UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS DE CERVECERA POLAR C.A.

POR

LUIS MANUEL SUREZ FERNNDEZ

INFORME FINAL DE PASANTA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

Sartenejas, marzo de 2007

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS DE CERVECERA POLAR C.A.

POR

LUIS MANUEL SUREZ FERNNDEZ

TUTOR ACADMICO: PROF. JUAN CARLOS RODRGUEZ

TUTOR INDUSTRIAL: ING. NELSON MONTERO

INFORME FINAL DE PASANTA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

Sartenejas, marzo de 2007

ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Y PROTECCIN CONTRA

DESCARGAS ATMOSFRICAS DE CERVECERA POLAR C.A.

POR

LUIS MANUEL SUREZ FERNNDEZ

RESUMEN

Los sistemas de puesta a tierra y de proteccin contra descargas atmosfricas son

de vital importancia para proveer dentro de los sistemas elctricos la seguridad

adecuada para las personas que operan en el, los equipos que lo conforman, as como

tambin la instalacin elctrica en general.

En el presente informe se hace una descripcin de lo que son los sistemas de

puesta a tierra y de proteccin contra descargas atmosfricas y sus elementos ms

importantes, as como tambin cules son las consideraciones a tomar en cuenta a la

hora de disear alguno de estos sistemas. Posteriormente, se aplican todos estos

conceptos en un estudio a la planta de Cervecera Polar C.A. Los Cortijos, con la

finalidad de hacer un anlisis de la condicin en la que se encuentran el sistema de

puesta a tierra y el sistema de proteccin contra descargas atmosfricas de la misma.

Luego, en base a los resultados obtenidos tras el anlisis se realizan una serie de

recomendaciones para mejorar el estado de estos sistemas, para garantizar que las

personas que operan o trabajan en la planta, as como los equipos, estn protegidos ante

eventuales fallas o la posibilidad de impacto directo de descargas atmosfricas.

DEDICATORIA

A mis padres, Lus Ramn y Ana Victoria, pues siempre han estado ah cuando les he

necesitado.

A mis hermanas, Ana Karina y Ana Carolina, quienes siempre me han dado aliento en

los momentos ms importantes.

A mi primo Leonardo, siempre te recordaremos.

A mis compaeros y amigos, pues solo hubiese sido imposible llegar hasta aqu.

AGRADECIMIENTOS

A Cervecera Polar C.A, por brindarme la oportunidad de realizar este proyecto

dentro de sus instalaciones y por darme todo el respaldo que necesite.

Al ingeniero Juan Carlos Rodrguez, mi tutor acadmico, pues sin su gua hubiese

sido imposible la realizacin de este trabajo.

A los ingenieros Jacobo Di Bella y Nelson Montero, mis tutores industriales,

quienes me brindaron todo su apoyo para la consecucin de los objetivos planteados.

A Maria Teresa y Benincia, por ayudarme en todo lo que estaba a su alcance, no

slo a mi, sino a todos los que estudiamos ingeniera elctrica en la USB.

A mi familia y a mis amigos, por brindarme el apoyo necesario para la

consecucin de mis metas.

INDICE GENERAL

CAPTULO 1: INTRODUCCIN. 1

CAPTULO 2: LA EMPRESA 4

2.1.- RESEA HISTRICA 4

2.2.- MISIN 6

2.3.- VISIN. 6

2.4.- VALORES. 7

CAPTULO 3: SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.. 8

3.1.- ASPECTOS BSICOS DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA.. 8

3.1.1.- Generalidades... 8

3.1.2.- Objetivos de los sistemas de puesta a tierra. 9

3.2.- SEGURIDAD EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS.. 10

3.2.1.- Condiciones de peligro... 10

3.2.2.- Rango de corrientes tolerables por el cuerpo humano... 11

3.2.2.1.- Rango de frecuencia. 11

3.2.2.2.- Efectos de la magnitud y duracin. 11

3.2.3.- Criterio de diferencia de potencial permisible 13

3.2.3.1.- Resistencia del cuerpo humano.. 13

3.2.3.2.- Criterio de toque y paso... 14

3.3.- RESISTENCIA A TIERRA. 16

3.3.1.- Generalidades... 16

3.3.2.- Valores aceptados recomendados. 16

3.3.3.- Resistividad del suelo.. 17

3.3.4.- Electrodos de tierra.. 18

3.3.4.1.- Generalidades 18

3.3.4.2.- Electrodos naturales. 18

3.3.4.3.- Tamao de las varillas.. 19

3.4.- PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS... 19

3.4.1.- Generalidades... 19

3.4.2.- Puesta a tierra en subestaciones. 20

3.4.3.- Mallas de tierra. 22

3.4.4.- Materiales de construccin. 23

3.4.4.1.- Materiales empleados... 23

3.4.4.2.- Calibre de los conductores.. 24

CAPTULO 4: PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS... 26

4.1.- ASPECTOS BSICOS DE LOS SPDA.. 26

4.1.1.- Generalidades... 26

4.1.2.- Objetivos de los SPDA 27

4.2.- GUIA DE EVALUACION DE RIESGOS. 27

4.2.1.- Generalidades... 27

4.2.2- Clculo del ndice de riesgo 28

4.3.- COMPONENTES DE UN SPDA.. 31

4.3.1.- Materiales empleados.. 31

4.3.2.- Dispositivos terminales de atraccin 33

4.3.2.1.- Generalidades 33

4.3.2.2.- Techos inclinados.. 34

4.3.2.3.- Techos planos o de suave inclinacin 35

4.3.2.4.- Techos abovedados o redondeados.. 35

4.3.3.- Terminales de tierra. 36

4.3.4.- Conductores.. 36

4.3.4.1.- Generalidades 36

4.3.4.2.- Conductores en techos. 36

4.3.4.3.- Conductores de bajantes.. 37

4.4.- ASPECTOS BSICOS EN LA CONSTRUCCIN DE UN SPDA 37

4.4.1.- Equipontencialidad. 37

4.4.2.- Estructuras con Armazn de Acero.. 38

4.4.3.- Estructuras miscelneas y para fines especiales.. 38

4.4.4.- Chimeneas y respiraderos.. 39

4.4.4.1.- Generalidades 39

4.4.4.2.- Chimeneas de tipo no pesado. 39

4.4.4.3.- Chimeneas de tipo pesado... 39

CAPTULO 5: RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SPT Y EL SPDA.. 41

5.1.- SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 41

5.1.1.- Descripcin del sistema elctrico de media tensin 41

5.1.2.- Descripcin del SPT de media tensin.. 43

5.1.3.- Circulacin de la corriente ante una falla. 59

5.1.4.- Anlisis y mejoras en el SPT de media tensin 65

5.2.- SISTEMA DE PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS 78

5.2.1.- Descripcin de las Estructuras a Proteger. 78

5.2.2.- Descripcin de SPDA de la planta. 81

5.2.3.- Factor de riesgo de las diferentes estructuras.. 85

5.2.4.- Anlisis y mejoras en el SPDA de la planta.. 89

CAPTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 94

BIBLIOGRAFA 97

APENDICES. 98

APENDICE A: IMGENES Y OTROS DE LOS SPDA.. 98 APENDICE B: CLCULO DE MALLAS DE TIERRA. 105

APENDICE C: EXPLICACIN DE LA SIMBOLOGA DE LOS TRX 112

INDICE DE FIGURAS

CAPTULO 3: SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Figura 3.2.3.1.1 Persona con las piernas formando resistencias en serie. 14

Figura 3.2.3.1.2 Persona con las piernas formando resistencias en paralelo 14

Figura 3.2.3.2.1 Tensiones de toque y paso 15

Figura 3.4.3.1.- Malla de tierra. 23

CAPTULO 4: PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS

Figura 4.3.2.2.1 Terminales areos en techos inclinados. 34

Figura 4.3.2.3.1 Terminales areos en techos planos 35

CAPTULO 5: RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SPT Y EL SPDA

Figura 5.1.2.1 Esquema de conexin de la subestacin cond. Evaporativos 46

Figura 5.1.2.2 Esquema de conexin de la subestacin calderas 46

Figura 5.1.2.3 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 1. 47

Figura 5.1.2.4 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 2. 47

Figura 5.1.2.5 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 3. 48

Figura 5.1.2.6 Esquema de conexin de la subestacin secadora de nepe 48

Figura 5.1.2.7 Esquema de conexin de la subestacin cocimiento 1 49

Figura 5.1.2.8 Esquema de conexin de la subestacin cocimiento 2 49

Figura 5.1.2.9 Esquema de conexin de la subestacin edificio administrativo.. 50

Figura 5.1.2.10 Esquema de conexin de la subestacin alumbrado. 51

Figura 5.1.2.11 Esquema de conexin de la subestacin sala de llena 1 51

Figura 5.1.2.12 Esquema de conexin de la subestacin sala de llena 2 52

Figura 5.1.2.13 Esquema de conexin de la subestacin tratamiento de agua. 52

Figura 5.1.2.14 Esquema de conexin de la subestacin California sur 53

Figura 5.1.2.15 Esquema de conexin de la subestacin planta piloto. 53

Figura 5.1.2.16 Esquema de conexin de la subestacin principal 1. 54

Figura 5.1.2.17 Esquema de conexin de la subestacin principal 2. 55

Figura 5.1.2.18 Diagrama del SPT existente.. 58

Figura 5.1.2.19 Plano del SPT de la planta. 59

Figura 5.1.3.1 Transformador y fuente conectados a travs de un conductor y tierra 60

Figura 5.1.3.2 Divisin de la corriente de falla. 60

Figura 5.1.4.1.- Esquema de conexin adecuado 69

Figura 5.1.4.3 Diagrama del SPT propuesto.. 76

Figura 5.1.4.4 Plano del SPT propuesto para la planta... 77

Figura 5.2.1.1.- Corte del edif. Administrativo y elaboracin y envasado.. 80

Figura 5.2.1.2.- Corte de servicio industrial y envasado.. 81

Figura 5.2.2.1.- Pararrayo edificio administrativo y elaboracin. 82

Figura 5.2.2.2.- Pararrayo comedor y reas recreativas. 84

Figura 5.2.2.3.- Pararrayo California sur.. 85

Figura 5.2.3.1.- Mapa isocerunico de Venezuela... 86

INDICE DE TABLAS

CAPTULO 3: SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Tabla I - Resistividad de suelos. 17

Tabla II - Caractersticas de conductores desnudos de cobre 24

Tabla III Calibre del conductor de puesta a tierra 25

CAPTULO 4: PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS

Tabla IV - Factor de Riesgo (R).. 28

Tabla V - ndice A: Tipo de Estructura. 29

Tabla VI - ndice B: Tipo de Construccin 29

Tabla VII - ndice C: Ubicacin Relativa.. 30

Tabla VIII ndice D: Topografa.. 30

Tabla IX - ndice E: Ocupacin y Contenido.. 30

Tabla X - ndice F: Frecuencia de Descargas Atmosfricas.. 31

Tabla XI - Mnimos Requerimientos para Materiales Clase I.. 32

Tabla XII - Mnimos Requerimientos para Materiales Clase II 32

CAPTULO 5: RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SPT Y EL SPDA

Tabla XIII - Conexiones de las subestaciones de media tension 56

Tabla XIV - Longitud de los conductores de puesta a tierra de la planta. 61

Tabla XV - Cambios en el SPT (elementos a desconectar o eliminar). 73

Tabla XVI - Cambios en el SPT (elementos a conectar o instalar) 74

Tabla XVII - Factor de Riesgo edificio administrativo y elaboracin 87

Tabla XVIII - Factor de Riesgo servicio industrial 87

Tabla XIX Factor de Riesgo envasado 88

Tabla XX - Factor de Riesgo California sur 88

LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS

Ohm, unidad de resistencia elctrica.

