Sistemas de Puesta a Tierra

    1. Objetivo
    2. Generalidades
    3. Sobretensiones
    4. Forma de conexión de Neutro
    5. Medición de la resistencia a tierra
    6. Normas y Bibliografía consultada

    Objetivo

    Adquirir los conceptos y fundamentos para proyectar Sistemas de Puesta a Tierra.

    Generalidades

    Puesta a tierra significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad pero la tierra como un todo, es considerada como un buen conductor. Por esta razón y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.

    En síntesis los Sistemas de Puesta a Tierra nos protegen de Sobretensiones (Perturbaciones), de manera de garantizar:

    • Protección al personal y a los equipos.

    • Fijar un potencial de referencia único a todos los elementos de la instalación.

    Para cumplir con esto, las redes de tierra deben tener 2 características principales:

    • Constituir una tierra única equipotencial.

    • Tener un bajo valor de resistencia.

    Se aclara que la resistencia del suelo varía con la temperatura, la humedad y la acumulación de sales.

    Sobretensiones

    Las sobretensiones transitorias son un incremento de voltaje de corta duración entre 2 conductores (en nuestro caso entre 2 fases ó entre fase y neutro).

    Cuando esta tensión llega a los equipos y supera el nivel de tolerancia de algún componente, los mismos resultarán dañados.

    Las principales causas de sobretensión son las siguientes:

    2.1 Descargas eléctricas (externa). Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo (consecuencia catastróficas para personas, ó bienes) ó por causas indirectas (generan grandes pérdidas económicas).

    Las causas indirectas que son las más numerosas, son las caídas del rayo sobre tendidos aéreos ó en las inmediaciones, generando inducciones en estos conductores.

    2.2 Conmutaciones de las Empresas de Energía (externa). Estas operaciones que son normales en todo sistema de distribución de energía, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son más frecuentes en distribuciones largas y aéreas.

    2.3 Contacto con sistemas de alto voltaje (externa). Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de baja tensión ó cuando falla el aislamiento de un transformador. Su importancia dependerá de la forma de conexión del neutro (aislado ó a tierra).

    2.4 Fallas de línea a tierra (interna). Sucede cuando una fase del sistema se pone a tierra. Su importancia dependerá de la forma de conexión del neutro (aislado ó a tierra), ya que en el caso de Neutro Aislado, las fases sanas reciben una sobretensión de 73% más de lo normal. En caso de neutro a tierra no hay sobretensión.

    2.5 Pulsos por conexión y desconexión de cargas (interna). Estas operaciones normales en todo sistema, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje nominal y de corta duración. Las mismas se originan por el prendido y apagado de grandes cargas inductivas ó capacitivas.

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    Forma de conexión de Neutro

    Existen 3 formas de conectar el centro de estrella ó neutro del transformador.

    3.1 Neutro Aislado (Sistema IT): en este caso el neutro está aislado de tierra ó puede estar conectado a tierra ,por medio de una impedancia de alto valor.

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    3.2 Neutro a Tierra en el transformador (Sistema TT): en este caso el neutro está a tierra sólo en el transformador mientras que mi instalación de Puesta a Tierra tiene un punto ó referencia de tierra ,no conectado al neutro .Se aclara que el Neutro y el Sistema de Tierra, se vinculan por la tierra misma.

    Es la forma de conexión más utilizada en Baja Tensión, cuando el transformador es de la Empresa Distribuidora.





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    3.3 Neutro y Tierra en el transformador (Sistema TNS): en este caso el neutro y mi instalación de Puesta a Tierra se conectan en el centro de estrella del transformador y de ahí se conecta rígidamente a tierra.

    Es la forma de conexión más utilizada, cuando el Cliente es el propietario del transformador.

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    O sea que en general adoptamos los Sistemas TT ó TNS, por las siguientes razones:

    • Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos conductores aislados.

    • Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando se produce la misma

    • Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema en diferentes condiciones.

