencia en las cone$iones y los cables de !uesta a tierra%
En el caso de los o!erarios de líneas aéreas de las em!resas de Distribuci#n y Transmisi#n de ener(ía& se recomienda una con*(uraci#n consistente en !uestas a tierra tem!orales dobles& es decir& a cada lado del lu(ar de traba5o%
1=
TECNICAS DE ALTA TENSION
Esto !ro!orciona una mayor se(uridad al o!erador si se ener(ia la línea !or cualquiera de los e$tremos del "rea de traba5o%
Se(n !ruebas de laboratorios es!ecialiados& la con*(uraci#n m"s e*ciente en términos de caída de tensi#n es usar un !uente entre la /ase y el neutro% En ese sentido& se aconse5a instalar los !uentes cerca del lu(ar de traba5o& sobre todo en el sentido de la car(a%
Los elementos que com!onen una !uesta a tierra deben so!ortar los es/ueros de la corriente de cortocircuito& tanto en las !rensas como en los conductores y la !ica de aterria5e% Esto requiere del conocimiento !re)io del ni)el de corriente del cortocircuito y la )elocidad de res!uesta del sistema de !rotecci#n%
ara determinar las dimensiones de un cable de ba5ada a tierra& se deben tener !resentes la Conducti)idad y la 3esistencia& cuyos )alores ser"n determinados en /unci#n de la corriente de cortocircuito m"$ima del sistema donde ser" utiliado el con5unto de !uesta a tierra tem!oral%
= Conductiidad< Si la corriente de cortocircuito m"$ima en determinado sistema es de 1@%@@@ A y si consideramos un tiem!o se(uro !ara el o!erario de 0@ ciclos !ara que acte el equi!o de !rotecci#n& tendremos de acuerdo a las tablas de los /abricantes un cable de 2 AH& que nos !ermitiría conducir la corriente de cortocircuito sin /undirse%
= Re!i!tiidad< Considerando un )alor altamente se(uro de <@@ O'm !ara la resistencia o/recida !or el cuer!o 'umano& medida desde la !alma de una mano 'asta la !alma de la otra mano o del !ie& y la corriente de 1@ mA como la m"$ima !osible de ser so!ortada !or el 'ombre en un tiem!o de 0@ ciclos& tenemos como límite de caída de tensi#n en el lu(ar de traba5o <@ B% or e5em!lo4 @&1 A $ <@@ O'ms J <@ B
Al conocer la caída m"$ima de tensi#n& !odemos determinar la 3esistencia m"$ima admisible !ara el con5unto de !uesta a tierra& en /unci#n de la corriente de cortocircuito del sistema donde ser" em!leado%
Así& considerando la corriente de cortocircuito de 1@%@@@ A& la resistencia m"$ima admisible !ar el con5unto de !uesta a Tierra Tem!oral debe ser de @&@@< O'm% or e5em!lo& <@B 1@%@@@A J @&@@< O'm
Antes de la instalaci#n del con5unto de !uesta a tierra tem!oral& el electricista debe )eri*car que la línea est" realmente desener(iada& usando !ara ello un detector de tensi#n adecuado a la tensi#n de la línea%
Se debe conectar !rimero la !rensa a la !ica de tierra y& !osteriormente& las !rensas a las /ases& usando siem!re !érti(as
1?
TECNICAS DE ALTA TENSION
aislantes adecuadas al ni)el de tensi#n de la línea y teniendo en consideraci#n siem!re las distancias de se(uridad%
Durante una /alla o ener(iaci#n de la línea& si todo se 'a realiado correctamente& el o!erario estar" !rote(ido y la descar(a se ir" !or las !rensas y el conductor a tierra& !roduciéndose a'ora un !eli(ro en la base del !oste que debe estar conectado a tierra% La tensi#n en el !unto de entrada a tierra debe tener casi el mismo ni)el de tensi#n de la línea& lo que crea una ele)ada (radiente de tensi#n en el suelo% or esta ra#n& e$iste un !eli(ro !ara el o!erario que est" !r#$imo al !oste%
tierra te%poral e" %edia & alta te"si$"
te"si$"
COMPORTAMIENTO DE DIERENTES RE79MENES DE CONE%IÓN A TIERRA
21
CONCLUSIONES
La utiliaci#n de una !uesta a tierra nica en una subestaci#n aérea de distribuci#n es el sistema #!timo desde el !unto de )ista de !rotecci#n del trans/ormador y de minimiaci#n de trans/erencia de sobretensiones del lado de alta tensi#n al lado de ba5a tensi#n%
Considerando que las resistencias de !uesta a tierra )arían considerablemente con la 'umedad y tem!eratura del suelo es adecuado utiliar !ara dise.o un )alor menor& un )alor conser)ati)o raonable utiliado en )arios !aíses es 1@@@ B%
Si no es !r"ctica la obtenci#n de resistencias de !uesta a tierra que !ermitan utiliar una !uesta a tierra nica& deben utiliarse dos !uestas a tierra adecuadamente se!aradas4 una !ara los descar(adores& cuba y !artes met"licasK y la otra !ara el neutro de ba5a tensi#n% La se!araci#n necesaria de las !uestas a tierra es /unci#n de la resisti)idad del terreno y de la corriente de cortocircuito /ase a tierra del lado de alta tensi#n y !uede alcanar )arias decenas de metros !ara la alta resisti)idad (eneralmente encontrada en la !ro)incia de 3ío Ne(ro%
El dise.o de las !uestas a tierra de las subestaciones de distribuci#n debe considerar necesariamente las tensiones de !aso y contacto& o sea no debe im!licar ries(o de muerte !ara las !ersonas& o este ries(o ser e$tremadamente ba5o% Este en/oque& ob)iamente& es m"s im!ortante toda)ía en las subestaciones aéreas de distribuci#n !or encontrarse en la )ía !blica% Las mediciones de tensiones de !aso y contacto !ueden ser sustituidas !or la corres!ondiente a la resistencia de !uesta a tierra& si se 'a establecido la correlaci#n !ara instalaciones ti!o& sancionada !or la !r"ctica en situaciones similares& entre tensiones de !aso y contacto y resistencia de !uesta a tierra%
(I(LIO7RAIA
ELECTRO INDUSTRIA > PUESTA A TIERRA TEMPORAL
?ttp<@@:e,5:c&@e&ectroindu!tria@articu&o:,cB "id''3tip)"it&ai,portanciaderea&iFarunapue!taatierra te,pora&
PORTAL ELECTRICOS > PUESTA A TIERRA
?ttp<@@:porta&e&ectrico!:co,@retie@cap2art$:p?p
CURSOS DE PAT DICTADOS POR REE GRED ELECTRICA ESPAHA
))))bib!i$ra*+a a%icina! *ue a%junta%a en c%
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