A Ampere, unidad de intensidad de corriente elctrica.

AC Altern Current (Corriente Alterna)

AWG American Wire Gage (calibre de conductores americanos).

CM Circular Mil, unidad de superficie.

DC Direct Current (Corriente Directa).

DTA Dispositivos Terminales de Atraccin.

EDC Electricidad de Caracas.

ft Foot (Pe), unidad de longitud (Sistema Ingles).

g Gramo, unidad de masa.

Hz Hertz, unidad de frecuencia.

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de

ingenieros elctricos y electrnicos).

in Inch (Pulgada), unidad de longitud (Sistema Ingles).

L Litro, unidad de volumen.

lb Libra, unidad de masa (Sistema Ingles).

m Metro, unidad de longitud.

m P2P Metro Cuadrado, unidad de superficie.

NFPA National Fire Protection Association (Asociacin Nacional de

proteccin ante fuego).

NH3 Amoniaco.

PTAB Planta de Tratamiento de Aguas Blancas.

PTAR Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.

s Segundos, unidad de tiempo.

SPDA Sistema de Proteccin contra Descargas Atmosfricas.

SPT Sistema de Puesta a Tierra.

V Volt, unidad de potencial elctrico.

VA Volt - Ampere, unidad de potencia.

W Watt, unidad de potencia.

CAPTULO 1: INTRODUCCIN

La puesta a tierra de sistemas elctricos es un problema que debe ser abordado

por los ingenieros encargados de planificar y/o modificar un sistemas de distribucin

elctrica. Existen diversos criterios para la puesta a tierra, cada uno con un propsito

particular. Los criterios de conexin a tierra de los sistemas elctricos son similares bajo

cualquier condicin de servicio, sin embargo, en las industrias, ests condiciones

pueden variar de acuerdo a: localizacin del sistema de potencia, caracterstica de los

generadores y requerimientos del proceso de manufactura.

Segn su objetivo, podemos dividir los sistemas de puesta tierra de la siguiente

forma: para el retorno de las corrientes de falla, como camino de fuga para las corrientes

de descargas atmosfricas, y como referencia de tierra para equipos de

telecomunicaciones y electrnica. Aunque en conjunto todos forman un mismo sistema

de puesta a tierra, deben ser tratados de diferente manera, por lo que existen diferentes

normas que se aplican a cada uno ellos.

En el presente trabajo se enfocar lo referente a retorno de corrientes de fallas a

nivel de media tensin de la Planta Cervecera Polar C.A. Tambin se abarcar lo

referente a los sistemas de proteccin contra descargas atmosfricas, es importante

destacar que est proteccin se divide en una parte externa y una interna, en este trabajo

se abordar lo concerniente a los sistemas externos de proteccin contra descargas

atmosfricas.

Es importante mencionar que actualmente en el pas estn en vigencia leyes

segn las cuales, si llegase a ocurrir algn accidente laboral y se demuestra que el

mismo es responsabilidad de la empresa por no brindar condiciones seguras de trabajo,

esta puede recibir cuantiosas multas de dinero, por lo que la implantacin de este tipo

de sistemas (sistemas de puesta a tierra y sistemas de proteccin contra descargas

atmosfricas) tiene tambin una repercusin econmica bastante importante, en la parte

de prevencin.

La empresa Cervecera Polar C.A. Los Cortijos carece de un diagrama de las

conexiones del sistema de puesta a tierra de sus equipos, por lo que no se tiene una idea

clara de cmo est conectado el sistema y si las conexiones existente son las ms

adecuadas y las indicadas en las normas, por lo que la empresa requiere un

levantamiento de su sistema de puesta a tierra actual para luego realizar el anlisis

correspondiente. En cuanto a lo que respecta a los sistemas de proteccin contra

descargas atmosfricas, la necesidad de este estudio radica en una falla ocurrida en uno

de los pararrayos de una de las otras plantas de la empresa por lo que se requiere

realizar un estudio de la proteccin existente contra este tipo de eventos (descargas

atmosfricas).

Ahora bien, el objetivo del presente trabajo es analizar el estado de la puesta a

tierra a nivel de media tensin, enfocado hacia la parte de retorno de corrientes de falla,

as como tambin verificar la proteccin existente ante descargas atmosfricas, para

luego proponer las mejoras necesarias que cumplan con las normas vigentes

establecidas para garantizar un correcto funcionamiento del sistema y garantizar una

proteccin adecuada tanto para el personal que labora en la empresa, como para los

equipos instalados en la misma.

Para realizar este estudio, es necesario antes de cualquier otra actividad recopilar

toda la informacin referente a los sistemas de puesta a tierra y a los sistemas de

proteccin contra descargas atmosfricas, as como las normas existentes que rigen el

diseo y construccin de este tipo de sistemas, para ello se consultarn los estndares

existentes (IEEE, NFPA, entre otros), as como tambin se har la revisin de algunos

otros trabajos realizados en esta rea que puedan ayudar a tener las bases suficientes

para poder realizar un anlisis adecuado y dar las recomendaciones adecuadas.

Posteriormente se realizar el levantamiento del sistema de puesta a tierra con el que

cuenta actualmente la planta, as como tambin del sistema de proteccin contra

descargas atmosfricas, para de esta forma ubicar las tomas de tierra, los dispositivos

terminales de atraccin, y las conexiones existentes; para ello, se realizar un recorrido

por toda la planta para as ubicar cada uno de los componentes de los sistemas en

estudio. Por ltimo, basado en toda la informacin y normativas encontradas, se

proceder a realizar una propuesta con las mejoras necesarias para que la planta cuente

con un sistema de puesta a tierra y un sistema de proteccin contra descargas

atmosfricas con una configuracin adecuada.

CAPTULO 2: LA EMPRESA

2.1.- RESEA HISTRICA

En 1.938 Lorenzo Alejandro Mendoza Fleury, socio mayoritario de la firma

familiar Mendoza & Compaa, dedicada desde 1.855 a fabricar jabones, decide ampliar

los limites del negocio, dando luz verde al proyecto para establecer una industria

cervecera. En 1.941 comienza a funcionar Cervecera Polar C.A. en la parroquia de

Antmano, con unos 50 empleados, una capacidad instalada de 30 mil litros mensuales,

y dos productos, las cervezas: Cerveza Polar y Bock.

En el ao 1.950 comienza a producir Cervecera de Oriente C.A, para cubrir los

mercados de Nueva Esparta, Sucre, Monagas y Anzotegui, con una capacidad inicial

instalada de 500 mil litros al mes y 57 trabajadores. Un ao despus, esta planta dara

vida a Maltn Polar.

Asentada en una vieja hacienda del este de Caracas emerge en 1.951 la moderna

Cervecera Polar C.A. Los Cortijos, la cual contaba con 140 empleados y una capacidad

instalada de 500 mil litros mensuales.

Remavenca, encargada de desarrollar la harina de maz precocida, nace en 1.954,

y en 1960 sale al mercado Harina P.A.N, posteriormente se crea en Chivacoa, estado

Yaracuy, la empresa Promasa dedicada a la produccin de este producto.

En 1.961, inicia la produccin Cervecera Modelo C.A. en Maracaibo, con una

capacidad inicial instalada de 4 millones de litros al mes, para abastecer la demanda

generada por los estados andinos y Zulia.

Fundacin Polar nace en 1.977 para contribuir con el desarrollo social del pas,

propiciar el desarrollo tecnolgico y el uso racional del ambiente, apoyar y promover

instituciones de beneficio o proteccin social, y realizar cualquier otra actividad que sea

de utilidad colectiva o inters general.

En 1.978 se pone en marcha Cervecera Polar del Centro C.A, el mayor complejo

cervecero de Amrica Latina para la poca, en la poblacin de San Joaqun, estado

Carabobo. Esta es la primera cervecera del mundo equipada para realizar los procesos

de fermentacin y maduracin en los mismos tanques cilindro-cnicos.

Empresas Polar entra en 1.986 al negocio del arroz con la empresa Corporacin

Agroindustrial Corina, en Acarigua estado Portuguesa. En 1.987 Empresas Polar se

incorpora a la agroindustria del trigo, a travs de la empresa Mosaca, creada para

procesar este cereal y hacer pastas alimenticias. Ese mismo ao, Productos EFE S.A. pasa

a formar parte de empresas polar. Luego, en 1.988 se decide la adquisicin de Savoy

Brand International con industrias de snacks en Colombia, Guatemala, Honduras,

Panam, Ecuador, Per, Chile, Argentina y Venezuela.

En 1.990 sale al mercado la nueva produccin de vinos jvenes de Bodegas

Pomar, cuatro aos despus de que empresas Polar las fundara en las tierras de

Altagracia, estado Lara. 1.993 marca la entrada de Empresas Polar al negocio de los

refrescos a travs de la empresa Golden Cup y despus en el ao de 1.996 se asocia con

PepsiCo para producir y comercializar Pepsi-Cola y otras marcas de esa compaa.

Hoy da Polar es una de las empresas ms importantes, no solo en el mbito

nacional, sino tambin a nivel internacional. Abarcando no solamente el mercado de la

cerveza con sus distintas marcas (polar ice, polar light, polar pilsen, solera, solera light),

sino tambin lo referente al rea de alimentos y bebidas.

2.2.- MISIN

Satisfacer las necesidades de consumidores, clientes, compaas vendedores,

concesionarios, distribuidores, accionistas, trabajadores y suplidores, a travs de los

productos y de la gestin de negocios, garantizando los ms altos estndares de calidad,

eficiencia y competitividad, con la mejor relacin precio/valor, alta rentabilidad y

crecimiento sostenido, contribuyendo con el mejoramiento de la calidad de vida de la

comunidad y el desarrollo del pas.

