APLICACIONESMEDIDOR.pdf
of 122
-
Upload
von-pereira -
Category
Documents
-
view
214 -
download
0
Transcript of APLICACIONESMEDIDOR.pdf
-
IINNSSTTIITTUUTTOO PPOOLLIITTCCNNIICCOO NNAACCIIOONNAALL
EESSCCUUEELLAA SSUUPPEERRIIOORR DDEE IINNGGEENNIIEERRAA
MMEECCNNIICCAA YY EELLCCTTRRIICCAA
APLICACIONES DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
P R E S E N T A N:
JAIME MARTIN MARTINEZ YAEZ
ISA VELZQUEZ MARTNEZ
A S E S O R E S:
ING. ENRIQUE GALINDO IBARRA
DR. DAVID SEBASTIN BALTAZAR
MEXICO, D. F. 2008
-
INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS QUE PARA OBTENER EL TIT1JLO DE INGENIERO ELECTRICISTA POR LA OPCIN DE TITULACiN TESIS COLECTIVA y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL DEBERA(N) DESARROLLAR C. JAIME MARTN MARTNEZ y AEZ
c. ISA VELZQUEZ MARTNEZ
"APLICACIN DEL MEDIDOR DIGITAL DE PUESTA A TIERRA" COMPRENDER Y ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA MODELO 4630 AEMC INSTRUMENT, POR MEDIO DEL CUAL SE MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y REALIZAR UN ESTUDIO DE UN SISTEMA DE TIERRAS Y PROPONER SI SON NECESARIAS LAS MEJORAS CORRESPONDIENTES .
:. INTRODUCCIN . :. RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA . :. RESISTIVIDAD DE LA TIERRA . :. MTODOS DE MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD Y LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA . :. CARACTERSTICAS DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA . :. PUESTA A TIERRA EN EDIFICIOS :. MEDICIONES y ANLISIS DE RESULTADOS . :. CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES.
MXICO D. F., A 11 DE MAYO DE 2009.
ASESORES
"I ;;: ~
JEFATURA DE INGEN1ERIA ElECTRICA
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
I
NDICE
CAPTULO 1 INTRODUCCIN
PAG.
1.1 INTRODUCCIN..
1 1.1.1 Fundamentos cientficos y tecnolgicos de la ingeniera de puesta a tierra
2 1.1.2 Clasificacin de los sistemas de puesta a tierra...
3 1.1.3 Elementos de un sistema de puesta a tierra.
4 1.2 OBJETIVO........
4 1.3 JUSTIFICACIN..
4 1.4 ANTECEDENTES HISTRICOS..
5 1.5 APORTACIONES DE LA TESIS...
7 1.6 LIMITACIONES Y ALCANCES..
7 1.7 ESTRUCTURA DE LA TESIS
8
CAPTULO 2
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
2.1 INTRODUCCIN.
10 2.2 CONCEPTOS BSICOS DE LA PUESTA A TIERRA...
10 2.3 IMPORTANCIA DE PUESTA A TIERRA.
11 2.3.1 Sistemas de electrodos.
15 2.3.2 Sistemas de conexin a tierra.....
16 2.3.3 Mallas...
17 2.4 CONDUCTORES DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA...
19 2.4.1 Conductores descendentes o de bajada
19 2.4.2 Red de terminales a tierra
20 2.5 CONEXIN A TIERRA
21 2.5.1 La conexin a tierra en las instalaciones...
25 2.5.2 El tamao o extensin del sistema de tierras
26 2.5.3 Control del ruido.
27 2.5.4 Conexin a tierra del equipo
28
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
II
2.6 SISTEMAS DE PROTECCIN CONTRA DESCARGAS.
ATMOSFRICAS
31 2.6.1 Pararrayos y Apartarrayos
31 2.7 MEJORAMIENTO DE LA RESISTENCIA A TIERRA...
34 2.7.1 Varillas de mayor dimetro...
34 2.7.2 Varillas ms largas.
35 2.7.3 Varillas en paralelo (electrodos mltiples).
36 2.7.4 Electrodos qumicos..
36 2.8 NATURALEZA DE LAS CORRIENTES TELRICAS
38 2.8.1 Orgenes de las corrientes telricas
39 2.8.2 Importancia y trascendencia de las corrientes telricas..
40 2.8.3 Mecanismos del transporte de electricidad a travs de la tierra
42 2.8.4 Efectos fisiolgicos de las corrientes de tierra.
43 2.8.5 Resistencia de los zapatos...
44
CAPTULO 3 RESISTIVIDAD DE LA TIERRA
3.1 INTRODUCCIN.
46 3.2 CONDICIONES DE LOS TERRENOS.
46 3.3 LA TIERRA Y LA RESISTIVIDAD.
.
48 3.3.1 Sales solubles.
49 3.3.2 Composicin del terreno...
49 3.3.2.1 Corrosin en los electrodos de puesta a tierra.
50 3.3.3 Estratigrafa.
53 3.3.4 Granulometra.
53 3.3.5 Estado higromtrico...
53 3.3.6 Temperatura
54 3.3.7 Compactacin.
56 3.3.8 Humedad.
56 3.3.9 Variaciones estacionales..
57
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
III
CAPTULO 4 MTODOS DE MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD Y LA RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
4.1 INTRODUCCIN.
58 4.2 MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO...
59 4.2.1 Mtodo de Wenner
62 4.2.2 Mtodo de Schlumberger.
64 4.2.3 Mtodo de la tierra conocida
65 4.2.4 Mtodo de los tres puntos o triangulacin.
66
4.2.5 Mtodo de la cada de potencial.. 67
4.2.6 Mtodo de la relacin 68
4.3 TENSIN DE CONTACTO Y DE PASO.. 69
4.3.1 Tensin de contacto.. 69
4.3.2 Tensin de paso. 71
CAPTULO 5 CARACTERSTICAS DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
5.1 INTRODUCCIN..
73
5.2 CARACTERSTICAS DEL TELURMETRO DIGITAL 4630. 74
5.3 MEDICIONES QUE REALIZA EL TELURMETRO DIGITAL 4630. 76 5.3.1 Mtodo de las tres conexiones (Mtodo del 62%), para mediciones de resistencia de puesta a tierra de electrodos y mallas. 76 5.3.1.1 Procedimiento para realizar una medida de resistencia, de una toma de tierra con el mtodo del 62 %.............................................................
77 5.3.2 Medida de la resistividad del suelo, mtodo de las cuatro conexiones
79
5.3.2.1 Procedimiento para realizar la medicin de resistencia del terreno, mtodo de las cuatro conexiones (mtodo WENNER).. 79
5.3.3 Mtodo de ensayo de dos conexiones para realizar pruebas de continuidad en uniones o sistemas de puesta a tierra existentes
80
5.3.4 Medida de acoplamiento...
80
5.4 CARACTERSTICAS FUNCIONALES.
82
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
IV
CAPTULO 6 PUESTA A TIERRA EN EDIFICIOS
6.1 INTRODUCCIN.
84 6.2 PUESTA A TIERRA EN EDIFICIOS DE NUEVA CONSTRUCCIN..
84 6.2.1 El terreno.
85
6.2.2 Tomas de tierra.. 86 6.2.2.1 Electrodos.
86
6.2.2.2 Lneas de enlace con tierra 87 6.2.2.3 Punto de puesta a tierra..
87 6.2.3 Lnea principal de tierra.
88 6.2.4 Derivaciones de las lneas principales de tierra
88 6.2.5 Conductores de proteccin......
88
6.2.6 Elementos a conectar a la puesta a tierra en los edificios de nueva construccin. 89 6.3 PUESTA A TIERRA EN EDIFICIOS EXISTENTES...
90 6.3.1 Electrodos artificiales.
91 6.3.2 Elementos de construccin..
92 6.3.3 Tomas de tierra existentes...
92 6.3.4 Tomas de tierra con cimentaciones de hormign armado..
93 6.3.5 Puesta a tierra con vigas metlicas
94 6.4 CONSEJOS PRCTICOS PARA LA INSTALACIN Y MANTENIMIENTO DE UNA BUENA TOMA DE TIERRA EN EDIFICIOS DE NUEVA CONSTRUCCIN O EDIFICIOS EXISTENTES.
95
CAPTULO 7 MEDICIONES Y ANALISIS DE RESULTADOS
7.1 INTERPRETACIN DE LAS MEDICIONES DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO...
96 7.2 MEDICIONES DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO (MTODO WENNER).
