Puesta a Tierra en Instalaciones Eléctricas - Clase II

DÓNDE SE REQUIEREN CONEXIONES DE PUESTA A TIERRA  Aparatos eléctricos de fábricas y residencias para más de 50          

voltios.

En sistemas de corriente contínua.

Centro de la estrella en generadores y transformadores.

Pararrayos Torres de línea de comunicación y de transmisión.

Sitios de carga y descarga de combustibles.

Máquinas que generan electricidad estática. Áreas de atención crítica en hospitales.

Herramientas eléctricas portátiles.

Trabajos en líneas desenergizadas.

Algunos sistemas de menos de 50 V.

DONDE NO SE REQUIEREN PUESTAS A TIERRA  Equipos con doble aislamiento.

 Bancos de condensadores en Media Tensión.  Grúas en locales clase III.  Sistemas de aislamientos de hospitales.  Alimentación de celdas electrolíticas.  Sistemas de iluminación que trabajen a menos de 30V.

 Tensión de Paso:

La Norma MIE RAT 01( España) define a la tensión de paso, “ Es la parte de la tensión (de puesta) a tierra que puede ser puenteada , por un ser humano entre los dos pies, considerándose el paso de una longitud de 1 m.”

La Americana IEEE STANDARD 81 la define sin mencionar a las personas:, “ La tensión de paso es la diferencia de potencial entre dos puntos de la superficie del terreno, separados por una distancia de un paso, que se asimila a un metro, en la dirección del gradiente de potencial máximo”-

PARTES QUE COMPRENDE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

PARTES QUE COMPRENDE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1.Electrodo: Es una masa metálica, permanentemente en buen contacto con el terreno, para facilitar el paso a éste de las corrientes de defecto que puedan presentarse o la carga eléctrica que tenga o pueda tener.

2. Línea de enlace con Tierra : Formada por los conductores que unen el electrodo o conjunto de los mismos con el punto de puesta a tierra.

3. Punto de puesta a Tierra: Punto situado fuera del terreno que sirve de unión entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra.

Estará formado por una placa, borne o barra.

PARTES DE UN REGISTRO TÍPICO DE PUESTA A TIERRA

ELECTRODOS  Definición:

Se define como electrodo de puesta a tierra a todo material conductor, por lo general metálico, en perfecto contacto con el terreno, encargado de introducir en él las corrientes de fallas o de origen atmosférico, canalizadas a través de una instalación de protección.

OBJETIVO DEL ELECTRODO  El objetivo principal del electrodo es que el potencial de la

red de tierra respecto a la tierra sea de 0V.  Para lograr este objetivo se debe conseguir que la unión electrodo-terreno sea la mejor posible, porque solo de ella depende este valor que denominaremos resistencia de puesta a tierra.

TIPOS DE ELECTRODO Los más conocidos son del tipo jabalinas, también llamadas picas, barras o estacas.

Los electrodos tipo jabalina avalados por las normas son : a) De cobre sólido. Son las de mayor tiempo de vida útil, pueden pasar los 30 años, su debilidad radica en que al tratar de introducirla a golpes , se deforman o sean son de baja resistencia mecánica. b) Copperweld: Es una marca registrada del proceso “ Solid Cladding” que consiste en una fundición libre de oxígeno, para adhesión del cobre al acero mediante temperatura y presión. Hoy en día este proceso se utiliza solamente en la fabricación de alambres y cables. c) Electrodepositadas: Son varillas de acero con un recubrimiento de cobre por medio de un proceso de electrodepositación. Para este recubrimiento la norma IEC 60364-5.54 exige mínimo 100 micrómetros y la UL 467 250.También se suelen fabricar otros de tres metales. Acero recubierto de zinc y luego cobre. d) De acero galvanizado: Se admiten para terrenos no corrosivos, con recubrimiento de 70 micrómetros. e) De acero inoxidable: Son muy costosasf) De bronce: Las normas los avalan si tienen como mínimo el 80% de cobre.

1.

Existen otras varillas de mala calidad conocidas como encamisadas, enchaquetadas o plaqueadas, varillas de hierro dentro de tubos de cobre, en este caso desde la fabricación están oxidándose , por no existir unión molecular entre los metales.