2.3.- VISIN

Ser una corporacin lder en alimentos y bebidas, tanto en Venezuela como en los

mercados de Amrica Latina, participando mediante adquisiciones y alianzas

estratgicas que aseguren la generacin de valor para los accionistas. Estar orientados al

mercado con una presencia predominante en el punto de venta y un complejo portafolio

de productos y marcas de reconocida calidad. Promover la generacin y difusin del

conocimiento en las reas comercial, tecnologa y gerencial. Seleccionar y capacitar al

personal con el fin de alcanzar los perfiles requeridos, logrando su pleno compromiso

con los valores de Empresas Polar y ofrecerle las mejores oportunidades de desarrollo.

2.4.- VALORES

Orientacin al mercado: Satisfacer las necesidades de los consumidores y clientes de manera consistente.

Orientacin a resultados y eficiencia: consistencia en el cumplimiento de los objetivos, al menor costo posible.

Agilidad y flexibilidad: Actuar oportunamente ante los cambios del entorno, siempre guiados por la visin, misin y valores de la empresa.

Innovacin: Actitud proactiva ante la generacin de nuevas tecnologas y nuevos productos. Disposicin a aprender, gerenciar y difundir el conocimiento.

Trabajo en equipo: Fomentar la integracin de equipos con el propsito de alcanzar metas comunes.

Reconocimiento contino al logro y la excelencia: Fomentar y reconocer constantemente entre los trabajadores la excelencia y la orientacin al logro.

Oportunidades de empleo sin distincin: Proveer oportunidades de empleo en igualdad de condiciones.

Integridad y Civismo: Exhibir una actitud consistentemente tica, honesta, responsable, equitativa y proactiva hacia el trabajo y hacia la sociedad.

Relaciones de mutuo beneficio con las partes interesadas: Buscar el beneficio comn en las relaciones con las partes interesadas del negocio.

CAPTULO 3: SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

3.1.- ASPECTOS BSICOS DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

3.1.1.- Generalidades

Un sistema de puesta a tierra (SPT) consiste en todas las conexiones de tierra

interconectadas en un sistema de potencia especfico. Tambin se refiere a la conexin y

puesta a tierra de los elementos metlicos no elctricos de un sistema, como por ejemplo,

ductos metlicas, armazn o carcasa de motores y otros equipos (sistema de

equipotencializacin).

Como dice la introduccin del presente trabajo, segn su objetivo, los sistemas de

puesta a tierra los podemos dividir de la siguiente manera: para el retorno de las

corrientes de falla, como camino de fuga para las corrientes de descargas atmosfricas, y

como referencia de tierra para equipos de telecomunicaciones y electrnica.

En cuanto a lo referente al uso de los sistemas de puesta a tierra como retorno de

las corrientes de falla, existen diferentes normas que aplican, para este trabajo se

tomarn como referencia las normas americanas IEEE, en forma ms precisa el IEEE Std

80-2000, el IEEE Std 142-1991, entre otras, que aplican directamente a este punto; en

estas normas se establecen una serie de parmetros a seguir para tener una adecuada

circulacin de corrientes, las de desbalance por el neutro (operacin normal del sistema)

y las corrientes de falla por los conductores de tierra.

En cuanto a lo referente a las descargas atmosfricas, a este respecto, se puede

destacar que existen dos tipos de visiones, la visin americana (NFPA, ANSI), en la cual

se establecen ciertos parmetros para la proteccin de las distintas estructuras, los cuales

no dan mucha flexibilidad a la hora del diseo, mientras que en la otra visin, la

europea (IEC), se pueden asignar niveles de riesgo y numero de fallas permisibles, para

de esta forma poder hacer un diseo algo ms flexible, la norma que se emplear para

realizar el estudio correspondiente ser la NFPA 780.

La otra parte, la referente a la referencia de tierra, en la actualidad con la

constante evolucin en el mbito de las telecomunicaciones, han aparecido equipos

electrnicos cada vez ms sensibles a variaciones de cualquier tipo, por lo que es

necesario para su correcto funcionamiento una adecuada configuracin del sistema

elctrico y del SPT; existen diversos estndares que regulan la forma de disear y

construir un SPT con este propsito, entre ellos podemos encontrar la ANSI, TIA, EIA

607 y la IEEE Std 1100-1999, entre otras. En este trabajo slo se abordaran los dos

primeros puntos (retorno de corrientes de falla y descargas atmosfricas), ms no la

parte de referencia a tierra.

3.1.2.- Objetivos de los sistemas de puesta a tierra

Los SPT, o la conexin intencional de un conductor de neutro a tierra, se hacen

con el propsito de controlar el voltaje a tierra, dentro de los lmites previsibles. El SPT

debe tener la capacidad de manejar el flujo de corriente (magnitud y duracin) impuesto

sobre l, debido a la ocurrencia de un evento extraordinario durante la operacin

normal del sistema de potencia. Esto ocurre principalmente como resultado de la falla

del aislamiento entre un conductor energizado y la estructura metlica que lo soporta o

contiene. Sin embargo, tambin puede resultar de inyeccin de corriente externa, como

una descarga atmosfrica o una falla en un conductor de alta tensin.

Los objetivos bsicos de poner a tierra los sistemas de elctricos, pueden ser

resumidos de la siguiente forma:

Reducir el riesgo del personal de sufrir un shock elctrico; las lesiones por choque elctrico resultan por contacto con conductores vivos, o con componentes metlicas

que estn no intencionalmente energizadas.

Proveer un camino de retorno de baja impedancia para la corriente de falla a tierra necesaria para la operacin oportuna del sistema de proteccin contra

sobrecorrientes.

3.2.- SEGURIDAD EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS

3.2.1.- Condiciones de peligro

Durante una falla a tierra, el flujo de corriente hacia tierra produce un gradiente

de tensin dentro y alrededor de las subestaciones. A menos que se tomen las

precauciones en el diseo, el mximo gradiente de tensin a lo largo de la superficie de

tierra puede ser de la suficiente magnitud durante la falla a tierra como para ocasionar

un accidente a una persona que se encuentre en el rea. Las circunstancias que hacen

posible un accidente por shock elctrico son:

Corriente de falla a tierra de una elevada magnitud y duracin (ver seccin 3.2.2) en relacin con el SPT y su resistencia a tierra.

Resistividad del terreno, tal que se puedan originar altos gradientes de potencial en distintos puntos de la superficie de tierra.

3.2.2.- Rango de corrientes tolerables por el cuerpo humano

3.2.2.1.- Rango de frecuencia: Los humanos son muy vulnerables a los efectos de la

corriente elctrica a frecuencias de 50Hz y 60Hz, corrientes de aproximadamente 0,1A

pueden ser letales. El cuerpo humano puede tolerar corrientes de 25Hz ligeramente ms

altas, y DC cinco veces ms altas. A frecuencias entre 3000Hz y 10000Hz incluso se

pueden tolerar corrientes mucho mayores [3].

3.2.2.2.- Efectos de la magnitud y duracin: Los efectos fisiolgicos ms comunes de

corrientes elctricas sobre el cuerpo, fijadas de acuerdo al incremento de la magnitud de

la corriente, son percepcin, contraccin muscular, inconciencia, fibrilacin del corazn,

obstruccin de la respiracin y quemadura.

El valor de corrientes de 1mA es reconocido como el umbral de percepcin, que

es la magnitud de corriente a la cual una persona es capaz de detectar un ligero

hormigueo en sus manos o punta de los dedos, provocado por el paso de corriente [3].

Corrientes entre 1mA y 6mA, son desagradables de soportar, generalmente no

afectan la habilidad de la persona que est sostenida del objeto energizado de controlar

sus msculos y despegarse de l [3].

En el rango desde 9mA hasta 25mA, las corrientes pueden ser dolorosas, y

pueden hacer difcil o imposible despegarse del objeto energizado agarrado por la

mano. Para corrientes an mayores, contracciones musculares podran dificultar la

respiracin [3].

Para corrientes en el rango de 60mA a 100mA se puede ocasionar fibrilacin

ventricular, paro cardiaco o inhibicin de la respiracin, esto puede causar lesiones o

incluso la muerte [3].

El tiempo para el cual corrientes de 50Hz y 60Hz pueden ser toleradas por la

mayora de las personas esta relacionado con la magnitud. Basado en estudios

realizados por Dalziel, se asume que el 99,5% de las personas pueden soportar de forma

segura, sin fibrilacin ventricular, el paso de una corriente de magnitud y duracin

determinada por la siguiente formula:

tsSbIb /= (1) Donde Ib es la corriente rms a travs del cuerpo, Sb es una constante emprica

relacionada con la energa de shock elctrico tolerada por cierto porcentaje de la

poblacin, y ts es el tiempo de exposicin en segundos. La constante Sb para personas

con un peso de 50kg es Sb=0,0135, y para personas con un peso 70kg la constante es

Sb=0,0246 [3].

3.2.3.- Criterio de diferencia de potencial permisible

3.2.3.1.- Resistencia del cuerpo humano: Para corrientes DC o para AC a frecuencia de

operacin, el cuerpo humano puede considerarse como una resistencia no inductiva. La

resistencia del tejido interno del cuerpo humano sin incluir la piel es de unos 300,

mientras que incluyendo la piel, la resistencia esta en un rango de 500 a 3000 [3].

Para tensiones y corrientes muy altas, la resistencia del cuerpo disminuye, debido a los

daos sufridos en el punto de contacto. Para clculos y formulas posteriores se tomara

un valor de la resistencia del cuerpo (Rb):

=1000Rb Tambin es importante mencionar el valor de la resistencia del terreno debajo de

los pies de una persona que se encuentra sobre cierta superficie, ya sea que sus piernas

representen dos resistencias en serie (R2fs) o en paralelo (R2fp).

*62 =fsR (2) *5,12 =fpR (3) Donde R2fs y R2fp, indican el valor de la resistencia de dos piernas en serie, y dos

piernas en paralelo respectivamente. Como se observa, el valor de esta resistencia

depende del valor de la resistividad del terreno (). En las siguientes figuras se pueden

observar los esquemas de una persona con las piernas formando resistencias en serie

(Figura 3.2.3.1.1) y otra con las piernas formando resistencias en paralelo (Figura

3.2.3.1.2). Donde U representa la tensin aplicada, Ib es la corriente a travs del cuerpo,

Rb es la resistencia del cuerpo y Rf es la resistencia de cada pierna.