96 7.3 MEDICIN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA (MTODO DEL 62%)...
105
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
V
CAPTULO 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1 CONCLUSIONES
110 8.2 RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS
111 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.
112
LISTA DE FIGURAS
CAPTULO 2 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
PAG. FIGURA 2.1 Electrodo nico de conexin a tierra
16 FIGURA 2.2 Varios electrodos conectados entre s.
16 FIGURA 2.3 Red de mallas..
17 FIGURA 2.4 Placa de conexin a tierra..
.
17
FIGURA 2.5 Sistema de tierras 18 FIGURA 2.6 Curva de efectos de la corriente elctrica
26
FIGURA 2.7 Sistema no conectado a tierra (peligroso)... 29 FIGURA 2.8 Conexin a tierra a travs del neutro
29 FIGURA 2.9 Uso del cable de tierra
30
FIGURA 2.10 Curva de resistencia contra dimetro del electrodo. 34
FIGURA 2.11 Curva de resistencia contra longitud del electrodo.. 35 FIGURA 2.12 Electrodo de puesta a tierra con tratamiento qumico.
38
CAPTULO 3
RESISTIVIDAD DE LA TIERRA
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
FIGURA 3.1 Muestra la corrosin en el electrodo. 52
FIGURA 3.2 Variacin de la resistividad en funcin de la temperatura.
55 FIGURA 3.3 Variacin de la resistividad respecto a estaciones del ao......
57
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
VI
CAPTULO 4 MTODOS DE MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD Y LA RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
FIGURA 4.1 Disposicin de los electrodos en el mtodo de Wenner
62 FIGURA 4.2 Disposicin de los electrodos en el mtodo de Schlumberger.
62 FIGURA 4.3 Disposicin de los electrodos de potencial (P) y de corriente (C)......
63 FIGURA 4.4 Disposicin de los electrodos de potencial (P) y de corriente (C)......
65
FIGURA 4.5 Mtodo de la tierra conocida.. 66 FIGURA 4.6 Mtodo de las tres puntas......
66 FIGURA 4.7 Mtodo de la cada de potencial
68 FIGURA 4.8 Exposicin a Tensin de contacto
70 FIGURA 4.9 Exposicin a tensin de paso
72
CAPTULO 5 CARACTERISTICAS DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
FIGURA 5.1 Partes del telurmetro digital modelo 4630..
75
FIGURA 5.2 Diagrama elctrico del mtodo de los tres puntos.
78
FIGURA 5.3 Diagrama fsico del mtodo de los tres puntos .....
78
FIGURA 5.4 Muestra la conexin elctrica de los electrodos. 79
FIGURA 5.5 Diagrama fsico del mtodo de los cuatro puntos..... 80
FIGURA 5.6 Esquema de conexiones para medir acoplamiento entre dos tomas de tierras
81
CAPTULO 6 PUESTA A TIERRA EN EDIFICIOS
FIGURA 6.1 Esquema de un sistema de puesta a tierra en un edificio destinado principalmente a viviendas.....
85 FIGURA 6.2 Puntos de puesta a tierra
87 FIGURA 6.3 Elementos a conectar a los puntos de puesta a tierra..
90 FIGURA 6.4 Conexin de las estructuras metlicas.
94 FIGURA 6.5 Medicin con electrodos auxiliares con bayetas hmedas......
95
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
VII
CAPTULO 7 MEDICIONES Y ANALISIS DE RESULTADOS
FIGURA 7.1 Plano del lugar donde se llevaron a cabo las mediciones
96
FIGURA 7.2 Grficas obtenidas de la medicin 1.
97
FIGURA 7.3 Grficas obtenidas de la medicin 2.
98
FIGURA 7.4 Plano del lugar donde se llevaron a cabo las mediciones
100
FIGURA 7.5 Grfica obtenida de la medicin 1.
101
FIGURA 7.6 Grfica obtenida de la medicin 2.
102
FIGURA 7.7 Grfica obtenida de la medicin en el campo de la ECB..
104
FIGURA 7.8 Plano del lugar donde se llevaron a cabo las mediciones. 105
FIGURA 7.9 Esquema de la subestacin ESIME-IPN..
109
LISTA DE TABLAS
CAPTULO 2 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA PAG. TABLA 2.1 Calibre de los conductores para puesta a tierra de equipos...
TABLA 2.1 Calibre de los conductores para puesta a tierra de equipos y
canalizaciones
24
TABLA 2.2 Sensibilidad al paso de electricidad entre las manos.. 43
TABLA 2.3 Sensaciones de la electrificacin entre brazos y piernas 44
TABLA 2.4 Resistencia elctrica de zapatos.
45
CAPTULO 3 RESISTIVIDAD DE LA TIERRA
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
TABLA 3.1 Resistividad tpica de diferentes terrenos..
49
TABLA 3.2 La resistividad debido a la corrosin en el suelo.. 52
TABLA 3.3 Naturaleza del terreno...
53
TABLA 3.4 Variacin de la resistividad con respecto a la temperatura.
TABLA 3.4 Variacin de la resistividad con respecto a la temperatura.
TABLA 3.4 Variacin de la resistividad con respecto a la temperatura.
55
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
VIII
CAPTULO 5 CARACTERSTICAS DEL MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA
TABLA 5.1 Caractersticas funcionales del Telurmetro...
82
TABLA 5.2 Condiciones de referencia.
83
TABLA 5.3 Resistencia.. 83
CAPTULO 7 MEDICIONES Y ANLISIS DE RESULTADOS
TABLA 7.1 Resultado de las mediciones (medicin 1). 97
TABLA 7.2 Resultado de las mediciones (medicin 2).
98
TABLA 7.3 Resultado de las mediciones (medicin 3). 99
TABLA 7.4 Resultado de las medicin 1.
100
TABLA 7.5 Resultado de las medicin 2.
101
TABLA 7.6 Resultado de las mediciones realizadas en el campo a un costado de la ENCB..
103 TABLA 7.7 Resultado de las mediciones realizadas en el campo a un costado de la ENCB.
103 TABLA 7.8 Resultado de las mediciones para el electrodo 1..
105
TABLA 7.9 Resultado de las mediciones para el electrodo 2..
106
TABLA 7.10 Resultado de las mediciones para el electrodo 3
106
TABLA 7.11 Resultado de las mediciones para el electrodo 2 usando electrodos hmedos
107 TABLA 7.12 Resultado de las mediciones para el electrodo 3 usando electrodos hmedos 107
TABLA 7.13 Resultado de las mediciones para el electrodo auxiliar 108
TABLA 7.14 Resultado de las mediciones para la estructura.
108
TABLA 7.15 Resultado de las mediciones para la malla ciclnica.
109
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 1
CAPTULO 1
INTRODUCCIN
1.1 INTRODUCCIN
Definicin.
La ingeniera de puesta a tierra es la tecnologa de la accin que se ocupa de la
aplicacin de conocimientos cientficos y tecnolgicos sustantivos, pero tambin
de conocimientos empricos comprobados dirigidos hacia la eficiente, segura y
econmica utilizacin de la tierra como elemento elctrico para fines diversos [1].
La ingeniera de puesta a tierra se ocupa del eficiente, seguro y econmico
traspaso de corrientes elctricas, de diversa naturaleza, hacia la tierra en las
instalaciones elctricas [2].
Su trascendencia radica en procurar seguridad para los seres vivos, personas y
animales, que se encuentren sobre o en las cercanas de un sistema de tierra de
una instalacin elctrica durante un eventual traspaso de corriente hacia la tierra,
pero tambin en beneficio sobre el grado de eficiencia de los procesos tcnicos
involucrados y, por supuesto, en el monto de los recursos necesarios para la
realizacin de las instalaciones de puesta a tierra [1].
El factor social (la seguridad de los seres vivos) es preocupacin primordial al
disear cualquier sistema de tierra, ya sea de servicio o de proteccin. El sistema
debe ser planeado tomando en cuenta las exigencias de seguridad.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 2
1.1.1 Fundamentos cientficos y tecnolgicos de la ingeniera de puesta a
tierra
La ingeniera de puesta a tierra es una tecnologa de la accin ubicada dentro del
mbito de la electrotecnia, sin embargo como toda tecnologa de la accin, est
constituida con base a un cuerpo cientfico muy slido [1].
El cuerpo de conocimientos cientficos comprende elementos de distintas
disciplinas que caen dentro del dominio de las llamadas ciencias de la tierra, y
precisamente en la geologa, es sus ramas: geofsica y geoqumica [2].
