PUESTAS A TIERRA

Desde un punto de vista practico.

Todas las puestas a tierra se construyen en la parte superior de la corteza terrestre. Es importante y útil conocer las características de la corteza terrestre .

E l suelo es un sistema heterogéneo, con una parte solida, otra liquida y otra gaseosa, donde las rocas ígneas o eruptivas ocupan el 95% de su espesor

total y el 5% restante corresponde a rocas sedimentarias.

Componentes de la corteza terrestre La parte superior de la corteza terrestre son rocas sedimentaria que forman un revestimiento sobre la corteza de rocas ígneas y metafóricas. El Oxigeno y el Silicio conforman el 75% de la corteza terrestre

Componentes de la corteza terrestre

PUESTAS A TIERRA

Todas las puestas a tierra se construyen en la parte superior de la corteza terrestre. Por eso es importante y útil conocer sus características

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno. Se define el término resistividad, como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de suelo o de terreno de un metro por lado y se expresa en Ohm-m. La resistividad del terreno varía ampliamente a lo largo y ancho de la corteza terrestre, estando determinada por: Sales solubles. Composición propia del terreno. Estratigrafía. Granulometría. Estado higrométrico. Temperatura y Compactación. La conductividad eléctrica es el movimiento de una carga eléctrica de un lugar a otro. El suelo normalmente es un mal conductor de electricidad y se comporta como un material semiconductor o como un aislante cuando esta totalmente seco. La conducción eléctrica en la mayoría de las rocas de la superficie terrestre es generalmente electrolítica, los iones por los cuales se conduce la corriente resultan de la disolución de sales por efecto del agua.

Valores típicos de resistividad de suelos

MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO. MÉTODO DE WENNER.

Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2, mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos.

Una puesta a tierra tiene que funcionar día tras día y por muchos años. Sin embargo una vez que enterramos los elementos comienza el proceso de corrosión por procesos químicos que tienen que ver con muchas variables. Un suelo de baja resistividad normalmente es muy corrosivo. Por ejemplo un suelo con una resistividad de 0-5 Ohmios-metro presenta una corrosividad severa. Un suelo con una resistividad mayor de 50 Ohmios-metro presenta una corrosividad baja. El proceso de corrosión no es un proceso simple, tienen que ver con muchos factores como: Ácidos / Alcalinos. Contenido de material orgánico. Presencia de bacterias. La acción galvánica La presencia de corrientes parásitas de electricidad y Humedad. La corrosión es un proceso normal. Dependiendo de muchos factores una puesta a tierra no va a lograr una vida confiable de más que 5 años en condiciones normales debido a la corrosión. El uso del cemento conductivo GL y una apropiada práctica de instalación pueden garantizar una vida útil de electrodos de 25 años o más.

Corrosión

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. SPT Toda instalación eléctrica tiene que disponer de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT), para evitar que personas en contacto con la misma, tanto en el interior como en el exterior, queden sometidas a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano cuando se presente una falla La exigencia de puestas a tierra para instalaciones eléctricas cubre el sistema eléctrico como tal y los apoyos o estructuras Los objetivos de un sistema de puesta a tierra (SPT) son: La seguridad de las personas, la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética. Las funciones de un sistema de puesta a tierra son: a. Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos. b. Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas. c. Servir de referencia común al sistema eléctrico. d. Conducir y disipar con suficiente capacidad las corrientes de falla, electrostática y de rayo. e. Transmitir señales de RF en onda media y larga. f. Realizar una conexión de baja resistencia con la tierra y con puntos de referencia de los equipos.

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Esta comprendido por la red equipotencial y la puestas a tierra

La red equipotencial es el conjunto de conductores que conectan varias partes del sistema eléctrico y las estructuras de una instalación a un mismo potencial. La puesta a tierra es el conjunto de elementos conductores que proveen un contacto eléctrico directo con el suelo. La red equipotencial y las puestas a tierra se integran para formar el sistema de puesta a tierra. El sistema de puesta a tierra forma parte del sistema de proteccion externa contra rayos. La corriente de falla en los sistemas de potencia es usada para dimensionar la puesta tierra, esta aproximación puede ser correcta para fenómenos con una frecuencia típica de 50 o 60 Hz, pero no es apropiada para fenómenos de alta frecuencia, como el que ocasionan las descargas atmosféricas. La resistencia de puesta a tierra para corriente de impulso como por ejemplo rayos, aumenta en comparación con su resistencia para condiciones estáticas.