Figura 3.2.3.1.1 Persona con las piernas formando resistencias en serie [3]

Figura 3.2.3.1.2 Persona con las piernas formando resistencias en paralelo [3]

3.2.3.2.- Criterio de toque y paso: La seguridad de una persona depende de la cantidad

crtica de energa absorbida por el cuerpo, antes de que la falla sea despejada y el

sistema sea des-energizado. Se define voltaje o tensin de toque, a la diferencia de

potencial entre el nivel de tensin de tierra y una superficie potencial en un punto

donde una persona est parada, mientras al mismo tiempo tiene su mano en contacto

con una estructura puesta a tierra [3]. Mientras que la tensin de paso, es la diferencia

de potencial en una superficie, experimentada por una persona que esta puenteando

una distancia de 1m con sus pies, sin contactar con otra estructura puesta a tierra [3]. En

la figura 3.2.3.2.1 se pueden observar a dos individuos, uno sometido tensin de paso, y

el otro a tensin de paso. Los mximos voltajes de cualquier circuito accidental no deben

sobrepasar los lmites abajo establecidos. Para tensiones de toque (Et) y Paso (Es):

( ) IbfpRRbEt *2max += (4) ( ) IbfsRRbEs *2max += (5) Donde Etmax y Esmax son las tensiones de toque y paso mximas permitidas, Rb

es resistencia del cuerpo Humano, R2fs y R2fp indican el valor de la resistencia de dos

piernas en serie, y dos piernas en paralelo respectivamente, y el valor Ib es la corriente

rms a travs del cuerpo. Las tensiones de toque y paso deben ser menores a estos valores

mximos de toque (Etmax) y paso (Esmax).

Figura 3.2.3.2.1 Tensiones de Toque y Paso [3]

3.3.- RESISTENCIA A TIERRA

3.3.1.- Generalidades

La resistencia a tierra de un electrodo esta compuesta de: resistencia del

electrodo mismo (metal), resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo y la

resistencia del suelo. Las primeras dos resistencias son o pueden hacerse pequeas con

respecto a la tercera, y se puede despreciar para propsitos prcticos.

3.3.2.- Valores aceptados recomendados

Los sistemas de puesta a tierra no pueden operar satisfactoriamente, si la

conexin a tierra no es la adecuada para ese sistema en particular. La conexin a tierra o

el sistema de electrodos, necesita tener una resistencia lo suficientemente baja para

permitir la pronta operacin de los dispositivos de proteccin del circuito ante una

eventual falla a tierra, para proveer la seguridad requerida ante la posibilidad de shock

elctrico para el personal que pueda estar en la vecindad de carcasas de equipos,

conductores, o los mimos electrodos, y para limitar las sobretensiones transitorias.

El desarrollo de electrodos de tierra de baja resistencia es de importancia

primordial para satisfacer estas metas. Lgicamente, mientras ms baja sea la resistencia

del SPT, mejor se cumplirn estos requerimientos. Sistemas de puesta a tierra con

resistencias de menos de 1 pueden ser conseguidas con el uso de elctrodos

individuales conectados juntos, tales tipos de resistencias, slo son requeridas para

grandes subestaciones, lneas de transmisin, o Centrales de generacin. Resistencias en

el rango de 1 5 son adecuadas para Subestaciones de plantas industriales y

edificios, y grandes instalaciones comerciales [4].

3.3.3.- Resistividad del suelo

La resistividad de los suelos vara con la profundidad, el tipo y concentracin de

qumicos en el suelo, la humedad contenida y la temperatura del suelo. En la tabla I se

dan valores representativos de la resistividad para distintos tipos de suelo.

Tabla I - Resistividad de suelos [4]

Descripcion del sueloResistividad Promedio

(Omh*cm)Grava bien nivelada, mezcla arena-grava, poco o nada finas. 60.000 - 100.000

Grava mal nivelada, mezcla arena-grava, poco o nada finas.

100.000 - 250.000

Grava o roca arcillosa, grava mal nivelada, mezcla grava-arcilla. 20.000 - 40.000

Arenas cienagosas, mezcla arena-cieno mal nivelada. 10.000 - 50.000

Arena arcillosa, mezcla arena-arcilla mal nivelada.

5.000 - 20.000

Arenas finas cienagosas o arcillosas con poca plasticidad. 3.000 - 8.000

Arcillas inorganiccas de alta plasticidad. 1.000 - 5.500

Suelos cienagosos o arenosos finos, cieno elastico. 8.000 - 30.000

Arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas cienagosas, arcillas magras.

2.500 - 6.000

3.3.4.- Electrodos de tierra

3.3.4.1.- Generalidades: Bsicamente, todos los electrodos de tierra pueden ser divididos

en dos grupos. El primer grupo, tambin llamados electrodos auxiliares, comprende

sistemas de tuberas metlicas bajo tierra, bases metlicas de la estructura de edificios,

cimientos de acero, y otras estructuras metlicas enterradas instaladas para propsitos

distintos a la puesta a tierra. El segundo grupo, denominados tambin electrodos

primarios comprende electrodos especficamente diseados para propsitos de puesta

tierra.

Los Electrodos hechos con fines de puesta a tierra pueden ser subdivididos en

varillas, barras de acero reforzado bajo concreto, tiras o cables enterrados, mallas, platos

enterrados. El tipo de electrodo seleccionado depender del tipo de suelo y de la

profundidad disponible. Las mallas son frecuentemente usadas en subestaciones y

centrales de generacin, para proveer reas equipotenciales a travs de toda la central en

lugares donde el riesgo a la vida y a la propiedad justifique su alto costo. Los platos

enterrados no son usados muy extensamente, por su alto costo en comparacin con las

varillas o tiras, y por su poca eficiencia cuando son usados en pequeos nmeros.

3.3.4.2.- Electrodos naturales: La estructura de metal de un edificio es normalmente

sujetada por largo pernos o varillas a sus fundaciones de concreto. Estos anclajes sirven

como electrodos, mientras que la estructura de metal del edificio acta como conductor

de tierra. Para pequeos sistemas de distribucin, donde las corrientes a tierra son

relativamente de baja magnitud, se prefiere usar este tipo de electrodos, por razones

econmicas [4].

3.3.4.3.- Tamao de las varillas: Las varillas de tierra son generalmente fabricadas en

dimetros de 9,53mm, 12,7mm, 15,88mm, 19,05mm, y 25,4mm (3/8in, 1/2in, 5/8in,

3/4in y 1in) y de longitudes entre 1,5mm 12,2mm (5ft 40ft) [4], estas medidas vienen

dadas por estndares americanos, por lo tanto, en Venezuela esto puede diferir un poco.

El efecto del dimetro de la varilla sobre la resistencia de la conexin a tierra es

pequeo, la rigidez mecnica requerida para enterrarla en el terreno es principalmente

lo que determina el dimetro de la varilla. Para condiciones de suelos ordinarios, las

varillas de longitud de 3m han sido establecidas como una longitud mnima estndar.

3.4.- PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS

3.4.1.- Generalidades

La funcin de la puesta tierra de equipos varios consiste simplemente en proveer

una conexin entre las partes metlicas no elctricas de los distintos aparatos que estn

conectados al sistema elctrico y el SPT. En muchos casos, donde los caminos elctricos

de metal o la armadura de los cables sirven como conductor de tierra del circuito, la

conexin de la carcasa de los equipos consiste simplemente en una buena conexin

mecnica entre el camino o armadura de metal y la caja o lados o techos de metal del

aparato.

Es apropiada la conexin a partes adyacentes de la estructura de metal del

edificio en el caso de equipos fijos, como transformadores, generadores, etc. Las partes

metlicas descubiertas de equipos fijos, no destinadas a transportar corriente y que tengan

probabilidades de entrar en contacto con partes activas bajo tensin en condiciones

anormales, sern puestas a tierra cuando exista cualquiera de las siguientes condiciones

[1]:

Cuando estn dentro de una distancia de 2,40m verticalmente o de 1,50m horizontalmente de la tierra o de objetos metlicos puestos a tierra y expuestos a

contacto de personas.

Cuando estn instalados en lugares mojados o hmedos y no estn aislados.

Cuando estn en contacto elctrico con metales.

Cuando los equipos estn alimentados por cables con cubiertas o armaduras metlicas, o canalizaciones metlicas u otros mtodos de cableado que proveen puesta

a tierra de equipos.

Cuando el equipo funciona con cualquiera de sus terminales a ms de 150 V a tierra.

3.4.2.- Puesta a tierra en subestaciones

Para cada uno de los circuitos primarios que entra a una subestacin, debe existir

un conductor de tierra. Todos los conductores de tierra de los circuitos secundarios

deben tener un punto de unin en comn cerca del transformador. A este punto comn

son conectados los conductores puestos a tierra, la carcasa del transformador, y

cualquier parte de metal de la estructura o sistema de tuberas si est disponible [4].

El SPT de una subestacin debe estar formado por una malla de conductores

enterrados horizontalmente, complementado por un nmero de varillas de tierra

verticales conectadas a la malla.

La puesta a tierra en subestaciones est directamente vinculada a la capacidad de

la misma, y a los niveles de tensiones de toque y paso que se puedan generar en la

misma. Si la magnitud de las corrientes disipadas a tierra es alta, raramente es posible

instalar una malla con resistencia tan baja como para asegurar que las subidas en el

potencial de tierra no generen gradientes en la superficie inseguros para el contacto

humano, por lo que es indispensable tambin enterrar algunas varillas. Por ello en

subestaciones el arreglo combinado de malla y varillas de tierra es la opcin ms

recomendada. En algunos casos pueden hacerse excepciones, y slo enterrar una varilla

de tierra en la subestacin, cuando la corriente que puede circular por tierra es mucho

menor a la que circula por el conductor de retorno de las corrientes de falla, y si las

tensiones de toque y paso generadas en dicha subestacin, no superan las mximas

permitidas.

Otro aspecto importante es colocar a tierra los elementos no energizados que

pudiesen estar cerca de equipos energizados, esto con la finalidad de evitar que se

produzcan tensiones de toque.

3.4.3.- Mallas de tierra

Para el diseo de mallas de tierra existen varios aspectos a considerar, los

siguientes puntos pueden servir como gua para a la hora de elaborar un sistema de

malla de tierra [3]:

Un conductor de lazo continuo debe circundar el permetro para encerrar tanta rea como sea posible o prctico. Esto ayuda a evitar concentracin de altas

corrientes, y por lo tanto altos gradientes en el rea de la malla. Encerrar reas ms

grandes reduce la resistencia de la malla de tierra.

Dentro del lazo, se deben tender conductores en lneas paralelas y, donde sea prctico, a lo largo de las estructuras o filas de equipos para proveer caminos cortos a

tierra.