La geofsica es la que participa con mayor peso con algunas de sus disciplinas,
como por ejemplo, el geomagnetismo, la geolectrica y la electricidad atmosfrica.
De particular inters para la ingeniera de puesta a tierra son la geoelctrica y la
electricidad atmosfrica. La geoelctrica se ocupa del estudio de todo lo
relacionado con la circulacin de la electricidad dentro de la tierra y de los
fenmenos elctricos y magnticos involucrados, por ello se puede considerar
como la tecnologa sustantiva vertebral de la ingeniera de puesta a tierra
Una instalacin elctrica de puesta a tierra es aquella instalacin elctrica que
tiene como misin derivar la corriente hacia la tierra, o bien establecer contacto
con ella, las corrientes involucradas pueden ser de naturaleza estacionaria, casi
estacionaria, de alta frecuencia o electromagntica en forma de impulsos,
corrientes que pueden ser originadas durante el funcionamiento de un sistema
elctrico hecho por el hombre o causado por un fenmeno natural [1].
Una instalacin de puesta a tierra se integra de tres elementos principalmente: de
un electrodo elemental que es el que ser enterrado, de conectores y de
conductor de tierra por donde fluir la corriente.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 3
1.1.2 Clasificacin de los sistemas de puesta a tierra
Se pueden dar varias clasificaciones de una instalacin de puesta a tierra pero se
enunciaran las ms generales:
La primera clasificacin es:
1) Instalacin artificial de puesta a tierra.- son aquellas puestas a tierra que se
construyen especficamente para tal fin, utilizando las diversas clases de
electrodos de puesta a tierra (picas, bandas, anillos, etc.).
2) Instalacin natural de puesta a tierra.- son en realidad elementos de otros
sistemas tcnicos por ejemplo, lneas de tuberas metlicas o de cables de
energa con cubierta conductora, cimientos (de estructuras metlicas, de
equipos elctricos etc.), vas frreas y hasta vas de agua que se
encuentren dentro del mbito de la instalacin que se desea proteger y/o en
su proximidad. Tales elementos metlicos as como el hormign y las vas
de agua se comportan como electrodos de tierra.
Otra clasificacin sera.
1) Instalacin de puesta a tierra de servicio.- Es la que se aplica para
satisfacer ciertas condiciones del servicio del sistema tcnico en cuestin
(puesta a tierra del punto estrella de un transformador de potencia).
2) Sistemas de tierras de proteccin.- Es considerable para asegurar que
durante el traspaso de corriente a tierra sus efectos fisiolgicos no daen a
los seres vivos que eventualmente estuviesen dentro del mbito del sistema
de tierra o en su proximidad en esos momentos [3,4,5].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 4
1.1.3 Elementos de un sistema de puesta a tierra
El elemento central de una instalacin de puesta a tierra es el electrodo, que es un
elemento metlico (fierro, acero, cobre. Aluminio, etc.), por medio del cual se
introduce la corriente a la tierra, los electrodos adoptan formas geomtricas bien
ensayadas para tal fin y son: semiesfera, picas (tubo, varilla, bastn, etc.), banda
(conductor, etc.), placa y anillo. Son componentes importantes, por supuesto, los
conductores de tierra (los que unen al elemento por proteger con el electrodo), los
conductores colectores (lneas conductoras que unen a varios electrodos para la
operacin en paralelo), as como los conectores de unin (que hacen factible la
unin correcta entre los diversos elementos del sistema de tierra) [1].
1.2 OBJETIVO:
Comprender y analizar el comportamiento del medidor digital de resistencia de
puesta a tierra modelo 4630 AEMC INSTRUMENT, por medio del cual se medir
la resistividad del suelo. Y realizar un estudio de un sistema de tierras y proponer
si son necesarias las mejoras correspondientes.
1.3 JUSTIFICACIN:
El sistema de puesta a tierra provee un camino de baja impedancia para drenar la
corriente de falla a tierra, corrientes de fuga y disturbios presentes en las redes de
energa elctrica.
Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener buenos niveles de
seguridad del personal, operacin de los equipos y desempeo de los mismos, ya
que si no se cuenta con un buen sistema de tierra, se presentan riesgos de sufrir
un accidente o dao a los equipos elctricos dentro de una instalacin elctrica,
ocasionadas por desbalanceo de fases, descargas atmosfricas, corrientes de
fuga, etc.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 5
Debido a la importancia que tiene un sistema de tierras dentro de una instalacin
elctrica, se presenta la necesidad de llevar a cabo un estudio del medidor digital
de resistencia de puesta a tierra, el cual ayudara a proponer sistemas de tierras
seguras ya que se estar garantizando que los sistemas elctricos estn
slidamente aterrizados. Y as proponer mejoras en sistemas de tierras ya
existentes.
1.4 ANTECEDENTES HISTRICOS
A pesar de que la tierra ha sido elemento elctrico desde hace millones de aos,
tanto su reconocimiento como su utilizacin en los sistemas tcnicos construidos
por el hombre son muy recientes. Para las primeras civilizaciones la nica
manifestacin elctrica perceptible, la electricidad atmosfrica, estuvo siempre
ligada a supersticiones, a la mitologa y a la religin. Sin embargo, cuando se
investigaba dentro del periodo de gestacin de la ciencia elctrica, se observa que
ya desde entonces los hombres se interesaron en las posibles aplicaciones de
electricidad y de sus efectos en los diversos aspectos de su vida diaria y se puede
considerar que en los experimentos de hombres, prcticamente sin facilidades,
pero con mente inquisitiva, como S. Gray, H. F. Weber, C. A. Steinheil, entre otros,
se encuentran las races de la tcnica de la puesta a tierra, cuyos aspectos
esenciales siguen siendo el estudio del comportamiento de la tierra como
conductor y polo elctrico, as como de sus efectos tanto benficos como nocivos.
En la mente inquisitiva de Stephen Gray, despus de haber llevado a cabo, el 14
de julio de 1729, el experimento de la conduccin de electricidad a travs de un
cordn de cableado de 650 pies de longitud, surgi la pregunta de Qu suceder
cuando se usa a una persona como conductor de la electricidad? El 16 de julio de
1731, realiz tal experimento, utilizando a un adolescente como conductor; y en
1732, repiti el ensayo, pero usando esta vez a dos jvenes en serie como
conductor.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 6
Por su parte en 1883, Carl August Steinheil lleg a comprobar que la tierra
conduca la electricidad y que por tanto, poda ser utilizado como circuito de
retorno de esta, lo cual ayudo en el desarrollo de la telegrafa por hilo. Se puede
pensar que con ello se inicia la tcnica de la puesta a tierra dentro del dominio de
las comunicaciones elctricas.
Del grupo de los hombres que continuaron indagando los efectos de la corriente
elctrica por el cuerpo humano, destaca el doctor H.F. Weber, quien en 1897, en
la ciudad de Zurch, con inaudito atrevimiento en el mismo llevo a cabo una serie
de experimentos trascendentes acerca de los efectos de la electricidad sobre el
cuerpo humano en funcin del tiempo que permaneca la corriente. Tales trabajos
se consideran ya investigaciones, vlidas para servir como bases en las
prescripciones sobre la puesta a tierra dentro de las instalaciones elctricas de la
asociacin de electrotcnicos alemanes del ao 1904.
En las redes elctricas el desarrollo sistemtico, cientfico y tcnico de la puesta a
tierra se inicia, prcticamente, con la aparicin de un gran nmero de
investigadores, predominantemente de origen alemn, ingles y estadounidense,
estos identificaron varios problemas particulares de la puesta a tierra en los
sistemas elctricos, con lo que se fue integrando a las tcnicas de la puesta a
tierra dentro del mbito de la ingeniera elctrica.
Franz Ollendorf, sin duda es el investigador ms completo y formal, no solo abordo
ciertos problemas particulares de puesta a tierra, sino que tambin se empeo en
organizar de manera coherente todo el sistema problemtico cientfico involucrado
(geologa, geofsica, teora de la electricidad y matemticas), exponindolo en un
magnfico libro en lengua alemana (Erdstroeme: corrientes telricas, editado en
Berln en 1928. Este libro es considerado hasta la fecha un clsico, ya que en l
se encuentra una teora cientfica y/o tecnolgica sustantiva de alto nivel que
fundamenta a la tcnica de puesta a tierra en todas las regiones y campos de la
electrotecnia, es decir, en corriente continua, en corriente alterna de baja
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 7
frecuencia, en corriente alterna rpida y/o de alta frecuencia, as como en corriente
que se propaga como onda electromagntica de impulso.