2.Tipo placas: Son electrodos de forma rectangular o cuadrada, que ofrecen una gran superficie de contacto con el terreno en relaciรณn a su espesor.

Las mรกs utilizadas son las de 0.5m x 1m y las de 1m x 1m.

3. Conductores enterrados horizontalmente: Consiste en colocar, horizontalmente un cable , una pletina, un fleje, etc, desnudos enterrados en zanjas , debajo de la cimentación de los edificios o enterrados a una profundidad suficiente.

Los materiales más utilizados : .Son cable de cobre macizo o cableado (35 mm2 de sección como mínimo). . Pletinas de cobre (35 mm2 de sección y 2 mm de espesor) o de acero galvanizado. . Alambre de acero (200 mm2 de sección) recubierto con una capa de cobre.

 4 Vigas metálicas: Se comportan como electrodos de puesta a

tierra verticales (jabalinas) y se puede llegar a valorar la resistencia de puesta a tierra de este tipo de electrodo considerándola como una jabalina circular de diámetro igual al del círculo inscripto en a la viga.

5. Electrodos de Hormigón Armado: Son también conocidos como tipo Ufer, en memoria de su inventor el ingeniero norteamericano Herb Ufer, que era encargado de unos arsenales, al encontrarse con un suelo arenoso de alta resistividad, vio la manera de suplir esto utilizando la estructura de hormigón armado del edificio , con tan buenos resultados que en 1968 la NEC la aceptó como un tipo de electrodo.

Consiste en utilizar en las estructuras nuevas , el acero del hormigón armado como electrodo principal, siempre que la cimentación haya sido diseñada para esto o sea con los cables adecuados soldados a las varillas del H°A°

6.Las instalaciones eléctricas de gran porte como las subestaciones requieren de un sistema enmallado de tierra con múltiples electrodos y conductores enterrados, porque están involucrados tensiones y corrientes muy altas, y se deben minimizar los riesgos al personal en función de las tensiones eléctricas de paso y de contacto.

La malla consta de una red de conductores enterrados a una profundidad entre 0. y 1m.

El cable que forma el perímetro debe ser continuo de manera que encierre todo el área del equipo o subestación.Esto es para evitar concentración de tensiones.

Los cruces deben estar conectados rígidamente a compresión o con soldaduras exotérmicas entres si y a los equipos. En las esquinas se unen a jabalinas de 2.4 m.

7.Electrodos activos: Consisten en tubos de cobre llenados parcialmente con sales o sustancias conductivas, con perforaciones en los extremos superior ( para ventilación) e inferior ( para drenaje) y sellados ambos extremos con tapas.

La humedad del aire ingresa por la ventilaciones superiores al entrar en contacto con las sales forma una solución electrolítica que escurre hacia la parte inferior y fluye por las perforaciones inferiores al suelo circundante, mediante osmosis mejorando al conductibilidad del suelo circundante.

Requiere mantenimiento.

CONEXIONES EN LAS PUESTAS A TIERRA  Las conexiones entre los diferentes componentes deben ser

mecánicamente robustas , tener buena resistencia a la corrosión y baja resistividad eléctrica. Es conveniente evitar uniones innecesarias.  A la hora de elegir el tipo de conexión se debe tener en cuenta el valor y la duración de la corriente de falla esperada en el sistema.

TIPOS DE CONEXIONES 1.

2.

Mecánicas: Las de uso más corriente son las apernadas y las hechas mediante abrazaderas.Debe tenerse en cuenta el tamaño de las perforaciones en las apernadas en cintas de cobre que no sea de un tamaño tal que disminuyan la sección útil de conducción de corriente.El principal inconveniente que presentan es la oxidación y que se van aflojando con el tiempo Soldadura aluminotérmica: Es el sistema más fiable , pues evita las discontinuidades. Se garantiza la continuidad material entre los extremos de los conductores o elementos a conectar.

Requisitos a cumplir por una buena soldadura:   

Tener alto punto de fusión.

Tener una buena conductividad Ejecución debe ser simple y fiable.