Un sistema tpico de malla para subestaciones puede incluir conductores de cobre calibre 4/0 enterrados de 0,5m a 1,3m, espaciados entre 3m y 7m en forma de malla

(cuadrcula). En los cruces, los conductores deben ser interconectados. Varillas de

tierra pueden estar en las esquinas de la malla y en cada punto de juntura secundario

a lo largo del permetro. Varillas de tierra deben ser instaladas tambin en los

equipos mayores.

Conductores de tierra, deben ser usados donde puedan ocurrir altas concentraciones de corriente, como en conexiones neutro-tierra de generadores,

banco de capacitores, o transformadores.

La relacin entre los lados de la malla usualmente va desde 1:1 hasta 1:3. Normalmente, las interconexiones en los cruces tienen un efecto relativamente

pequeo en bajar la resistencia de la malla, su principal funcin es asegurar un

adecuado control en el potencial de la superficie. Estas interconexiones tambin se

usan para proporcionar mltiples pasos para la corriente de falla, minimizando las

cadas de voltaje en la misma malla y proveyendo de cierta medida de redundancia

en el caso de falla de algn conductor.

Figura 3.4.3.1.- Malla de tierra

3.4.4.- Materiales de construccin

3.4.4.1.- Materiales empleados: Cada elemento de un SPT, incluyendo los conductores de

las mallas, juntas y todos los electrodos primarios, debe ser diseado para cumplir con

las expectativas de vida, por lo tanto, deben: tener suficiente conductividad para no

contribuir significativamente a las diferencias de voltaje local; resistir a la fusin y al

deterioro mecnico bajo las condiciones ms adversas de magnitud y duracin de

corrientes de falla que se puedan presentar; ser mecnicamente confiable y resistente a

altas temperaturas, especialmente en lugares expuestos a corrosin o abuso fsico.

El cobre es el material ms usado para la puesta a tierra. Los conductores de

cobre, adems de su alta conductividad tienen la ventaja de ser resistente a la corrosin

bajo el suelo. El acero recubierto de cobre tambin es usado para varillas de tierra y en

algunos casos para mallas de tierra el aluminio. En la tabla II se muestran las

caractersticas de los conductores desnudos de cobre.

Tabla II - Caractersticas de conductores desnudos de cobre [2]

12 7 2,32 3,3020 5,350010 7 2,95 5,2590 3,40908 7 3,71 8,3720 2,14406 7 4,67 13,2770 1,34804 7 5,89 21,1484 0,84812 7 7,42 33,6500 0,53311 19 8,43 42,5700 0,4230

1/0 19 9,45 53,4180 0,33542/0 19 10,60 67,4480 0,26603/0 19 11,90 85,0970 0,21104/0 19 13,40 107,1800 0,1673250 37 14,60 126,6930 0,1416300 37 16,00 151,8610 0,1180350 37 17,30 177,1470 0,0910500 37 20,70 252,7210 0,0710750 61 25,40 380,7250 0,0462

1000 61 29,30 506,3540 0,0354

Resistencia (Ohm/km)

Calibre del conductor AWG/MCM

Nmero de Hilos

Diametro de conductor (mm)

Seccin del conductor (mm2)

3.4.4.2.- Calibre de los conductores: el calibre mnimo de los conductores a emplear para

la puesta a tierra de los equipos y para la conexin con los electrodos de tierra, vienen

establecidos en la tabla III [1], es importante destacar que estas especificaciones son para

tensiones menores a 1000V.

Tabla III Calibre del conductor de puesta a tierra [1]

2 o < 1/0 o < 8 61 o 1/0 2/0 o 3/0 6 42/0 o 3/0 4/0 o 250MCM 4 2de 3/0 a 350MCM de 250MCM a 500MCM 2 1/0de 350MCM a 600MCM de 500MCM a 900MCM 1/0 3/0de 600MCM a 1100MCM de 900MCM a 1750MCM 2/0 4/0> de 1100MCM > de 1750MCM 3/0 250MCM

Calibre del mayor conductor de entrada a la acometida o calibre equivalente de conductores

paralelos

Calibre del conductor al electrodo de

puesta a tierra

CobreAluminio o Aluminio

recubierto de cobreCobre

Aluminio o Aluminio recubierto

de cobre

CAPTULO 4: PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS

4.1.- ASPECTOS BSICOS DE LOS SPDA

4.1.1- Generalidades

Un sistema de proteccin contra descargas atmosfricas (SPDA) consiste en todos

aquellos dispositivos que ayudan a minimizar los efectos producidos por la incidencia

de una descarga atmosfrica en determinada estructura. Puede ser dividido en sistema

externo de proteccin y sistema interno de proteccin. En el presente trabajo se abarcar

lo referente al sistema externo, por lo que a continuacin cuando se haga referencia a los

sistemas de proteccin contra descargas atmosfricas, se estar hablando

especficamente del sistema externo de proteccin.

Ahora bien, los SPDA estn compuestos principalmente por las siguientes tres

partes bsicas: un sistema de dispositivos terminales de atraccin (DTA) sobre los

techos, o sobre cualquier otro lugar de la estructura, preferiblemente las partes ms altas

de la misma; un sistema de terminales de tierra, ubicados adecuadamente; y un sistema

de conductores que conectan los DTA y los terminales de tierra. Si estn adecuadamente

ubicados e instalados, estos componentes bsicos elevan la posibilidad de que la

descarga atmosfrica sea conducida inofensivamente entre los DTA y los terminales de

tierra.

4.1.2.- Objetivos de los SPDA

El objetivo principal en la proteccin de personas y propiedades contra descargas

atmosfrica es proveer un medio por el cual la descarga atmosfrica pueda llegar o

abandonar la estructura a tierra sin ocasionar daos ni prdidas.

Para ello, el sistema debe ser diseado para proveer un camino de baja

impedancia para que la corriente de la descarga lo siga, en preferencia a un camino de

alta impedancia provisto por los materiales de construccin del edifico, como madera,

piedra, concreto, etc.

4.2.- GUIA DE EVALUACION DE RIESGOS

4.2.1.- Generalidades

El clculo del ndice de riego de una estructura es muy importante a la hora de

tomar una decisin al respecto del SPDA, puesto que de esta forma se determina la

importancia de la aplicacin del mismo, dependiendo de los resultados de este estudio

se puede determinar cules parmetros (distancia de los DTA, altura de los DTA,

nmero de conductores bajantes, entre otros) se pueden variar a la hora de la

construccin del SPDA. A la hora de instalar una SPDA tambin deben tomarse en

cuenta no slo los factores tcnicos, sino tambin factores personales y econmicos los

cuales pueden ser determinantes.

4.2.2- Clculo del ndice de riesgo

Los valores del ndice de riego R, estn dados en la tabla IV. Este ndice es

obtenido dividiendo los valores obtenidos en las tablas desde la V hasta la IX, entre el

valor del ndice de frecuencia de descargas atmosfricas que indique la tabla X, esta

ltima tabla debe apoyarse en un mapa isocerunico de la zona. Segn el ndice de

riesgo R podemos variar la distancia a la cual se colocan los terminales de atraccin,

mientras mayor sea el ndice de riesgo, ms cercanas unas de otras debern ser

ubicadas, mientras que si hablamos de ndices de riesgo ligeros estn puedes ser

espaciadas un poco ms, pero siempre respetando los mximos establecidos (ver seccin

4.3.2). Ahora bien, el ndice de riesgo puede calcularse de la siguiente forma [5]:

F

EDCBAR ++++= (6)

Donde los valores de A, B, C, D, E, F, son los obtenidos de las respectivas tablas.

Tabla IV - Factor de Riesgo (R)

Valor de R0 - 22. - 33. - 44. - 7

Mas de 7

ModeradoModerado a SeveroSevero

Tipo de RiesgoLigeroLigero Moderado

Tabla V - ndice A: Tipo de Estructura

Indice12

3545877888999

101010

Lugares de reunion pblica como escuelas, iglesias, teatros, estadiosEstructuras delgadas como chimeneas, campanarios de iglesias, torres de control, faros, etcHospitales, casas de reposo, ancianatos, centros de discapacitadosEdificios para la manufactura, manejo o almacenaje de materiales peligrosos

Torres de agua y torres de enfriamientoLibrerias, museos, estructuras histricasEdificios de granjaCampos de golf y otros campos recreacionales

Edificio residencial, de oficinas o fbrica, de ms de 46 m de altoEdificio de servicios municipales, bomberos, policia, agua, cloacas, etcHangaresCentrales generadoras de energa, centrales telefnicas

Cubriendo menos de 2323 m2 de rea de piso Cubriendo ms de 2323 m2 de rea de pisoEdificio residencial, de oficinas o fbrica, de entre 15 m y 23 m de altoEdificio residencial, de oficinas o fbrica, de entre 23 m y 46 m de alto

EstructuraResidencia unifamiliar de menos de 465 m2Residencia unifamiliar de ms de 465 m2Edificio residencial, de oficinas o fbrica, de menos de 15 m de alto:

Tabla VI - ndice B: Tipo de Construccin

Indice5341534253414331

Acero Estructural

MaderaCompuestoMetal - no continuoMetal - electricamente contiuo

Concreto Reforzado

MaderaCompuestoMetal - no continuoMetal - electricamente contiuo

Madera

MaderaCompuestoMetal - no continuoMetal - electricamente contiuo

Armazn de la Estructura Tipo de Techo

No metlico (Otra diferente a la madera)

MaderaCompuestoMetal - no continuoMetal - electricamente contiuo

Tabla VII - ndice C: Ubicacin Relativa

Indice

12

45710

UbicacinEstructuras en reas de altas estructuras: Estructuras Pequeas - Cubriendo un rea de piso de menos de 929 m2 Estructuras Grandes - Cubriendo un rea de piso de ms de 929 m2

Estructuras que se extienden ms de 15,2 m por encima de la estructura adjacente o el terreno

Estructuras en reas de estructuras bajas: Estructuras Pequeas - Cubriendo un rea de piso de menos de 929 m2 Estructuras Grandes - Cubriendo un rea de piso de ms de 929 m2Estructuras que se extienden hasta 15,2 m por encima de la estructura adjacente o el terreno

Tabla VIII - ndice D: Topografa

Indice1245Sobre cumbres se montaas

UbicacinSobre terrenos planosSobre laderas Sobre cimas de colinas

Tabla IX - ndice E: Ocupacin y Contenido

Indice1223456788891010

Equipos de operacin crticaContenido histricoExplosivos e ingredientes explosivos

Materiales o equipos de gran valorServicios escenciales - policia, bomberos, etcPersonas fijas o pernoctandoLiquidos o gases inflamables - gasolina, hidrogeno, etc

GanadoPequea reunin de personas - menos de 50Materiales combustiblesGran reunin de personas - ms de 50

Ocupacin y ContenidoMateriales no combstibles - no ocupadoMuebles y accesorios residencialesMuebles o equipos ordinarios

Tabla X - ndice F: Frecuencia de Descargas Atmosfricas

Indice987654321

61 - 70Sobre 70

21 - 3031 - 4041 - 5051 - 60

Nivel Isocerunico0 - 5

6. - 1011. - 20

4.3.- COMPONENTES DE UN SPDA

4.3.1.- Materiales empleados

Los sistemas de proteccin tienen que ser hechos de materiales que sean

resistentes a la corrosin o aceptablemente protegidos contra la corrosin. Los

materiales que se pueden utilizar son: Cobre, Aleaciones de Cobre y Aluminio. Deben

tomarse las precauciones necesarias para proteger a los componentes de un SPDA de

cualquier posible deterioro. Se debe tener en cuenta que los materiales de cobre usados

en un SPDA, no deben ser instalados sobre techos de aluminio, lados o cualquier otra

superficie de aluminio. De igual manera, materiales de aluminio que forman parte de un

SPDA, no deben ser instalados sobre superficies de cobre.