    4. Principios de protección contra las Sobretensiones Externas e Internas

    Para proteger las Instalaciones en forma integral debemos realizar lo siguiente:

    • Realizar una Red de Tierra Externa (conductores enterrados y jabalinas) para evacuar la energía proveniente del rayo o de la sobretensión hacia tierra, de manera que esta energía no ingrese a la Planta.

    • Realizar una Red de Tierra Interna (conductores conectados a partes metálicas de tableros, estructuras de equipos y carcazas de motores) para que en el caso de ingreso de alguna sobretensión, no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un mismo equipo.

    • Instalar las protecciones adecuadas en cada Ingreso de conductores metálicos a la Planta. En una situación normal las mismas están inactivas y caso de sobretensiones se cebarán conduciendo estas tensiones peligrosas a tierra y de esta forma, protegiendo los equipos.

    En síntesis las Protecciones detectan las sobretensiones y las conducen mediante la Red Interna a la Red Externa, para su evacuación.

    Por esto vemos que estos 3 elementos (Red Externa, Red Interna y Protecciones) son fundamentales y se necesita que estén los 3 presentes simultáneamente, para ser eficaces

    De nada vale tener una buena Red Externa sino tengo Red Interna y Protecciones y viceversa. Esto se podría asemejar a una mesa de "3 patas".

    Por ello y para una mejor comprensión dividiremos el tema en: Red Externa y Red Interna a la Planta y además explicaremos los diferentes elementos de protección desde el punto de vista de ingreso de las sobretensiones.

    4.1. Red Externa

    Tiene por finalidad evacuar la energía proveniente de las Sobretensiones Externas ó Internas hacia tierra, para que esta energía no ingrese al Edificio ó no afecte a otros equipos.

    Esta red externa vincula la puesta a tierra del mástil del pararrayos, con la puesta a tierra perimetral al Edificio de la Planta y con la puesta a tierra de la Subestación ó pilar de acometida, mediante cable de cobre desnudo de 1x50mm2 y jabalinas soldadas asociadas.

    a) La puesta a tierra del mástil comienza en la cima con un pararrayos tipo Franklin ó Piezoeléctrico ó Iónico y a continuación existe un cable de bajada que puede ser de cobre desnudo de 50mm2 o fleje de cobre de 30 x 2 mm2.

    Esta bajada deberá ser lo más recta posible evitando cambios bruscos de dirección y terminará en una cámara de pararrayos cercana a la base del mástil.

    De esta cámara de pararrayos saldrá una pata de ganso en dirección opuesta al Edificio de la Planta ( la pata de ganso son extensiones de cable enterrado con jabalinas soldadas ).

    b) La puesta a tierra de Planta consiste en un anillo enterrado en forma perimetral al edificio de la Planta. Este anillo que estará formado de cable de cobre desnudo de 50 mm2 y jabalinas tipo cooperweld de 1,5m empezará y terminará en la cámara de Edificio.

    c) La puesta a tierra de la Subestación en Sistemas TNS consiste en vincular la cámara de Energía con la red de tierra, mediante cable de cobre desnudo de 50mm2 .De esta cámara de Energía se conectará el Neutro y la carcaza del transformador.

    En Sistemas TT la puesta a tierra consiste en vincular la cámara de Energía con la red de tierra,mediante cable de cobre desnudo de 50mm2.A esta cámara de Energía se conectará el borne de tierra de los descargadores autovalvulares de pilar.

    En síntesis la Red Externa deberá contar con una tierra unificada donde se vincularán: la cámara de Pararrayos con la cámara de Edificio, mientras que la cámara de Energía lo hará con el punto más cercano del anillo perimetral y de esta manera quedará todo unificado. Esto significa que no existirán "Tierras Independientes".

    En terrenos de alta resistividad, es difícil bajar la resistencia por debajo de un determinado límite. Habrá que contentarse con un valor un poco superior, pero sí con una buena unificación.