Fundamentos de la aluminotermia Es una reacción química en que se reduce óxido de cobre mediante aluminio en polvo: 3CuO+2Al=3Cu+Al2O3+calor Esta reacción es del tipo exotérmica o sea con gran desprendimiento de calor Al combinarse aluminio con el oxígeno se forma alúmina y se precipita cobre metálico en forma líquida debido al calor de la reacción, que cae como metal de aportación sobre las piezas a unir.

Para iniciar la reacción se precisa elevar la temperatura lo que se consigue mediante un cartucho de pólvora para la ignición.

ELEMENTOS DE UNA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA a)

b) c)

d) e)

Molde: Es una pieza de grafito, es de grafito para resistir altas temperaturas sin deformarse, evita adherencias de los metales fundidos y es fácil de mecanizar.

Tenaza o mango : Es el accesorio que permite abrir y cerrar los moldes sin quemarse.

Cartucho: Caja cilíndrica de plástico, hermética, que contiene la masa de aportación. Esta compuesta de óxido de cobre, aluminio en polvo y feldespato. En el fondo está la masa de ignición (fósforo rojo, peróxido de bario y aluminio micronizado) Disco de contención: Chapa circular y de poco espesor que va en el fondo del crisol.

Pistola de ignición: Elemento utilizado para proyectar chispas sobre la masa de ignición incendiándola.

TIPOS DE SOLDADURAS ALUMINOTÉRMICAS

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

ď‚— La resistividad del terreno equivale a la resistencia que presenta

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1m de arista. Se mide en ohm-m. ď‚— Es una caracterĂ­stica propia del terreno

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

 Composición del terreno: La variación de la resistividad

según la composición del terreno es muy notoria, inclusive nos encontramos con la dificultad de que las diferentes clases de terreno no están delimitadas como para saber de antemano la resistividad en el punto de puesta a tierra.

Inclusive para un mismo tipo de terreno pero en diferentes lugares presenta una diferencia apreciable.

 Sales solubles y su concentración: Al ser aislantes los

principales componentes del terreno, la conductividad del suelo es, de naturaleza electrolítica, o sea la conducción de corriente tiene lugar a través de electrolitos, formado por las sales y agua contenidos en el terreno.

Como se puede apreciar en la siguiente gráfica:

 Estado higrométrico del terreno: El contenido de agua o grado

de humedad influye de forma apreciable sobre al resistividad del terreno.No es un valor constante , varía con el clima, época del año, naturaleza del subsuelo, profundidad considerada, estado del nivel freático.

A medida que aumenta el grado de humedad, lo que se traduce en una mayor disolución de las sales solubles, la resistividad disminuye con rapidez , pero a partir del 15 % en peso , la disminución es menos acusada, a causa de la saturación del terreno.

Esto se puede observar en la siguiente figura:

 Temperatura: La resistividad del terreno aumenta a medida que

desciende la temperatura, y es aún mayor al alcanzar los 0°C, hasta el punto que a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelamiento, se reduce el movimiento de los electrolitos , que como se vio influyen en la resistividad del terreno, aumentando mucho la misma.

Por ello en terrenos dónde haya peligro de heladas los electrodos se enterrarán a una profundidad que esto no les afecte o por lo menos se tendra esto en cuenta en el cálculo.

El efecto de la temperatura se puede ver en la siguiente gráfica:

 Granulometría: Los suelos de grano grueso presentan alta

resistividad, y los de grano fino menor resistividad.Es debido a la mayor retención de humedad que tienen estos últimos.

 Compacidad: Los terrenos compactos presentan menor resistividad,

es por ello que los terrenos rellenados son de alta resistividad. Esto se debe a los huecos que presentan.

 Estratigrafía: La resistividad total del terreno es la resultante de las

correspondientes a las diversas capas que lo constituyen.

MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.

 De acuerdo al estado actual de la tecnología no existe

artificio o medición indirecta alguna que sustituya la medición directa de la resistencia de puesta a tierra con una técnica adecuada.

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 1.

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4.

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6.

7.

8.

De Curva de Caída de Potencial.

De la Regla del 62%.

De la Pendiente.

De las Cuatro Potencial o de Tagg.

De Intersección de Curvas.

De Triangulación o de Nippold.

Estrella Triángulo.

Por corriente inyectada

9.Por Tensiรณn Inducida.

10.Con Referencia Natural.

11.Selectivo.