Por su parte, Walter Koch, adems de abordar diversos problemas particulares de
aplicacin de la puesta a tierra dentro del mbito de las corrientes intensas,
escribi un libro sobre la puesta a tierra en instalaciones de corriente alterna con
voltajes superiores a 1 kV, en lengua alemana, editado en Berln, en 1949. Koch
describe en su libro, de manera estricta, los aspectos tcnicos esenciales
relacionados con la puesta a tierra en las instalaciones, abordando el anlisis con
un tratamiento menos riguroso que el desarrollado por Ollendorf, y ms orientado
hacia los fines prcticos (o de ingeniera) de la puesta a tierra en tales
instalaciones
Se realiz el estudio de las aplicaciones del medidor digital de resistencia
de puesta a tierra modelo 4630, para realizar mediciones de resistencia en
sistemas de puesta a tierra y resistividad del terreno, en las instalaciones de
la ESIMEZ-IPN.
[1,3,4,5,6].
1.5 APORTACIONES DE LA TESIS
Se presenta una metodologa de anlisis para mediciones de resistividad
del terreno y mediciones de puesta a tierra.
1.6 LIMITACIONES Y ALCANCES
Limitaciones
Debido a que el equipo utilizado es propiedad de la ESIMEZ, IPN. No se
autoriz la salida del equipo para poder realizar mediciones, fuera de la
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 8
institucin, para as poder realizar otro tipo de mediciones tanto de puesta a
tierra como de resistividad del terreno.
Alcances
El estudio del medidor digital de resistencia de puesta a tierra 4630,
permiti conocer las aplicaciones de dicho equipo, con el fin de llevarlas a
la prctica.
Se realizaron las mediciones con el medidor digital de resistencia de puesta
a tierra 4630, en las instalaciones de la ESIMEZ, IPN.
Se pudo conocer las condiciones de resistividad del terreno, as como la
resistencia de puesta a tierra, por medio de un anlisis de las mediciones
que se obtuvieron.
1.7 ESTRUCTURA DE LA TESIS
En el captulo 1 se presentan los antecedentes e importancia de estudiar
los sistemas de puesta a tierra.
En el captulo 2 se presentan los conceptos bsicos y la importancia de
puesta a tierra. Adems son presentados algunos mtodos para mejorar la
resistencia de puesta a tierra.
En el captulo 3 se presentan los diferentes tipos de suelo que se pueden
encontrar sobre la corteza terrestre y como afecta la resistividad del terreno
a los sistemas de puesta a tierra. Posteriormente se presentan algunos
mtodos para reducir la resistividad del terreno.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 9
En el captulo 4 se presentan los mtodos de medicin, tanto para medir la
resistividad del suelo como la resistencia de puesta a tierra.
En el captulo 6 se presentan las caractersticas del medidor digital de
puesta a tierra, as como las mediciones que se pueden realizar con el
medidor.
En el captulo 7 se presentan las mediciones realizadas, as como el
anlisis de resultados tanto para la resistencia de puesta a tierra como la
resistividad del terreno.
El captulo 8 contiene las conclusiones, logros obtenidos durante el
desarrollo de este trabajo y adems los trabajos futuros que podrn
abordarse en esta lnea de investigacin.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 10
CAPTULO 2 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
2.1 INTRODUCCIN
En este captulo se presenta la importancia de la puesta a tierra, para proteger al
equipo y al personal que trabaje cerca de alguna instalacin de mediana o alta
tensin, se presentan los tipos de electrodos que hay como son; las placas, mallas
y electrodos de tierra.
Se describe cada una de las partes que conforman un sistema de puesta a tierra
como son, el electrodo en s, el conductor de tierra y los conectores de union.
Se destacan las caractersticas de los diferentes mtodos para bajar la resistencia
del terreno, como son los de usar varillas de mayor dimetro, y cuando la
resistencia del terreno es muy grande y los mtodos antes mencionados no se
pueden utilizar, o no son suficientes, se puede utilizar otro mtodo que consiste en
usar qumicos, estos qumicos se riegan alrededor del electrodo de tierra, lo que
ocasiona que la resistencia del terreno disminuya.
Se muestran las curvas de las consecuencias que son mortales para el hombre,
de las cuales se tiene que para una corriente mayor de 50 mA en tiempos
relativamente cortos
2.2 CONCEPTOS BSICOS DE LA PUESTA A TIERRA
Se asume que el planeta tierra tiene un potencial cero, que puede ser un
excelente o psimo conductor elctrico, esto depender del grado de humedad,
del tipo de terreno que puede ser orgnico, arenoso, arcilloso, rocoso, roca
volcnica, etc.
Al asumirse que el planeta tierra tiene un potencial cero, todas las partes metlicas
que normalmente no transportan energa elctrica de los equipos elctricos, deben
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 11
de igualarse al potencial del planeta tierra, para que no exista una diferencia de
potencial que pudiera representar un peligro al los seres humanos.
El objetivo de la puesta a tierra de un sistema elctrico o la conexin intencional
del conductor de una fase o el neutro a tierra es:
Estabilizar el potencial a tierra.
Proveer un camino para que circule la corriente de falla a tierra, lo cual
permitir que los dispositivos de proteccin contra sobrecorriente operen
para liberar la falla.
El control del potencial a tierra reduce el peligro de las descargas elctricas en las
personas que estn en contacto con conductores energizados [7].
Conductor de puesta a tierra; conductor utilizado para conectar un equipo o el
circuito puesto a tierra de un sistema de alambrado al electrodo o electrodos de
puesta a tierra.
Conductor de puesta a tierra de los equipos; conductor utilizado para conectar las
partes metlicas no conductoras de corriente elctricas de los equipos,
canalizaciones u otros envolventes al conductor del sistema puesto a tierra, al
conductor del electrodo de puesta a tierra ambos, en los equipos de acometida o
en el punto de origen de un sistema derivado separadamente[8,14].
Conductor puesto a tierra; conductor de un sistema o circuito intencionadamente
puesto a tierra [8].
2.3 IMPORTANCIA DE PUESTA A TIERRA
El objetivo de un sistema de tierras en una instalacin elctrica, es proporcionar
una superficie debajo del suelo y alrededor de la instalacin, que tenga un
potencial tan uniforme como sea posible, y lo ms prximo a cero, o al potencial
absoluto de la tierra, todo esto con el fin de asegurar que:
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 12
Todas las partes de los aparatos (distintas de las partes vivas), que se
conecten al sistema de tierras (a travs de conductores de puesta a tierra),
estn al potencial de tierra.
Los operadores y personal de la instalacin, estn siempre al potencial de
tierra.
Recientemente, el concepto de un buen sistema de tierras, ha sido el de obtener
una resistencia de tierra tan baja como sea posible. Sin embargo, en sistemas
donde las corrientes de falla son excesivamente altas, resulta difcil, mantener
potenciales a tierra dentro de los lmites de seguridad, aunque la resistencia de
tierra se mantenga baja.
Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener buenos niveles
de seguridad del personal, operacin de los equipos y desempeo de los mismos.
En sistemas de potencia la puesta a tierra mantiene la referencia necesaria, la
forma en que el sistema se conecta a tierra pueden tener un gran efecto en la
magnitud de las tensiones de lnea a tierra que deben ser mantenidos en las
condiciones normales y bajo condiciones transitorias. En sistemas no puestos a
tierra, algunas tensiones pueden provocar fallas en el aislamiento de equipos y
sistemas. La puesta a tierra del neutro del sistema permite la operacin de
sistemas de proteccin basados en la deteccin de corrientes que circulan por la
misma, despejndose as el circuito bajo falla [3].
La puesta a tierra de los equipos se refiere a la conexin intencional de las
carcasas bastidores o estructuras metlicas no portadores transmisores de
corriente de los mismos, para lograr los siguientes propsitos.
Mantener una diferencia de tensin baja entre las diferentes estructuras metlicas con lo que se busca resguardar al personal de cualquier choque
elctrico. En el momento de una falla de un elemento energizado a un
bastidor, por ejemplo, la tensin de dicho bastidor tiende a igualarse al del
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 13
conductor energizado, si el primero no est debidamente conectado a
tierra, constituye un serio peligro para el personal del rea, por supuesto,
esto debe combinarse con buenos relevadores de proteccin de falla a
tierra.