    Si es necesario bajar un valor de resistencia, deberá agregarse conductor de cobre desnudo de 50mm2 y jabalinas tipo cooperweld soldadas a dicho cable.

    Para realizar estas soldaduras se deberá utilizar el molde apropiado y una carga de soldadura.

    Una buena soldadura es brillante, no es porosa y queda del mismo color que los elementos a unir. En caso de soldaduras defectuosas (recocida, fracturadas o con poca sección de contacto) lo mejor es rehacerlas.

    Un consejo útil es no hacer las soldaduras sobre cables de energía, ya que en el momento de soldarse se llega a unos 1200 °C y es sumamente peligroso para las vainas o coberturas exteriores de los mismos.

    Otro hecho importante es saber que cuando se deforman los moldes, lo mejor es cambiarlos (vida útil promedio 100 a 150 soldaduras).

    Conclusiones

    • Red externa común, es decir "Tierras Unificadas" y No "Tierras Independientes".

    • Bajo valor de resistencia (la mayor parte de la Sobretensión se derivará a tierra y menos entrará / transitará por la Instalación).

    • Hacer "Anillo" si se puede, no es excluyente.

    • Uso de conexiones soldadas en cables y jabalinas (mejores contactos y menos mantenimiento).

    • Uso de cámaras de inspección donde se justifique (puntos singulares), el resto de la instalación de cables y jabalinas puede ir enterrado sin cámaras.

    • Usar cable desnudo y no aislado en pvc (esto favorece el drenaje a tierra).Sección mínima normada: 50mm2 Cu.

    • En casos de instalaciones de tierras "viejas" interconectarlas con las nuevas, ya que ayudan

    • Tratar de usar un mismo material para el cable como para las jabalinas.

    • Montar el pararrayos lo más alto posible (mayor carpa de protección).

    • De ser factible cercar en la bajada de pararrayos (altas tensiones de paso en caso de descargas)

    Monografias.com

    4.2. Red Interna

    La red interna del Edificio consiste en tener todos los equipos e instalaciones a un mismo potencial, para que en el caso de ingreso de alguna sobretensión no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un mismo equipo.

    Los objetivos básicos que se buscan son los siguientes:

    • Asegurar que las personas en el lugar estén libres de de choques eléctricos de voltaje peligrosos.

    • Suministrar capacidad de conducción de corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el sistema de protección de sobre corriente sin provocar fuego o explosiones.

    • Contribuir a un funcionamiento óptimo del sistema eléctrico

    Para construir esta Red Interna se parte de una reja principal de distribución que se conecta a la Red Externa y desde la cual se vinculan en forma independiente (radial) mediante cable de cobre unipolar aislado en PVC los siguientes equipos ó partes de instalación:

    • Borne de tierra de Tablero Principal de CA.

    • Borne de tierra de cada Tablero Seccional de CA tanto sea de Fuerza Motriz ó de Iluminación y Tomas. A partir de estos Tableros se pondrán a tierra, cada motor y tomacorriente con tierra.

    • Borne de tierra de equipo de Grupo Electrógeno (de poseer) y sus elementos asociados (tanque, cañería, etc.).

    • Borne de tierra de equipo de Radio (de poseer).

    • Borne de tierra de equipo de Central Telefónica (de poseer).

    • Borne de tierra de protección para cables telefónicos y modem.

    • Borne de tierra de protecciones de transmisión.

    • Estructura metálica de la nave.

    • Estructura metálica de tanques.

    • Cañerías metálicas de gas, agua y desagües.

    Es de destacar que en Plantas más complejas por estar dispuestos los equipos en distintas Salas, el criterio será el mismo .Desde la reja principal de distribución se alimentará en forma independiente una barra de cobre por Sala, desde la cual se conectarán a tierra sólo los equipos de esa Sala.

    Conclusiones

    • Tener en cuenta que con la Red Interna estamos "Poniendo el Equipo a Tierra". Con esta medida evitamos "daños personales y materiales".