Los edificios que no excedan los 23m, deben ser protegidas por materiales clase I,

tal como se muestra en la tabla XI; los edificios que excedan los 23m, deben ser

protegidas por materiales clase II, tal como se muestra en la tabla XII [5].

Tabla XI - Mnimos Requerimientos para Materiales Clase I [5]

Tipo de Conductor Standard Metrico Standard Metrico

Terminal Areo Solido Diametro 3/8 in 9,5 mm 1/2 in 12,7 mm

Terminal Arero Tubular Diametro 5/8 in 15,9 mm 5/8 in 15,9 mmWall Thickness 0,033 in 0,8 mm 0,064 in 1,6 mm

Conductor Bajante, Cable Calibre por hilo 17 AWG 14 AWGPeso por longitud 187 lb/1000 ft 278 g/m 95 lb/1000 ft 141 g/mSeccion Transversal 57.400 CM 29 mm2 98.600 CM 50 mm2

Conductor Bajante, Thickness 0,051 in 1,30 mm 0,064 in 1.63 mmSolido desnudo Width 1 in 25,4 mm 1 in 25,4 mm

Conductor Bonding, Cable Calibre por hilo 17 AWG 14 AWG(Solido o Trenzado) Seccion Transversal 26.240 CM 41.100 CM

Conductor Bajante, Thickness 0,051 in 1,30 mm 0,064 in 1.63 mmSolido desnudo Width 1/2 in 12,7 mm 1/2 in 12,7 mm

Cobre Aluminio

Tabla XII - Mnimos Requerimientos para Materiales Clase II [5]

Tipo de Conductor Standard Metrico Standard Metrico

Terminal Areo Solido Diametro 1/2 in 12,7 mm 5/8 in 15,9 mm

Conductor Bajante, Cable Calibre por hilo 15 AWG 13 AWGPeso por longitud 375 lb/1000 ft 558 g/ m 190 lb/1000 ft 283 g/mSeccion Transversal 115.000 CM 58 mm2 192.000 CM 97 mm2

Conductor Bonding, Cable Calibre por hilo 17 AWG 14 AWG(Solido o Trenzado) Seccion Transversal 26.240 CM 41.100 CM

Conductor Bajante, Thickness 0,051 in 1,30 mm 0,064 in 1,63 mmSolido desnudo Width 1/2 in 12,7 mm 1/2 in 12,7 mm

Cobre Aluminio

4.3.2.- Dispositivos terminales de atraccin

4.3.2.1.- Generalidades: Un dispositivo terminal de atraccin (DTA) es un componente

del sistema de proteccin contra descargas atmosfricas que se usa para interceptar

descargas atmosfricas y conectarlas para pasar a tierra. Dispositivos terminales de

atraccin incluyen terminales areos, mstiles de metal, partes permanentes de metal de

una estructura y conductores areos instalados en un sistema de proteccin contra

descargas atmosfricas.

Los DTA deben ser provistos para todas las partes de una estructura que estn en

riesgo de ser daadas por una descarga atmosfrica directa. Partes de metal de una

estructura que est expuesta a descargas atmosfricas directas y que el espesor del metal

sea de 4,8mm o mayor, slo requieren una conexin con alguno de los componente del

SPDA o SPT, esta conexin debe proveer como mnimo dos caminos a tierra. Las partes

de una estructura que estn dentro de una zona de proteccin, no requieren DTA.

Dentro de los DTA, se encuentran los terminales areos o puntas franklin, los

cuales son DTA que estn tpicamente formados por un tubo o varilla slida. La punta

de un terminal areo no debe tener menos de 254mm por encima del objeto o superficie

a proteger. Los terminales areos que excedan los 600mm deben ser soportados en un

punto no menor a la mitad de su altura [5].

La ubicacin e instalacin de los DTA depende del tipo de techo en el cual se

instalarn. Ahora bien, se definen como techos inclinados aquellos que tienen una

envergadura de 12m o menos, y una pendiente de 1/8 o ms; y techos que tengan una

envergadura de ms de 12m y una pendiente de 1/4 o ms. El resto de los techos se

consideran planos o de suave inclinacin [5].

Los DTA deben ser colocados a intervalos que no excedan los 6m, pero si estos

tienen una altura de ms de 600mm sobre el objeto o rea a proteger, pueden ser

colocados a intervalos que no excedan los 7,6m [5], dependiendo del ndice de riesgo.

4.3.2.2.- Techos inclinados: Los DTA deben ser colocados a 0,6m del borde en techos

inclinados, con un espaciamiento entre ellos de mximo 6m o 7,6m dependiendo de su

altura (ver figura 4.3.2.2.1) [5].

Figura 4.3.2.2.1 Terminales areos en techos inclinados [5]

4.3.2.3.- Techos planos o de suave inclinacin: En techos planos o de suave inclinacin

los DTA se deben ubicar en los bordes. Los techos que exceden los 15m de ancho o largo

deben tener DTA adicionales localizados a intervalos que no excedan los 15m, en las

reas planas o de suave inclinacin (ver figura 4.3.2.3.1) [5].

Figura 4.3.2.3.1 Terminales areos en techos planos [5]

4.3.2.4.- Techos abovedados o redondeados: Los DTA deben ser localizados de tal forma

que ninguna porcin de la estructura est localizada fuera de la zona de proteccin,

basados en una distancia de descarga de 45m [5].

4.3.3.- Terminales de tierra

Un terminal de tierra es una porcin de un sistema de proteccin contra

descargas atmosfricas, como una varilla de tierra, plato de tierra o conductor de tierra,

que esta instalado con el propsito de proveer contacto elctrico con la tierra. Cada

conductor de bajada debe terminar en un terminal de tierra.

Las varillas de tierra deben tener un dimetro no menor a 12,7mm (1/2in) y 2,4m

(8ft) de largo, deben ser revestidas de cobre, de cobre slido, acero galvanizado o acero

inoxidable y deben estar libres de pintura o de cualquier otra cubierta no conductora.

Los electrodos empotrados en concreto, solo deben ser usados en nuevas

construcciones. Estos deben estar localizados cerca de la parte ms baja de la fundacin

de concreto que est en contacto directo con la tierra y debe estar cubierta por lo menos

por 50,8mm de concreto.

4.3.4.- Conductores

4.3.4.1.- Generalidades: Los conductores en los SPDA son usados para llevar la corriente

de la descarga atmosfrica desde el dispositivo terminal de atraccin hasta el terminal

de tierra, tambin se usan para equipotencializar un cuerpo metlico puesto a tierra y el

SPDA y en general con el SPT.

4.3.4.2.- Conductores en techos: Los conductores en techo deben ser llevados a lo largo

de los bordes superiores de los techos, alrededor del permetro para techos planos,

detrs o encima de parapetos, y a travs de las reas planas o de suave inclinacin de los

techos, interconectando todos los DTA.

4.3.4.3.- Conductores bajantes: Los conductores de bajada deben estar tan separados

como sea posible. Su localizacin depende de: la ubicacin de los DTA, el curso ms

directo del conductor, las condiciones del terreno, seguridad contra desplazamiento,

localizacin de cuerpos metlicos grandes y la localizacin de sistemas subterrneos de

tuberas metlicas.

Se deben utilizar al menos dos conductores de bajada para cualquier tipo de

estructura. Estructuras que superen los 76m en permetro, deben tener un conductor de

bajada por cada 30m de permetro o fraccin del mismo.

4.4.- ASPECTOS BSICOS EN LA CONSTRUCCIN DE UN SPDA

4.4.1.- Equipontencialidad

El SPT de una estructura debe ser conectado al SPDA a una distancia mxima de

3,6m desde la base de la estructura. Para estructuras que exceden los 18m de alto, la

interconexin de los terminales de tierra del SPDA y otro medio puesto a tierra, debe ser

en la forma de conductor de lazo.

Tambin se deben interconectar los conductores bajantes del SPDA y cualquier

otro componente puesto a tierra en el nivel intermedio entre el techo y la base del

edificio, esto se hace para reducir significativamente las diferencias de potencial creadas

por las corrientes de una descarga atmosfrica.

4.4.2.- Estructuras con Armazn de Acero

Las estructuras de acero pueden ser utilizadas como conductor principal del

SPDA si son elctricamente continuas. Los DTA deben ser conectados a la estructura de

acero mediante una conexin directa, usando conductores individuales llevados a travs

del techo o por las paredes hasta la estructura de acero, o usando un conductor exterior

que interconecte todos los DTA y este sea conectado a la estructura de acero. Cuando se

use un conductor exterior, este debe conectarse a la estructura de acero, a intervalos no

mayores a 30m.

Los terminales de tierra deben ser conectados a cada una de las columnas del

permetro de la estructura a intervalos de no ms de 18 m. Las conexiones deben ser

hechas cerca de la base de la columna.

4.4.3.- Estructuras miscelneas y para fines especiales

Consideraremos como estructuras miscelneas y parafines especiales, estructuras

como por ejemplo mstiles, capiteles, astas, torres y tanques metlicos. Las estructuras

cuyas paredes posean un espesor menor a 4,8mm o tengan un dimetro inferior a este

requieren un DTA, conductor de bajada y terminal de tierra.

Por otra parte, torres y tanques metlicos que son construidas para recibir

descargas atmosfricas sin daarse, solo requieren conexin con los terminales de tierra.