REQUISITOS GENERALES DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.

El sistema de puesta a tierra debe cumplir los siguientes requisitos: *a. Los elementos metálicos que no forman parte de las instalaciones eléctricas, no podrán ser incluidos como parte de los conductores del sistema de puesta a tierra. Este requisito no excluye el hecho de que se deben conectar a tierra, en muchos casos. *b. Los elementos metálicos principales que actúan como refuerzo estructural de una edificación deben tener una conexión eléctrica permanente con el sistema de puesta a tierra general. *c. Las conexiones que van bajo el nivel del suelo (puesta a tierra), deben ser realizadas con soldadura exotérmica o conector certificado para enterramiento directo conforme a la norma IEEE 837 o la norma NTC 2206. *d. Para verificar que las características del electrodo de puesta a tierra y su unión con la red equipotencial cumplan con el reglamento, se deben dejar puntos de conexión accesibles e inspeccionables al momento de la medición. Cuando para este efecto se construyan cajas de inspección, sus dimensiones deben ser mínimo de 30 cm x 30 cm, o de 30 cm de diámetro si es circular y su tapa debe ser removible. *e. No se permite el uso de aluminio en los electrodos de las puestas a tierra. *f. En sistemas trifásicos de instalaciones de uso final con cargas no lineales, el conductor de neutro debe ser dimensionado con por lo menos el 173% de la capacidad de corriente de las cargas no lineales de diseño de las fases, para evitar sobrecargarlo. *g. Cuando por requerimientos de un edificio existan varias puestas a tierra, todas ellas deben estar interconectadas eléctricamente, según criterio adoptado de IEC-61000-5-2, tal como aparece en la siguiente figura

Para un mismo edificio, están expresamente prohibidos los sistemas de puesta a

tierra que aparecen en las siguientes Figuras. Según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2, el cual está establecido igualmente en la NTC 2050 y

en la IEC 60364.

Las anteriores figuras dejan claro que se deben interconectar todas las puestas a tierra de un edificio, es decir, aquellas partes del sistema de puesta a tierra que están bajo el nivel del terreno, diseñadas para cada aplicación particular, tales como: fallas a tierra de baja frecuencia, evacuación de electrostática, protección contra rayos o protección catódica. Esta interconexión puede hacerse por encima o por debajo del nivel del piso.

Diseño de sistemas de puesta a tierra para centrales de generación, líneas de

transmisión de alta y extra alta tensión o subestaciones

Procedimiento básico sugerido a. Investigar las características del suelo, especialmente la resistividad. b. Determinar la corriente máxima de falla a tierra, que debe ser entregada por el Operador de Red, en media y alta tensión para cada caso particular. c. Determinar el tiempo máximo de despeje de la falla para efectos de simulación. d. Investigar el tipo de carga. e. Calcular de forma preliminar la resistencia de puesta a tierra. f. Calcular de forma preliminar las tensiones de paso, contacto y transferidas en la instalación. g. Evaluar el valor de las tensiones de paso, contacto y transferidas calculadas con respecto a la so portabilidad del ser humano. h. Investigar las posibles tensiones transferidas al exterior, debidas a tuberías, mallas, conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización, además del estudio de las formas de mitigación. i. Ajustar y corregir el diseño inicial hasta que se cumpla los requerimientos de seguridad. j. Presentar un diseño definitivo. En instalaciones de uso final con subestación tipo poste, el diseño de la puesta a tierra puede simplificarse, pero deben tenerse en cuenta los parámetros de resistividad del terreno, corrientes de falla que se puedan presentar y los tipos de cargas a instalar. En todo caso se deben controlar las tensiones de paso y contacto.

VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Estructuras de líneas de transmisión o torrecillas metálicas de distribución con cable de guarda 20 Ω Subestaciones de alta y extra alta tensión. 1 Ω Subestaciones de media tensión. 10 Ω Protección contra rayos. 10 Ω Punto neutro de acometida en baja tensión. 25 Ω Redes para equipos electrónicos o sensibles. 10 Ω Cuando existan altos valores de resistividad del terreno, elevadas corrientes de falla a tierra o prolongados tiempos de despeje de las mismas, se deben tomar las siguientes medidas para no exponer a las personas a tensiones por encima de los umbrales de soportabilidad del ser humano: a. Hacer inaccesibles zonas donde se prevea la superación de los umbrales de soportabilidad para seres humanos y disponer de señalización en las zonas críticas. b. Instalar pisos o pavimentos de gran aislamiento. c. Aislar todos los dispositivos que puedan ser sujetados por una persona. d. Establecer conexiones equipotenciales en las zonas críticas. e. Aislar el conductor del electrodo de puesta a tierra a su entrada en el terreno. f. Disponer de señalización en las zonas críticas donde pueda actuar personal calificado, siempre que éste cuente con las instrucciones sobre el tipo de riesgo y esté dotado de los elementos de protección personal con aislamiento adecuado.

Si una puesta a tierra es afectada por una corriente eléctrica, la corriente fluirá por los conductores y la corriente pasara al suelo a lo largo de la superficie de los conductores. Debido a esto, la puesta a tierra y todas las estructuras metálicas conectadas a ella se elevaran de potencial con respecto a un punto remoto. La corriente que circula por la puesta a tierra y las estructuras metálicas, es decir la corriente que circula por el sistema de puesta a tierra SPT, encontrara en su recorrido una resistencia o una impedancia dependiendo de la señal incidente. Si la señal incidente es de frecuencia típica 60 o 50 Hz primara la resistencia. Si la señal incidente es de alta frecuencia, como por ejemplo, los rayos, se debe garantizar una baja impedancia. La impedancia consta de tres componentes: Capacitancia, inductancia y resistencia. Un mayor capacitancia se logra ocupando con la puesta a tierra la mayor área posible con el objetivo de controlar señales de alta frecuencia asociadas a las descargas atmosféricas. Una menor inductancia se logra utilizando en la construcción de las puestas a tierra, conductores planos, estos permite un buen manejo de las variaciones fuertes de corriente. La resistencia es la física oposición que encuentran los electrones para desplazarse a través de los conductor del sistema de puesta a tierra SPT. Una puesta a tierra se caracteriza mejor por su Impedancia que por su baja resistencia.

Una puesta a tierra se caracteriza mejor por su Impedancia

. Requisitos para electrodos de puesta a tierra.

TIPODE ELECTRODO

MATERIALES

DIMENSIONES MÍNIMAS

Diámetro mm

Área mm

2

Espesor mm

Recubrimiento

m

Varilla Cobre 12,7

Acero inoxidable 15

Acero galvanizado en caliente 16 70

Acero con recubrimiento electrodepositado de cobre

14 250

Acero con recubrimiento total en cobre 15 2000

Tubo Cobre 20 2

Acero inoxidable 25 2

Acero galvanizado en caliente 25 2 55

Fleje o cinta sólida

Cobre 50 2

Acero inoxidable 100 3

Cobre cincado 50 2 40

Cable trenzado

Cobre o cobre estañado 1,8 para cada hilo

50

Acero galvanizado en caliente 1,8 para cada hilo

70

Alambre redondo

Cobre 8 50

Acero galvanizado 10 78,5 70

Acero inoxidable 10

Acero recubierto de cobre 10 250

Placa sólida Cobre 250000 1,5

Acero inoxidable 360000 6

No se debe utilizar aluminio enterrado. Se permite el uso de cables de acero galvanizado en sistemas de puestas a tierra en líneas de transmisión, redes de distribución e instalaciones de uso final. Se permite el uso de conductores con distinta geometría (platina o T) y de otros materiales que demuestren su resistencia a la corrosión.

El Cemento Conductivo Ground Lightning cumple ampliamente con los requisitos de calidad estipulados por la normativa actual en cuanto a de puesta a tierra se refiere. Baja resistividad: 0,20– 0,40 Ω-m. Baja impedancia: se debe a su baja resistencia, baja Inductancia y Alta capacitancia. Alta compresión y baja contracción. No es contaminante: Sus componentes son amigables con el medio ambiente, No se degrada. Se mantiene estable en cualquier condición climática. Densidad: 1.400 – 1.800 Kg./m3 No es corrosivo: No contiene ácidos o sales que puedan producir corrosión a los electrodos o conductores

Cemento Conductivo Ground Lightning Construccion y mejoramiento de puestas a tierra.