Contribuir a un mejor desempeo de los sistemas de proteccin.
Evitar incendios provocados por materiales voltiles o la combustin de gases al proveer un camino efectivo y seguro para la circulacin de
corrientes de falla y descargas atmosfricas y estticas y as eliminar los
arcos y elevadas temperaturas en los equipos elctricos, que pueden
provocar tales incendios.
Buen desempeo de equipos. En los sistemas o redes de computacin una buena puesta a tierra no solo mantiene la seguridad del personal y provee
un camino de baja impedancia para las corrientes de falla, sino que tambin
mantienen el mismo nivel de potencial de tierra en todas las unidades del
sistema, si estas estn conectadas entre si a tierra al mismo tiempo.
Estas son, entre otras, las razones de la necesidad de un buen sistema de puesta
a tierra [4,6].
La energa generada por descargas atmosfricas puede ingresar a las
instalaciones a travs de diversos medios, por impacto directo o por corrientes
inducidas. Esta energa busca su propio camino para llegar a tierra utilizando
conexiones de alimentacin de energa elctrica, de voz y de datos, produciendo
acciones destructivas ya que se supera la aislacin de dispositivos tales como
plaquetas, rectificadores, etc. [3,4].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 14
Para evitar estos efectos, se deben instalar dispositivos que para el caso de
sobretensiones superiores a las nominales, formen un circuito alternativo a tierra,
disipando dicha energa a travs de un sistema de puesta a tierra apropiado que
asegure una capacidad de disipacin adecuada.
Otra fuente importante de disturbios son las redes de energa elctrica, debido a la
conmutacin de sistemas y grandes cargas inductivas.
Tener presente que una inadecuada o mala tierra puede empeorar la calidad
(relacin seal a ruido) de multiplexores, radios o sistemas de datos.
Descripcin:
Concretamente el sistema de puesta a tierra provee un camino de baja
impedancia para derivar a tierra corrientes de fuga y disturbios presentes en las
redes de energa, a travs de los dispositivos de protecciones especficos.
El tipo de sistema de puesta a tierra ser del tipo equipotencial, es decir todas las
distintas partes componentes del sistema (anillos, estructuras, caeras, etc.)
estarn vinculados de manera de asegurar la equipotencialidad entre ellas.
Un sistema de puesta a tierra con todos sus elementos asociados, provee de las
siguientes etapas de proteccin:
La proteccin del personal:
Para minimizar la diferencia de potencial entre los objetos metlicos y las
personas a fin de reducir el riesgo de choque elctrico debido a descargas
atmosfricas y corrientes de falla.
La proteccin y funcionamiento del equipamiento:
Para minimizar la diferencia de potencial entre todos los objetos metlicos y
proveer protecciones de equipamiento contra tensiones peligrosas y descargas
elctricas.
Para proveer potencial de referencia para equipo electrnico.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 15
Para brindar compatibilidad electrnica.
Para minimizar el efecto de disturbios elctricos en la operacin del
equipamiento por ruido [9].
La red de tierras de la instalacin conectada a la generacin ser independiente
de cualquier otra red de tierras. Se considerar que las redes de tierra son
independientes cuando el paso de la corriente mxima de defecto por una de
ellas, no provoca en las otras diferencias de tensin respecto a la tierra de
referencia, superiores a 10 V [6].
2.3.1 Sistemas de electrodos
Cuando la corriente de tierra no es muy intensa y el equipo o elemento por
conectar a tierra no estn muy separados entre s, ni de un electrodo de puesta a
tierra puede hacerse por medio de ese nico electrodo, con la forma geomtrica
ms conveniente, es decir, la que ofrezca mayor eficiencia y requiera de un
menor gasto, sin embargo, cuando, por el contrario, la corriente de tierra sea muy
elevada y todos los medios de servicio y elementos por conectar a tierra estn
muy desparramados sobre una superficie ms o menos extensa, se necesitan
utilizar varios electrodos (dos, tres,cuarenta, etc.), y conectar de manera que
trabajen en paralelo, integrndose de esta manera los llamados electrodos
mltiples (o compuestos). As, se integran sistemas de electrodos con un nico
tipo de electrodos elementales de diferentes tipos (electrodos, placas y anillos,
etc.) [1].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 16
2.3.2 Sistemas de conexin a tierra
Los sistemas simples de conexin a tierra fsica constan de un nico electrodo de
tierra fsica colocado en el terreno. El uso de un nico electrodo de tierra fsica es
la forma ms comn de realizar dicha conexin a tierra fsica, y puede encontrarse
fuera de su casa o lugar de trabajo.
Los sistemas complejos de conexin a tierra fsica constan de varias varillas de
conexin a tierra fsica conectadas entre s, de redes en malla, de placas de
conexin a tierra fsica.
Estos sistemas tpicamente se instalan en las subestaciones de generacin de
energa elctrica, oficinas centrales y sitios de torres de comunicacin. Las redes
complejas aumentan drsticamente la cantidad de contacto con la tierra
circundante, y disminuyen las resistencias de conexin a tierra fsica.
En las figuras 2.1, 2.2, 2.3 y 2.4 se muestran los diversos tipos de electrodos de
puesta a tierra:
FIGURA 2.1. Electrodo nico de conexin a tierra.
FIGURA 2.2. Varios electrodos conectados entre s.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 17
FIGURA 2.3. Red de mallas
FIGURA 2.4 Placa de conexin a tierra
2.3.3 Mallas
En la actualidad los sistemas de tierra, especialmente en las subestaciones
elctricas, adoptan la forma de una malla que contiene un nmero determinado de
pequeas mallas rectangulares, de conductores de tierra instalados en forma
horizontal, y conductores a electrodos (varillas), localizados a ciertos intervalos.
Los electrodos (varillas) se pueden usar o no, dependiendo del diseo de la malla
de tierra. Todas las estructuras metlicas y carcasas de equipos, incluyendo las
rejas metlicas en las reas de trabajo, se deben conectar por seguridad, a la
malla de tierra [5].
La malla consta de una red de conductores enterrados a una profundidad que
usualmente vara de 0,30 a 1,0 m, colocados paralela y perpendicularmente con
un espaciamiento adecuado a la resistividad del terreno y preferentemente
formando retculas cuadradas.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 18
ELECTRODOS
DE PUESTA A
TIERRA
CONDUCTORES
QUE FORMAN
LA MALLA
El cable que forma el permetro exterior de la malla debe ser continuo de manera
que encierre toda el rea en que se encuentra el equipo elctrico de la
subestacin o planta generadora. Con ello, se evitan altas concentraciones de
corriente y gradientes de potencial en el rea y terminales cercanas.
En cada cruce de conductores de la malla, stos deben conectarse rgidamente
con soldadura exotrmica entre s y en los puntos donde se conectan los equipos
que pudieran presentar falla o, en las esquinas de la malla, los conductores deben
conectarse a electrodos de varilla o tubo de 2,4 m de longitud mnima, clavados
verticalmente.
Los conectores empleados en la malla del sistema de tierras de una subestacin
deben ser de tipo de compresin o soldadles.
La norma oficial mexicana de instalaciones elctricas 2005 requiere de un sistema
enmallado de tierra con mltiples electrodos y conductores enterrados, cuando
estn involucradas tensiones y corrientes elctricas muy altas, con el fin de
minimizar los riesgos al personal en funcin de la tensin elctrica de paso y de
contacto.
En la figura 2.5 se muestra una malla con puntos de conexin por medio de los
electrodos en un sistema de tierras.
FIGURA 2.5. Sistema de tierras.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 19
Los cables empleados en las mallas de tierra son de: acero, acero inoxidable,
acero galvanizado, y cobre. Para evitar la corrosin galvnica en terrenos de baja
resistividad, algunas compaas elctricas desde el diseo utilizan en sus mallas
de tierras, cable de cobre estaado para bajar el potencial electronegativo entre
los diferentes metales.
El factor principal en la seleccin del material es la resistencia a la corrosin. El
cobre es el material ms utilizado porque es econmico, tiene buena
conductividad, es resistente a la corrosin y tiene un punto elevado de fusin
(1083 C).
2.4 CONDUCTORES DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA
Si es de calibre 4 AWG o mayor, no requiere de proteccin, excepto en casos
donde est expuesto a dao fsico severo. En caso de ser calibre 6 debe fijarse a
la construccin o, debe correr por un tubo conduit. Y, los calibres menores, deben
correr siempre por tuberas conduit. En el caso de las tuberas conduit, stas
deben ser elctricamente continuas; esto es, deben estar conectadas a tierra en
ambos extremos. Inclusive las que cubren el cable de puesta a tierra de las
acometidas residenciales.