Los materiales empleados en este tipo de estructura se eligen de acuerdo a las

consideraciones hechas anteriormente, segn las tablas XI y XII.

4.4.4.- Chimeneas y respiraderos

4.4.4.1.- Generalidades: Los DTA son requeridos para todas las chimeneas y

respiraderos que no estn localizados dentro de una zona de proteccin. Para la

proteccin de chimeneas podemos clasificar a estas dentro de dos grupos, las chimeneas

de tipo pesado, y las que no son de tipo pesado. Una chimenea o respiradero debe ser

clasificada como de tipo pesado, si la seccin transversal del conducto es mayor a 0,3m P2 P

y su altura es mayor a 23m [5].

4.4.4.2.- Chimeneas de tipo no pesado: Las chimeneas que no son de tipo pesado pueden

ser tratadas como estructuras miscelneas por lo que todas las consideraciones hechas a

ese respecto son vlidas. Chimeneas o respiraderos de metal, cuyas paredes tengan un

espesor de ms de 4,8mm slo necesitan una conexin al SPT. Esta conexin debe

hacerse con un conductor del mismo calibre que el conductor principal y debe proveer

por lo menos dos caminos a tierra como es requerido para los DTA.

4.4.4.3.- Chimeneas de tipo pesado: Los materiales utilizados para proteger este tipo de

estructuras deben ser de clase II, como se muestra en la tabla V. Materiales de cobre y

bronce utilizados en los 7,6m superiores de la chimenea deben tener una cubierta

continua de plomo, de un espesor mnimo de 1,6mm para resistir la corrosin de los

gases que fluyen (si fuese el caso). Los DTA deben estar hechos de cobre o acero

inoxidable. Ellos deben estar ubicados uniformemente alrededor del tope en chimeneas

cilndricas a intervalos que no exceden los 2,4m. En chimeneas cuadradas o

rectangulares, los DTA deben ser colocados a no ms de 600mm de las esquinas y estar

espaciadas no ms de 2,4m.

La altura de los terminales areos sobre las chimeneas no deben ser menores a

460mm, ni mayores a 760mm. Deben ser de por lo menos 15mm (5/8in) de dimetro sin

incluir la proteccin contra corrosin. Los terminales areos que son montados sobre la

parte superior no se deben extender ms de 460mm del tope de la chimenea.

No debe haber menos de dos conductores de bajada, estos deben ser

interconectados dentro de los primeros 3,6m desde la base por un lazo conductor.

Tambin deben estar conectados por lazos conductores a intervalos que no superen los

67m. Los conductores deben ser de cobre. Los sujetadores deben ser deben estar

firmemente anclados a la chimenea. Los conductores verticales deben ser asegurados a

intervalos que no excedan los 1,2 m y los conductores horizontales a intervalos no

mayores a 0,6 m.

Chimeneas tipo pesado de metal, en las que el espesor del metal sea de 4,8mm o

ms, no requieren terminales areos o conductores de bajada, ellos deben ser puestos a

tierra mediante al menos dos terminales de tierra colocados en lados opuestos de la

chimenea. Si la chimenea est adjunta a un edificio debe ser conectada al SPDA del

edificio.

CAPTULO 5: RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SPT Y EL SPDA

5.1.- SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

5.1.1.- Descripcin del sistema elctrico de media tensin

Cervecera Polar C.A. recibe la energa de la Electricidad de Caracas (EDC) desde

la subestacin Don Bosco ubicada en Los Ruces, en una tensin de 12,47kV mediante

tres circuitos, de los cuales dos de ellos son los que transportan normalmente la energa,

y el tercero ejerce la funcin de circuito de emergencia, por lo que puede suplir a

cualquiera de los otros dos en caso de alguna eventualidad.

Los circuitos provenientes de la EDC llegan a la sala de alimentacin (dentro de

las instalaciones de la planta), desde la cual salen dos conductores por fase, para cada

uno de los dos transformadores de 7,5MVA encargados de reducir la tensin de 12,47kV

a 4,8kV. Desde el lado de baja de los transformadores salen cuatro conductores por

fases, los cuales van hacia la sala de alta tensin, donde se conectan a una barra

colectora, la cual es denominada Barra EDC.

Por otro lado, Cervecera Polar C.A. tambin posee generacin interna, a travs

de un turbo generador a vapor de 3750kVA, y tres diesel, uno de 2500kW y los otros dos

de 1060kVA. Cabe destacar que los nicos que son utilizados son el turbo generador y el

diesel de 2500kW, debido a que los otros dos generadores diesel se encuentran fuera de

servicio. Los cables de la alimentacin suministrada por estos generadores tambin se

llevan hasta la sala de alta tensin, donde son conectados a otra barra colectora, tambin

en 4,8kV, denominada Barra Polar. Cada una de las barras colectoras (EDC y Polar) se

encuentran dividida en dos e interconectadas a travs de un interruptor de unin de

barras.

En la denominada sala de alta tensin se encuentran dos grupos de celdas

llamadas ALA y ALB, en cada una de de estas celdas se encuentra una parte de la Barra

EDC y una parte de la Barra Polar. Desde estas barras salen las alimentaciones para las

distintas subestaciones y motores que forman la red de 4,8kV de Cervecera Polar C.A.

Cada subestacin y motor en este nivel de tensin est conectado a ambas barras (EDC y

Polar) mediante interruptores, uno abierto y el otro cerrado, para que de esta forma

pueda fluir potencia desde cualquiera de las barras, segn se considere necesario.

En el nivel de 4,8kV se encuentran 11 motores que sirven a 6 compresores de

amoniaco (NH3) y 5 compresores de aire. Tambin se encuentran en este nivel de

tensin las subestaciones de los distintos servicios y reas de la planta, en total son 17

subestaciones, llamando as al conjunto: transformador, tablero de alta tensin, tablero

principal de baja tensin, y tablero de distribucin de baja tensin. Acerca de la

conexin de los transformadores, se tiene que los transformadores principales tienen

una conexin Y-Y, mientras que todos los transformadores de las subestaciones en el

nivel de 4,8kV estn conectados en -Y ( del lado de alta y Y del lado de baja).

En algunos casos varias subestaciones se encuentran dentro de una misma

habitacin, debido a esto, se pueden agrupar de la siguiente forma:

Subestacin condensadores evaporativos y subestacin calderas.

Subestacin sala de mquinas: subestacin sala de mquinas 1, subestacin sala de mquinas 2 y subestacin sala de mquinas 3.

Subestacin secadora de nepe.

Subestacin cocimiento: subestacin cocimiento 1 y subestacin cocimiento 2.

Subestacin edificio administrativo.

Subestacin envasado: subestacin alumbrado, subestacin sala de llena 1 y subestacin sala de llena 2.

Subestacin tratamiento de agua.

Subestacin California sur.

Subestacin planta piloto.

Subestacin principal: subestacin principal 1 y subestacin principal 2. Derivados de cada una de estas subestaciones se encuentran los servicios de baja

tensin, de las respectivas reas de la planta, los cuales opera a niveles de tensin de

230V, 460V y 480V.

Cabe tambin destacar que existe una parte de la planta denominada PTAR, la

cual recibe alimentacin directa de la EDC.

5.1.2.- Descripcin del SPT de media tensin

Para comenzar se har una descripcin general del SPT de la planta, para luego ir

entrando en el detalle de cada una de las subestaciones y motores que comprenden el

sistema elctrico de media tensin de Polar los Cortijos. Es importante mencionar que

todos los conductores usados con fines de puesta a tierra en la planta, son de calibre 4/0.

En general, el SPT del sistema de media tensin de la planta Polar los Cortijos

esta compuesto por diferentes sistemas de puesta a tierra totalmente aislados entre si.

Cada subestacin tiene una puesta a tierra particular, incluso, en ocasiones se da el caso

en el que las distintas subestaciones dentro de una misma sala o habitacin se

encuentran aisladas (respecto a la puesta a tierra) unas de otras.

Todos los transformadores de cada una de las subestaciones, excepto los

principales, se encuentran contenidos en celdas metlicas; en algunos casos puede

observase que el chasis del transformador se encuentra conectado a esta celda, pero en

otros casos esta conexin est ausente. Otra observacin es la conexin del neutro y el

chasis del transformador, en algunos casos se encuentran conectados entre si dentro de

la misma celda donde se conecta el transformador y en otros la conexin se realiza en los

tableros de baja tensin.

Respecto a las tomas y conductores de tierra, en el stano de la sala de alta

tensin, existen cuatro puntos de tierra (barras donde llegan varios conductores de

tierra), estos estn interconectados entre s por un conductor subterrneo formando una

toma de tierra, que est formada por entre 6 y 8 varillas de tierra distribuidas por toda la

habitacin (dato obtenido de la consulta con algunos tcnicos de la planta). En este

mismo stano puede observarse que cada grupo de celdas (ALA y ALB) tiene una barra

de tierra asociada, y cada una de estas barras est conectada a uno de los puntos de

tierra ubicados en el stano.

Desde uno de los puntos de tierra ubicado en el stano de alta tensin, se observa

un conductor de tierra que va hacia el tnel de alta tensin (tnel por el cual se lleva la

alimentacin para distan reas de la planta). Durante el recorrido del conductor de

tierra, se pueden observar las derivaciones de los conductores de tierra que vienen

desde los generadores de la planta. Este conductor termina en otra toma de tierra

ubicada debajo de la sala de mquinas, a esta toma tambin llegan los conductores de

tierra que vienen de las celdas de los arrancadores de los motores, cada arrancador tiene

su propia barra de tierra (excepto los arrancadores de los compresores de NH3 13 y 14,

que tienen una en comn). Aparte de estas dos tomas de tierra (sala de alta y sala de

mquinas) existen otras, las cuales sirven a algunas subestaciones en particular.

En resumen, dentro de la planta Cervecera Polar C.A. encontramos nueve tomas

de tierra las cuales se enumeran a continuacin: sala de alta tensin, sala de mquinas,

cocimiento, edificio administrativo, envasado, PTAB, California sur, planta piloto y

subestaciones principales.

En cuanto a la puesta a tierra de los motores, como se dijo anteriormente, a la

toma de tierra debajo de sala de mquinas llegan los conductores de tierra desde los

arrancadores de los motores, y desde las barras de tierra de los arrancadores salen unos

conductores de tierra hacia un conductor que se encuentra cerca del sitio donde estn

los motores, desde aqu se derivan los conductores de tierra de cada motor.