El Cemento Conductivo Ground Lightning se puede instalar en su forma natural de polvo seco, sin embargo se recomienda realizar una mezcla con agua, con en fin de ser vertido en las

zanjas o pozos para cubrir efectivamente los conductores o electrodos.

Para dosificar la cantidad de Cemento G.L requerido por una instalación se debe conocer la resistividad natural del terreno y las características

técnicas de la instalación a proteger. La resistividad del suelo puede variar de Cientos de Ohmios –metro a Miles de Ohmios-metro

Puesta a tierra horizontal Excave la zanja a la profundidad, ancho y longitud diseñada, limpie y compacte el fondo de la zanja. Generalmente la zanja es de 0.2m de ancho y 0.5 m de profundidad. La longitud es calculada de acuerdo a la resistividad del suelo en el sitio y los requisitos técnicos de resistencia y tensiones requeridos. Vierta una capa de Cemento Conductivo Ground Lightning en el fondo de la zanja esparcida uniformemente con un espesor no mayor a 2,5 cm. Instale el cable sobre esta primera capa y en el centro de la zanja. Vierta una segunda capa de Cemento Conductivo Ground Lightning sobre el cable, cubra el cable con un espesor de 2,5 cm. Asegúrese que el Cemento Conductivo Ground Lightning cubra completamente el cable. Cubra con una pala un nivel de 15 cm de tierra sin piedras, tierra suelta del lugar sobre el cemento conductivo. Rellene y compacte al final la zanja usando el resto del suelo que se excavo.

El cemento conductivo G.L no es corrosivo, no contiene ácidos o sales que puedan producir corrosión a los electrodos o conductores.

Puesta a tierra horizontal construida con Cable de Acero Galvanizado cubierto con Cemento Conductivo G.L .

AEROPUERTO YARIGUIES. Santander, Colombia

Puesta a tierra horizontal construida con Cable de Acero Galvanizado cubierto con Cemento Conductivo G.L Primera capa de GL en el fondo de la excavación, 2,5 cmt de espesor.

Inducaucho Vichada, Colombia.

Puesta a tierra horizontal construida con Cable de Acero Galvanizado cubierto con Cemento Conductivo G.L Segunda capa de GL sobre el conductor, 2,5 cmt de espesor.

Grueso total de la capa de GL 5 Cmt.

PUESTA A TIERRA HORIZONTAL.

PUESTA A TIERRA VERTICAL. Se puede aumentar el rendimiento de la mezcla utilizando una formaleta cilíndrica

de PVC de 3``o 4`` alrededor del electrodo, esta se debe retirar al final.

Paso 1 Paso 2

Puesta a tierra Vertical: A medida que se llena la formaleta con GL. Se va rellenando y compactando la parte externa y retirando progresivamente la formaleta

Paso 4 Paso 3

El Cemento Conductivo Ground Lightning, se mantiene estable en cualquier condición climática Otros productos se degradan por la filtración de agua o por excesos de temperatura, el agua lava sus compuestos o el sol los reseca.

Si una puesta a tierra es afectada por una corriente eléctrica, la corriente fluirá por los conductores y la corriente pasara al suelo a lo largo de la superficie de los conductores. Debido a esto, la puesta a tierra y todas las estructuras metálicas conectadas a ella se elevaran de potencial con respecto a un punto remoto. La corriente que circula por la puesta a tierra y las estructuras metálicas, es decir la corriente que circula por el sistema de puesta a tierra SPT, encontrara en su recorrido una resistencia o una impedancia dependiendo de la señal incidente. Si la señal incidente es de frecuencia típica 60 o 50 Hz primara la resistencia. Si la señal incidente es de alta frecuencia, como por ejemplo, los rayos, se debe garantizar una baja impedancia. La impedancia consta de tres componentes: Capacitancia, inductancia y resistencia. Un mayor capacitancia se logra ocupando con la puesta a tierra la mayor área posible con el objetivo de controlar señales de alta frecuencia asociadas a las descargas atmosféricas. Una menor inductancia se logra utilizando en la construcción de las puestas a tierra, conductores planos, estos permite un buen manejo de las variaciones fuertes de corriente. La resistencia es la física oposición que encuentran los electrones para desplazarse a través de los conductor del sistema de puesta a tierra SPT. Una puesta a tierra se caracteriza mejor por su Impedancia que por su baja resistencia.

Una puesta a tierra se caracteriza mejor por su Impedancia