Estos cables no deben ser de aluminio o de cobre con aluminio porque se corroen
cuando estn en contacto con la tierra o con el cemento. Por ello, la norma
mexicana de Instalaciones elctricas 2005 slo permite el uso de aluminio como
conductor desde una altura mnima de 450 mm sobre el suelo.
2.4.1 Conductores descendentes o de bajada
Cuando una Terminal area a interceptado un golpe de rayo, la corriente debe ser
transportada a tierra a travs de un camino de baja impedancia, esta funcin es la
que realizan los conductores de bajada.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 20
Hay dos tipos de conductores de bajada, los conductores principales que
conectan la punta con el electrodo directamente y los conductores secundarios
que conectan las puntas con conductores principales (ramificaciones). Cuando se
reduce el espaciamiento, aumentar el nmero de conductores de bajada que
pueden ser instalados, esto puede reducir el riesgo de descargas laterales, pero
tambin aumenta el costo de la instalacin, por lo que se debe tener una buena
razn para incrementar el nmero de conductores de bajada. Se considera una
distancia de 30 a 40 m, de un conductor a otro.
2.4.2 Red de terminales a tierra
Cuando un rayo ha sido interceptado por las terminales areas y conducido a
tierra por medio de conductores descendentes, la red de tierras tiene la funcin de
descargar esta corriente a tierra de manera segura y efectiva. Existen dos
aspectos que deben ser considerados. El primer aspecto a tratar es el de los
efectos de la resistencia tierra de un sistema de proteccin contra rayos, y el
segundo, en la distribucin de potencial sobre la superficie de la tierra que rodea el
edificio o instalacin.
Se debe considerar tambin que cuando un electrodo de tierra es sujeto a un
impulso de corriente, si el suelo donde est el electrodo es arenoso o con grava,
puede resultar una ruptura elctrica del suelo, por lo cual ste se puede considerar
como un aislador. La resistencia a tierra de una Terminal est considerada por el
valor hmico, que podemos determinar por medio de mediciones.
De acuerdo con la norma para instalaciones elctricas (NOM-001-SEDE-2005),
una trayectoria elctrica de tierra debe de tener los siguientes atributos:
a) Permanente y continua.
b) Tener capacidad para conducir en forma segura cualquier corriente de falla.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 21
c) Tener una impedancia suficientemente baja para limitar la tensin a tierra y
facilitar la operacin de los dispositivos de proteccin en el circuito.
d) La tierra no se deber usar como un conductor de tierra aislado.
2.5 CONEXIN A TIERRA
La conexin a tierra establece la tensin cero como referencia para un sistema de distribucin elctrico y provee proteccin para el sistema
elctrico y el equipo de tensiones superpuestos por descarga y contacto
con sistemas de alto voltaje. La Conexin a tierra previene la aparicin de
tensiones estticas y potencialmente peligrosas en un edificio.
El electrodo de tierra ms comn es una varilla de acero cubierta de cobre. La resistencia a tierra debe ser tan baja como sea posible, lo que dar un
buen funcionamiento al sistema de distribucin y una buena proteccin al
personal.
El neutro del sistema de distribucin se conecta a tierra en la entrada del servicio.
El neutro y la tierra tambin se conectan juntos al secundario del transformador en el sistema de distribucin, donde el secundario forma un
sistema aterrizado.
El propsito de poner a tierra los equipos es triple:
a) Para minimizar tensiones en equipo elctrico, protegiendo de esta manera
al personal, ante una descarga atmosfrica de una electrocucin al
contacto con el equipo.
b) Para proporcionar una trayectoria de baja impedancia de amplia capacidad
de conduccin de corriente, para garantizar la operacin rpida de los
dispositivos contra sobre corriente bajo condiciones de falla a tierra.
c) Para facilitar la operacin del equipo elctrico.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 22
Algunas de las normas de la NOM-001-sede-2005 relacionadas con instalaciones
elctricas (utilizacin), se presentan a continuacin:
Del Artculo 250 puesta a tierra
Los sistemas y los conductores de circuito son puestos a tierra para delimitar las
sobretensiones elctricas debidas a descargas atmosfricas, transitorios en la red
o contacto accidental con lneas de alta tensin, y para estabilizar la tensin
elctrica a tierra durante su funcionamiento normal. Los conductores de puesta a
tierra del equipo se unen al conductor puesto a tierra del sistema para que
ofrezcan un camino de baja impedancia para las corrientes elctricas de falla, y
que faciliten el funcionamiento de los dispositivos de proteccin contra
sobrecorriente en caso de falla a tierra.
Del artculo 250-3 sistemas de corriente elctrica continua (c.c)
Los sistemas de c.c de dos conductores que suministren energa al sistema de
alumbrado de usuarios, deben de estar puestos a tierra, a excepcin de que 1)
cuente con un detector de falla a tierra, 2) que el sistema funcione a menos de 50
V.
Del artculo 250-5 sistemas y circuitos de corriente alterna (c.a).
Los sistemas de circuitos de c.a deben de ser puestos a tierra, sobre todo si, 1)
cuando el sistema se est alimentando con un transformador que no este puesto
a tierra, 2) que el suministro del transformador exceda de 150 V a tierra, es
necesario conectar a tierra el neutro del sistema.
Del artculo 250-24 Sistemas puestos a tierra.
Cuando se suministre energa desde la misma acometida de corriente alterna a
dos o ms edificios o estructuras, el sistema puesto a tierra en cada edificio o
estructura debe tener un electrodo de puesta a tierra.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 23
Del artculo 250-84 Resistencia de electrodos de varillas, tuberas y placas.
Un electrodo que consista en una varilla, tubera placa, debe de tener una
resistencia a tierra menor a 25 o menor una vez enterrado, en caso que la
resistencia a tierra sea mayor que 25 debe de complementarse con uno o ms
electrodos adicionales para disminuirla.
Del Artculo 250-113 A los conductores y equipo.
Los conductores de puesta a tierra y los cables de puentes de unin se deben de
conectar mediante soldadura exotrmica, conectores a presin aprobados,
abrazaderas u otros medios tambin aprobados.
Del Artculo 200 Uso e identificacin de conductor de puesta a tierra.
El conductor de puesta a tierra puede ser de color verde, una tubera de agua
puede usarse como conductor de puesta a tierra, el conductor puesto a tierra o
neutro debe ser de color gris, blanco o tener tres franjas anaranjadas, el neutro
debe ser de igual o mayor dimetro que de las fases en el sistema.
Del Artculo 921 puesta a tierra.
El sistema de tierras debe de consistir de uno o ms electrodos conectados entre
s, debe de tener una resistencia de tierra baja para minimizar los riesgos al
personal en funcin a la tensin elctrica de paso y de contacto se considera un
valor aceptable de 10 ; en terrenos con alta resistividad este valor puede llegar
hasta de 25 .
Los sistemas con un solo electrodo deben de utilizarse cuando la resistencia a
tierra no exceda los 25 en las condiciones ms crtica s, para instalaciones
subterrneas el valor recomendado de la resistencia a tierra es de 5 . [8]
Del Artculo 250-91 conductor del electrodo de puesta a tierra.
El conductor de puesta a tierra debe de ser de cobre o de otro material, el material
elegido debe de ser resistente a la corrosin que pueda producirse en la
instalacin, el conductor debe ser alambre o cable, aislado, forrado o desnudo y
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 24
debe de ser de un solo tramo continuo, sin empalmes o uniones, se permiten
empalme en las barras conductoras.
El conductor del electrodo de puesta a tierra debe de estar sujeto slidamente, el
calibre de tal conductor debe ser mayor a 21,2 mm2 (4 AWG) en aluminio y en
cobre de 2,08 mm2
Capacidad nominal o ajuste del
dispositivo de proteccin contra
sobrecorriente ubicada antes del equipo conductor.
(14 AWG) [8].
TABLA 2.1 Calibre de los conductores para puesta a tierra de equipos y canalizaciones.
Calibre del conductor de puesta a tierra
(AWG o MCM)
Cobre Aluminio
15 14 12
20 14 12
30 12 10
40 10 8
60 10 8
100 8 6
200 6 4
400 4 2
600 2 2/0
800 1/0 3/0
1000 2/0 4/0
1200 3/0 250 MCM
1600 4/0 350
2000 250 MCM 400
2500 350 500
3000 400 600
4000 500 800
5000 700 1000
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 25
2.5.1 La conexin a tierra en las instalaciones
Los efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano, dependen esencialmente
de los siguientes factores:
La intensidad de corriente.