    • Realizar conexiones "Radiales" y No "En Serie".En configuraciones en Serie si algo se afloja, pierdo continuidad "aguas abajo".

    • Poner a tierra en forma centralizada (a partir de 1 barra única) ,evitando las puestas a tierra por carga (mayor mantenimiento, mayor resistencia, etc.) .

    • Usar cables aislados en PVC ó desnudos. En caso de cables aislados usar código de colores (verde ó verde / amarillo).

    • En caso de utilizar Placas de Tierra Secundarias y haya mucha , verificar las secciones de los conductores de la Red Interna.

    • Evitar usar secciones de cables muy chicas (a menor sección mayor inductancia) .

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    4.3. Protecciones

    Para Descargas Directas

    Un rayo es una transferencia de cargas generalmente, entre una nube y la tierra. Cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra, se establece una trayectoria ionizada escalonada, produciendo una corriente elevada de descarga (valor medio 20 KA).

    Los rayos tienden a seguir la ruta de menor resistencia hacia tierra y con frecuencia esta trayectoria se encuentra en objetos altos o metálicos. En determinados casos un objeto "alto" podría ser un edificio, una torre, una casa, un tanque ó una persona.

    En cierto modo el pararrayos "atrae" los rayos. Lo que no es cierto, es que sin él el rayo caerá en "otra parte".O sea que la función del pararrayos es proporcionar un camino de menor resistencia que el aire hacia tierra.

    Por lo expuesto el Pararrayos es la única protección contra las descargas atmosféricas (rayos).

    Tipos de pararrayos: Franklin, Piezoeléctrico ó Iónico.

    • ? Ubicación: partes más elevadas de las Instalaciones ó estructura específica para tal fin.

    • ? Cantidad: es dependiente de las superficies y alturas a proteger.

    En Plantas de poca superficie un pararrayos Franklin (de puntas) podría andar. Protege un radio igual a su altura de instalación.

    En Plantas de poca altura y gran superficie optar por pararrayos Piezoeléctrico ó Iónico (gran radio de cobertura).

    • a) Por Transmisión

    Este tipo de protecciones son para proteger los equipos de Tx contra descargas directas ó indirectas, ya que la antena siempre está ubicada al exterior sobre uno de los puntos más altos de la Planta (mástil ó estructura).

    Si no coloco estos protectores tendré problemas en los Radios y en sus equipos asociados.

    Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada cable coaxil ó guía de onda, que vincula la antena con el equipo de radio mismo:

    • Una que protege el exterior del cable llamada Kit de Tierra y se instala sacando la cobertura del cable.

    • Otra que protege el interior del cable llamado Protector de Coaxil y se instala interrumpiendo (cortando) el cable.

    Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias descargas antes de inutilizarse.

    Sus características principales son las siguientes:

    Kit de tierra

    • - Uso: transmisión.

    • - Destino: cada coaxil ó guía de onda.

    • - Tipo o denominación: Uni- kit 2 CC

    • - Cantidad por cada coaxil o guía de onda: mínimo 2 ( 1 cuando el cable se separa del mástil ó torre y la otra junto al pasamuro.

    • - Corriente de descarga: 20 KA.

    Protector de coaxil

    • - Uso: transmisión.

    • - Destino: cada coaxil.
    • - Tipo o denominación: su código depende de la potencia y frecuencia del radio.

    • - Cantidad por cada coaxil : 1
    • - Corriente de descarga: 20 KA.

    c) Por Energía

    Este tipo de protecciones son para proteger los equipos que se alimentan con C.A. contra descargas directas ó indirectas, ya que los cables de alimentación de las Empresas Distribuidoras de Electricidad constituyen verdaderas "antenas naturales".

    Si no coloco estos protectores tendré problemas en los Equipos de Alta Tecnología (Tableros Inteligentes, Computadoras, plaquetas, etc.).

    Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada fase y el neutro:

    • Una que está ubicada cerca del medidor llamada Descargadores Autovalvulares y se utiliza principalmente para sobretensiones de larga duración.