Ahora, respecto a cada subestacin en particular, a continuacin se dar una

breve descripcin del sistema de puesta a tierra de cada una de ellas:

Subestacin condensadores evaporativos y subestacin calderas: Ambas subestaciones se encuentran interconectadas a travs de un conductor que une sus

neutros, la conexin a tierra de esta subestacin se hace a travs de un conductor que

llega a la toma de tierra de la sala de alta. En las figuras 5.1.2.1 y 5.1.2.2 se puede

observar el esquema de conexin de ambas subestaciones.

Figura 5.1.2.1 Esquema de conexin de la subestacin cond. evaporativos

Figura 5.1.2.2 Esquema de conexin de la subestacin calderas

Subestacin sala de maquinas: Compuesta por las subestaciones sala de mquinas 1, 2 y 3. En general, cada una de estas subestaciones tiene su propia puesta

a tierra, y aunque estn dentro de una misma habitacin, ni el neutro ni la tierra de

cada una de ellas se encuentran conectados (no hay seguridad de que se encuentren

todas a una misma toma de tierra); en la subestacin sala de mquinas 3 existe

conexin entre el chasis del transformador y el chasis de la celda El esquema de

conexin de cada una de estas subestaciones se muestra en las figuras 5.1.2.3, 5.1.2.4

y 5.1.2.5.

Figura 5.1.2.3 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 1

Figura 5.1.2.4 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 2

Figura 5.1.2.5 Esquema de conexin de la subestacin sala de mquinas 3

Subestacin secadora de nepe: La puesta a tierra de esta subestacin se hace a travs de un conductor que viene junto con la alimentacin de la misma, desde la

sala de alta tensin, donde se conecta la toma de tierra de esta rea. La figura 5.1.2.6

muestra el esquema de conexiones de la subestacin.

Figura 5.1.2.6 Esquema de conexin de la subestacin secadora de nepe

Subestacin Cocimiento: Incluye las subestaciones cocimiento 1 y 2. Ambas subestaciones estn conectadas en forma similar, no hay conexin entre ellas dentro

de la subestacin, la puesta a tierra de la subestacin esta dada por dos conductores

que bajan por dos columnas de acero, hasta que se unen en una toma de tierra

ubicada dentro del rea de elaboracin. Los esquemas de conexin de ambas

subestaciones se muestran en las figuras 5.1.2.7 y 5.1.2.8.

Figura 5.1.2.7 Esquema de conexin de la subestacin cocimiento 1

Figura 5.1.2.8 Esquema de conexin de la subestacin cocimiento 2

Subestacin edificio administrativo: En esta subestacin la puesta a tierra viene dada por dos conductores de tierra, uno que parte desde el tablero de alta tensin de

la subestacin, donde esta conectado a la barra de tierra del tablero y otro que est

conectado al chasis y neutro del transformador dentro de la celda, estos dos

conductores bajan hasta una toma de tierra ubicada a un lado del edificio

administrativo; dentro de la celda se puede observar una conexin entre el chasis de

la misma y el del transformador. En la figura 5.1.2.9 se muestra el esquema de

conexin en esta subestacin.

Figura 5.1.2.9 Esquema de conexin de la subestacin edificio administrativo

Subestacin envasado: Donde se encuentran las subestaciones alumbrado, y sala de llena 1 y 2. Las tres subestaciones estn conectadas por un conductor que se

encuentra por debajo de la subestacin y a este se conectan los conductores de tierra

de cada uno de los transformadores; este conductor se conecta la toma de tierra del

rea de envasado. El esquema de conexin de las subestaciones se puede apreciar en

las figuras 5.1.2.10, 5.1.2.11 y 5.1.2.12.

Figura 5.1.2.10 Esquema de conexin de la subestacin alumbrado

Figura 5.1.2.11 Esquema de conexin de la subestacin sala de llena 1

Figura 5.1.2.12 Esquema de conexin de la subestacin sala de llena 2

Subestacin tratamiento de agua: En esta subestacin existe un conductor de tierra que va desde la barra del tablero de alta tensin de la misma, hasta una toma

de tierra ubicada a uno de los laterales del edificio PTAB. El esquema de conexin se

muestra en la figura 5.1.2.13.

Figura 5.1.2.13 Esquema de conexin de la subestacin tratamiento de agua

Subestacin california sur: La conexin a tierra en esta subestacin se hace a travs de un conductor que se conecta directamente del chasis a tierra. En la

figura 5.1.2.14 se muestra el esquema de conexin en esta subestacin.

Figura 5.1.2.14 Esquema de conexin de la subestacin california sur

Subestacin planta piloto: Esta subestacin tiene su propia toma de tierra ubicada en los alrededores del edificio. El esquema de conexin de esta subestacin se

muestra en la figura 5.1.2.15.

Figura 5.1.2.15 Esquema de conexin de la subestacin planta piloto

Subestacin principal: Se incluyen las subestaciones principal 1 y 2. Alrededor de las subestaciones se encuentra una capa de suelo de piedra picada; ambas estn

puestas a tierra localmente en distintos puntos y los neutros del lado de baja de

los dos transformadores estn puestos a tierra a travs de conductores que van

hacia la sala e alta tensin. En las figuras 5.1.2.16 y 5.1.2.17 se muestran los

esquemas de conexin de las dos subestaciones.

Figura 5.1.2.16 Esquema de conexin de la subestacin principal 1

Figura 5.1.2.17 Esquema de conexin de la subestacin principal 2

En la tabla XIII, se muestra un resumen de las caractersticas de cada una de las

subestaciones. Primero se dar una descripcin de los caracteres que aparecen en la

misma:

SI: si existe esta conexin.

NO: no existe esta conexin.

Barra en el tablero: estn conectados en una barra dentro del tablero.

En la celda: estn conectados dentro de la celda donde esta el transformador.

En el tablero: estn conectados dentro del tablero.

En la sala de alta tensin: estn conectadas dentro de la sala de alta tensin.

Alta: conexin hacia el tablero de alta tensin.

Baja: conexin hacia el tablero de baja tensin.

Tabla XIII - Conexiones de las subestaciones de media tensin

Alta: SIBaja: SIAlta: SIBaja: SIAlta: SIBaja: NOAlta: SIBaja: NOAlta: NOBaja: SIAlta: N/ABaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: NOBaja: SIAlta: N/ABaja: N/AAlta: N/ABaja: N/A

Conexin de

neutro y tierra

Conexin con chasis de

celda

Conexin

hacia tablerosCondensadores

evaporativos NO SISI. Barra en el tablero de baja. NO

Sub EstacinConexin a

Tierra Local

Conexin con

el SPT central

NO

Sala de mquinas 1 SI NO SI. En la celda. NO

Calderas NO SI NO.

NO

Sala de mquinas 3 SI NO SI. En la celda. SI

Sala de mquinas 2 SI SI SI. En la celda.

NO

Cocimiento 1 SI NO SI. Barra en el tablero de baja. NO

Seadora de nepe NO SI SI. En la celda.

NO

Edificio Administrativo SI NO

SI. En la celda. SI

Cocimiento 2 SI NO SI. Barra en el tablero de baja.

NO

Sala de llena 1 SI NO SI. En la celda. NO

Alumbrado SI NO SI. En el tablero de baja.

SI

Tratamiento de agua SI NO NO. NO

Sala de llena 2 SI NO SI. En la celda.

NO

Planta piloto SI NO SI. En la celda. NO

California sur SI NO NO.

N/A

Principal 2 SI SI SI. En la sala de alta tensin. N/A

Principal 1 SI SI SI. En la sala de alta tensin.

En la figura 5.1.2.18 se muestra el diagrama de conexin de neutro y tierra

existente en la planta, y en la figura 5.1.2.19 se seala la ubicacin de las tomas de tierra.

5.1.3.- Circulacin de la corriente ante una falla

Para analizar la implantacin de un sistema de mallas de tierra, primero se

realizar un pequeo estudio del porcentaje de la corriente circula por el conductor de

tierra y el porcentaje que circula por el terreno ante la ocurrencia de una falla a tierra en

el sistema. Para ello supondremos la peor condicin, que sera una falla en el

transformador de mayor capacidad de la planta, para este caso, un transformador de

2000kVA, suponiendo que este se ubica a la mayor distancia posible de la fuente

(transformadores principales de alimentacin de la planta), esto se hace para que la

resistencia del conductor sea la mxima posible:

LR *= (7) Donde R es la resistencia total del conductor, es la resistencia por unidad de

longitud del conductor, la cual viene dada en la tabla II y L es la longitud total del

conductor. Por su parte para determinar la resistividad del terreno, utilizaremos la tabla

I, debido a que la empresa no cuenta con los datos de la resistividad exacta del mismo.

Se supondr entonces que el transformador de mayor capacidad es llevado a la

subestacin ubicada a mayor distancia de la fuente. En la figura 5.1.3.1 se muestra un

esquema en el cual se refleja un transformador fallado unido a una fuente, la corriente

puede circular tanto por el conductor de tierra, como por la tierra propiamente dicha.

Figura 5.1.3.1 Transformador y fuente conectados a travs de un conductor y tierra

Para hacer el este estudio, se aplicar un divisor de corriente donde los valores de

las resistencias sern, la resistencia total del conductor y la resistencia del terreno. Ante

una falla, parte de la corriente vuelve a la fuente a travs del conductor de tierra y, la

otra parte vuelve a travs de la tierra propiamente dicha, esta divisin de la corriente se

puede observar en la figura 5.1.3.2.

Figura 5.1.3.2 Divisin de la corriente de falla

Por lo tanto, se tiene un divisor de corrientes de la siguiente forma:

RgroundRcond

RgroundIfIcond +=

(8)

Si se quieren obtener los porcentajes de lo que circula por cada elemento

(conductor o tierra), simplemente:

100*(%)If

IcondIcond = (9)

Cabe destacar, que este estudio tiene validez, slo si todas las subestaciones estn

conectadas al SPT, si alguna no est conectada, la corriente de falla solo podr circular

por la tierra propiamente dicha, puesto que no existe un conductor de tierra. Por lo

tanto, para las subestaciones que no posean actualmente conexin con el SPT, se

supondr que existe un conductor de tierra, que es llevado junto con la alimentacin de

la misma. En la Tabla XIV se da la longitud total de los conductores de tierra para cada

una de las subestaciones o conjunto de ellas.

Tabla XIV - Longitud de los conductores de puesta a tierra de la planta

S/E Cond. Evaporativos y Calderas 95mS/E Sala de Mquinas 1, 2 y 3 110mS/E Secadora de Nepe 40mS/E Cocimiento 1 y 2 230mS/E Edif. Administrativo 300mS/E Sala de llena 1 y 2 y Alumbrado 180mS/E Tratamiento de Agua 230mS/E California sur 250mS/E Planta piloto 150m

Sub EstacinLongitud del Conductor de

puesta a tierra (m)