El tipo de corriente (continua, a la frecuencia industrial o de 60 Hz, o bien
corrientes de alta frecuencia).
La trayectoria seguida por la corriente en el cuerpo.
Las condiciones del individuo en el momento del contacto.
Como se puede observar, algunos de los factores mencionados no son de fcil
valoracin; por lo que no es posible establecer reglas rigurosas. Como medida
orientativa, se pueden elaborar curvas de peligrosidad de la corriente, en donde se
relaciona el tiempo de contacto tolerable, en funcin de la corriente.
En la curva de la figura 2.6 se observan las consecuencias de tener contacto con
las partes metlicas con tensin; ya que por ejemplo, corrientes mayores de 50
mA, y tiempos correspondientes a la zona 2 de la grfica, pueden tener
consecuencias mortales para el hombre.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 26
2
1
TIE
MP
O (
SE
G)
100010010
0.0
0.1
1
10
CORRIENTE (mA)
FIGURA 2.6 Curva de efectos de la corriente elctrica.
Es conveniente tambin, hacer notar que la resistencia elctrica del cuerpo
humano, es muy variable (de uno cientos hasta miles de ohms); por lo que los
valores de tensin que aplicados al cuerpo humano se consideran peligrosos, se
deben definir en forma conservadora. Las instalaciones de puesta a tierra, y el
empleo de protecciones adecuadas y coordinadas, constituyen el medio principal
para limitar dicha tensin [9].
2.5.2 El tamao o extensin del sistema de tierras
Este es un factor importante, ya que si el sistema es muy pequeo para manejar
grandes corrientes de falla, puede existir gradiantes de potencial sobre la
superficie, haciendo riesgoso esto para el contacto. En forma ideal, la resistencia
de un sistema de tierras debera ser cero ohms para reducir cualquier tensin o
gradiente de potencial, debido a las corrientes de fuga esto es prcticamente
imposible [9].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 27
2.5.3 Control del ruido
El control de ruido incluye a los transitorios de todas las fuentes, esto es donde la
conexin a tierra es relacionada con la calidad del servicio elctrico.
El objetivo primario de la conexin a tierra para el control de ruido es crear un
sistema de tierra equipotencial, las diferencias de potencial entre diferentes puntos
de tierra pueden producir esfuerzos dielctricos en los aislamientos, creando
corrientes de tierra circulantes en los cables de baja tensin e interferencia con el
equipo sensible, que puede ser aterrizado en puntos mltiples. La igualacin de
las diferencias de tensiones a tierra entre a las partes de un procesador de datos
automticos se hace cuando los equipos conectados a tierra estn conectados al
punto de tierra de una fuente de alimentacin nica. Sin embargo, si la longitud de
los conductores de tierra es grande, es difcil lograr un potencial constante,
particularmente para el ruido de alta frecuencia.
Los equipos de procesadores de datos automticos y microprocesadores
controlados, operan a altas frecuencias (a menudo arriba de los 10 MHz)
transfieren datos entre varias partes del equipo a altas frecuencias y bajos niveles
de seal. A causa de esto, ellos son muy sensibles al ruido e interferencia.
El ruido puede afectar la operacin del quipo sensible, puede alcanzar frecuencias
de corriente directa al hasta valores de GHz. Para la operacin correcta, esos
tipos de equipos necesitan una manera efectiva de conexin a tierra para las dos
frecuencias (alta y baja).
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 28
2.5.4 Conexin a tierra del equipo
Los usuarios de las instalaciones elctricas, ya sean residenciales, industriales o
comerciales, as como para otras instalaciones, como es el caso de hospitales,
centros de cmputo, etc., estn tocando constantemente el equipo elctrico, o los
equipos que hacen uso de dispositivos elctricos; como es el caso de
herramientas como taladros, soldadoras elctricas, etc., debido a que los voltajes
y corrientes asociados con estos equipos, pueden exceder los valores que el
cuerpo humano es capaz de soportar en caso de presentarse alguna falla en los
equipos mencionados anteriormente; por lo que es necesario adoptar
precauciones especiales para garantizar que el equipo, tenga las condiciones de
seguridad requeridas. Y una de ellas es conectando los equipos elctricos a tierra.
Interruptor de circuito por falla a tierra; dispositivo diseado para la proteccin de
personas, que funcionan para desenergizar un circuito o parte del mismo, dentro
de un periodo determinado, cuando una corriente elctrica a tierra excede un valor
predeterminado, menor que al necesario para accionar el dispositivo de proteccin
contra sobrecorriente del circuito de alimentacin [8].
Para comprender los aspectos de la seguridad en las instalaciones elctricas, se
puede comenzar con un sistema bsico en baja tensin, monofsico a 127 volts.
Consideremos un motor elctrico que forma parte de un equipo, que est dentro
de una cubierta metlica no conectada a tierra. El neutro se encuentra
slidamente conectado a tierra, en el punto de alimentacin de la compaa
suministradora.
Si una persona toca la cubierta metlica nada suceder, si la instalacin est
operando correctamente; pero si por ejemplo, el asilamiento de los devanados
falla, la resistencia Re entre el motor y la cubierta metlica, puede reducir su valor
de varios megohms a solo algunos cientos de ohms o menos; de manera que una
persona con una resistencia RK, puede a completar el circuito cerrando la
trayectoria de la corriente.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 29
Si el valor Re es pequeo (lo cual puede suceder), la corriente IK
M
CA
Re
Rk
LINEA
NEUTRO
S
ALIMENTACION
127 V
Ik
CUBIERTA
METALICA
Ik
Ik
Ik
puede ser
grande y resultar peligrosa, como se muestra en la figura 2.7.
FIGURA 2.7 Sistema no conectado a tierra (peligroso).
La situacin potencialmente peligrosa, se puede remediar si se conecta a tierra la
cubierta metlica; es decir, en este caso al neutro que se encuentra aterrizado;
ahora la corriente IK
M
CA
Re
Rk
LINEA
NEUTRO
S
ALIMENTACION
127 V
Ik
CUBIERTA
METALICA
CONEXIN A
TIERRA
Ik
circular del motor a travs de la cubierta, y regresara por el
neutro; pero la cubierta permanece al potencial de la tierra, y en consecuencia la
persona no sufre ningn efecto, como se muestra en la figura 2.8.
FIGURA 2.8. Conexin a tierra a travs del neutro.
La solucin anterior de conectar a tierra la cubierta, a travs del neutro; puede
parecer segura, pero el problema es que el neutro puede quedar abierto, ya sea
en forma accidental o debido a una falla en la instalacin; para evitar este
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 30
M
CA
Re
Rk
LINEA
NEUTRO
S
ALIMENTACION
127 V
Ik
CUBIERTA
METALICA
CONEXIN A
TIERRA
Ik
problema, se acostumbra en algunas instalaciones elctricas, instalar un tercer
conductor llamado conductor de tierra, localizado entre la cubierta y la tierra del
sistema como se muestra en la figura 2.9 [9].
FIGURA 2.9 Uso del cable de tierra.
Despus de analizar los conceptos bsico de puesta a tierra se puede
concluir que:
Un transformador debe ser puesto a tierra para:
Estabilizar el nivel de tensin.
Proteccin contra descargas atmosfricas.
Proteccin de falla a tierra, en el lado de alta tensin.
La instalacin elctrica debe ser puesta a tierra para:
Proteccin contra descargas atmosfricas.
Proteccin contra falla a tierra a travs del puente de unin principal de los
conductores de puesta a tierra y de la continuidad elctrica de las
canalizaciones [7].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 31
2.6 SISTEMAS DE PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS
Las tensiones inducidas en los sistemas elctricos resultan del potencial existente
entre la nube y la tierra. Cuando se rompe el dielctrico entre la nube y la tierra se
desarrollara una corriente de descarga, estas corrientes van desde uno cientos de
amperes a ms de 50 kA, la duracin es rpida del orden de 50 a 100 s.
Los niveles grandes de corriente asociados a la descarga atmosfrica en la tierra
crean un volumen ionizante dentro de la tierra (regin ionizante). Esta regin es de
particular importancia en el impacto de la descarga atmosfrica sobre los circuitos
elctricos cercanos y/o de los cables conductores.