    • Otra que se instala dentro del Tablero Principal de CA y se utiliza principalmente para todo tipo de sobretensiones.

    Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias descargas antes de inutilizarse y tienen indicador de inutilización.

    Sus características principales son las siguientes:

    Descargador autovalvular

    • - Uso: energía.
    • - Destino: cruceta en pilar de acometida.

    • - Tipo o denominación: MP / MP MOSA.

    • - Cantidad: 1 por fase más 1 para el neutro.

    • - Corriente de descarga: 2,5 KA.

    Protector derivación con "indicación de estado"

    • - Uso: energía.

    • - Destino: cada del Tablero Principal de C.A.

    • - Tipo o denominación: Citel DS 402 ó DS 404.

    • - Cantidad: 1 (son bipolares ó tetrapolares).

    • - Corriente de descarga: 40 KA.

    • - Puede pedirse con contactos secos para alarma.

    • - Cambia de color al inutilizarse (pasa de verde a rojo en algunas marcas).

    • - Vienen módulos de recambio para cada polo o el neutro.

    d) Por cables telefónicos

    Este tipo de protecciones son para proteger los equipos que se vinculan a Conductores Telefónicos contra descargas directas ó indirectas, ya que los cables de alimentación de las Empresas de Telecomunicaciones constituyen verdaderas "antenas naturales".

    Si no coloco estos protectores tendré problemas en la Central Telefónica, Central de Alarmas, Computadoras, etc.

    Existen 1 tipo de protección que trabaja sobre cada par telefónico y sus características principales son las siguientes:

    • - Uso: circuito normal de cables telefónicos tanto de ingreso como egreso.
    • - Cantidad: 1 por par de abonado.

    • - Tensión nominal: 230 V+/- 10%.

    • - Corriente de descarga: 10 KA.

    • - Tiempo de actuación: 30 nanoseg.

    Monografias.com

    Medición de la resistencia a tierra

    Para medir la resistencia de esta Red Externa se utiliza un instrumento llamado Telurímetro cuyo principio de funcionamiento se basa en el hincado de 4 jabalinas a saber: las 2 extremas para la circulación de una corriente y las 2 centrales para la medición de tensión, de manera que el instrumento directamente indique el valor de resistencia, es decir el cociente entre tensión y corriente.

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    Regularmente se utiliza el método de las 3 jabalinas y para ello el borne E del instrumento se conecta a la jabalina ó punto a medir, mientras que los bornes S y H se conectan a los cables provenientes de 2 jabalinas auxiliares dispuestas alineadas entre sí y a cierta cantidad de metros del instrumento. Después se pone el selector en Re 3 polos y pulsando " START " se lee el valor de resistencia.

    El instrumento viene en una valija junto a todos sus accesorios

    Monografias.com

    El valor de la resistencia a tierra no debe exceder los 10 ohmios. Este límite superior es una directiva, pero para muchas instalaciones los valores de resistencia requeridos pueden ser mucho menores.

    En plaza también se encuentran Pinzas Medidoras de Resistencia a Tierra

    Monografias.com

    Este método de medida es innovador ya que ofrece la posibilidad de medir la resistencia sin necesidad de desconectar nada.

    Normas y Bibliografía consultada

    Norma Iram 2281: Código de Práctica para Puesta a Tierra de Sistemas Eléctricos.

    Norma Iram 2309 y 23150: Materiales para Puesta a Tierra.

    Norma ANSI / IEEE Std. 142-1991: Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

    Norma NF C17 102 sobre Pararrayos.

    Normas del Instituto Argentino de Seguridad.

    Catálogos de Protecciones varias: OBO / CITEL / POLYPHASER / SHUNNER, etc.

     

     

     

     

     

     

    Autor:

    Alfredo Roitbarg

    aroitbarg[arroba]arnet.com.ar

    Docente E.E.T. N°478 "Dr. Nicolás Avellaneda"

    Santa Fe – Argentina



    Artículo original: Monografías.com

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