Las descargas elctricas entre nubes pueden inducir transitorios en los
conductores subterrneos o areos.
La proximidad de los equipos y circuitos a un evento de descarga atmosfrica
pueden producir campos electromagnticos destructivos a una distancia de 6 a 9
metros, debido a que los voltajes de descarga estn entre 5 a 40 kV [7].
Una manera de proteger a los equipos y circuitos elctricos, as como, al personal,
es por medio de los pararrayos y apartarrayos, los cuales se describen a
continuacin.
2.6.1 Pararrayos y Apartarrayos
Un pararrayo es aquel artefacto que normalmente est, ubicado en lo alto de un
edificio o una casa, tiene la funcin de dirigir al rayo junto con su enorme carga
elctrica hacia la tierra, a travs de un cable de bajada a fin de no causar dao, ni
a las personas, ni a los equipos elctricos.
El origen del pararrayos proviene de los experimentos de Benjamn Franklin,
realizados a mediados de siglo XVIII. A partir de uno de ellos se dio cuenta del
denominado efecto punta. Este efecto hace referencia a que las cargas
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 32
presentes en torno a un conductor no se distribuyen de modo uniforme, sino que
se juntan en las partes ms afiladas y puntiagudas de ste. De este modo, si un
objeto puntiagudo es sometido a una fuerte descarga elctrica como la que se
genera con el rayo proveniente de una nube de tormenta, entonces la carga se
acumular, sobretodo, en las partes puntiagudas del objeto. Este principio fue
utilizado por Benjamn Franklin para la construccin del primer pararrayos
funcional.
Las nubes que generan los rayos durante una tormenta estn cargadas
negativamente en su base, y la tierra que se encuentra bajo ellas est cargada de
manera positiva debido al efecto de induccin electroesttica. De esta forma, las
cargas negativas de las nubes de tormenta se repelen entre s, y son atradas por
la carga positiva de la tierra que se encuentra bajo ellas. As, debido a que un
pararrayos se encuentra conectado a la tierra a travs de un cable conductor, sus
electrones y los de la nube se repelen y queda cargado positivamente al igual que
la tierra bajo la nube.
El apartarrayo limita todas las sobretensiones hasta alcanzar tensiones residuales
no peligrosas. Existen sobretensiones en la red elctrica debido a dos fenmenos:
uno es por descarga atmosfrica que es un rayo, y los que son ocasionados por
maniobras de apertura y cierre de interruptores.
El apartarrayo es un elemento conectado a tierra firmemente que cuando detecta
esa sobretension, se rompe su rigidez dielctrica y drena la corriente a tierra de
dicha sobretension porque si dicha sobretension llega a algn equipo como un
transformador, lo daar, y ser un peligro para el personal que se encuentre
alrededor de la instalacin elctrica.
Los apartarrayos secundarios son dispositivos que brindan proteccin contra
eventos transitorios originados por la conexin y desconexin de cargas o bien por
la incidencia de descargas atmosfricas. Los transitorios asocian un pico de
tensin (V) y una gran cantidad de corriente (kA) en un tiempo muy corto (s) por
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 33
lo que son eventos que destruyen fcilmente los equipos electrnicos que
predominan en las instalaciones de hoy, como computadoras, televisores,
sistemas de sonido, hornos de microondas, reproductores de vdeo, etc. [12]
Algunas de las normas de la NOM-001-sede-2005 relacionadas con instalaciones
elctricas (utilizacin), se presentan a continuacin:
Del Artculo 250-42 Las partes metlicas expuestas y no conductoras de
corriente elctrica del equipo fijo que no estn destinadas a transportar corriente y
que tengan probabilidad de energizarse, deben ser puestos a tierra.
En el terreno o edificio pueden existir electrodos o sistemas de tierra para equipos
de cmputo, pararrayos, telefona, comunicaciones, subestaciones, apartarrayos,
entre otros, y todos deben de conectarse entre s.
Del Artculo 250-21 La corriente elctrica indeseable en los conductores de
puesta a tierra.
La puesta a tierra de los sistemas elctricos, circuitos, apartarrayos y elementos
metlicos de equipo y materiales que normalmente no conducen corriente, debe
realizarse de tal manera que se evite trayectorias que favorezcan la circulacin de
corrientes indeseables por los conductores de puesta a tierra.
Del Artculo 280 apartarrayos.
Un apartarrayo es un dispositivo protector que limita las sobretensiones
transitorias descargando o desviando la sobrecorriente as producida, y evitando
que continu el paso de la corriente elctrica, capaz de repetir esta funcin. Los
apartarrayos deben ser puestos a tierra lo ms directamente posible y deben de
cumplir con el calibre nominal, de 6 AWG en aluminio y de 14 AWG en cobre
como mnimos [8].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 34
2.7 MEJORAMIENTO DE LA RESISTENCIA A TIERRA
La NOM-001-sede-2005 permite para los sistemas con un electrodo nico que
conste de una varilla, tubera o placa, que tiene una resistencia a tierra de 25
ohms o menos.
En la prctica, cuando la resistencia del electrodo nico mencionado, excede del
valor buscado, esa resistencia se puede reducir de las siguientes maneras:
Usando una varilla de mayor dimetro.
Usando varillas ms largas.
Poniendo dos, tres o ms varillas en paralelo.
Tratando qumicamente el terreno.
2.7.1 Varillas de mayor dimetro
En la figura 2.10 se muestra el comportamiento de la resistencia respecto a dimetro del electrodo.
DIAMETRO EN PULGADAS (IN)
RE
SIS
TE
NC
IA E
N %
FIGURA 2.10 Curva de resistencia contra dimetro del electrodo.
Usando varillas de 19 mm (3/4 in) en lugar de varillas de 13 mm (1/2 in) se logra
una reduccin en la resistencia a tierra de hasta un 10% mximo. Muy poco en
realidad. Por lo anterior este es un mtodo ineficaz para disminuir la resistencia.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 35
2.7.2 Varillas ms largas
Para los casos donde las capas superiores de la tierra son de arena y donde a
gran profundidad se encuentra una capa de terreno hmedo, existen varillas que
se acoplan unas a otras para lograr longitudes hasta de 15 m.
Por lo general, doblando el largo, se obtiene una reduccin del 40% de resistencia
a tierra. Otra ventaja es que con el uso de varillas largas, se controla el gradiente
de potencial en la superficie.
Los electrodos de puesta a tierra de las subestaciones en c.d., son mucho ms
largos que los normalmente utilizados en corriente alterna. En la figura 2.11 se
muestra la variacin de la resistencia contra la longitud del electrodo.
Resis
ten
cia
en
Oh
ms
Profundidad en Pies
isaisssssseeeeeeeesssssssssssssssssssssssssss
s
FIGURA 2.11 Curva de resistencia contra longitud del electrodo.
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 36
2.7.3 Varillas en paralelo (electrodos mltiples)
El colocar varias varillas en paralelo es una manera muy efectiva de bajar la
resistividad. Pero, las varillas de tierra no deben ser colocadas muy cerca una de
otra, porque cada varilla afecta la impedancia del circuito, por los efectos mutuos.
De la NOM-001-SEDE-2005-250-83 dice que la distancia entre ellas o de cualquier
electrodo, no debe ser menos de 1,83 m, aunque se recomienda que estn
separadas ms del largo de cualquiera de ellas. Por ejemplo, dos varillas en
paralelo a 3 metros de distancia ofrecen una resistencia del 60% de la resistencia
a tierra de una sola de ellas. Pero, incrementando ese espaciamiento a 6 m, la
reduccin de la resistencia es del 50%.
Cuando se utilizan mltiples electrodos, la impedancia es mayor y cada electrodo
adicional no contribuye con una reduccin proporcional en la resistencia del
circuito. Por ejemplo, dos varillas reducen la resistencia al 58% de una sola,
mientras que 10 varillas apenas reducen ese valor al 10 %.
Es de observar que, muchas varillas cortas tienden a ser ms efectivas que unas
cuantas largas. Considere como ejemplo, un terreno de resistividad de 1000 ohm-
m. Una varilla de 25 cm da una resistencia a tierra de 300 ohm. Dos varillas de
25 cm dan una resistencia de 210 ohm. Esto es, 2/3 de la resistencia.
2.7.4 Electrodos qumicos
El problema de lograr una resistencia baja en la roca as como en otros suelos de
alta resistividad, est asociada con el material en contacto con el electrodo y la
compactacin que ste recibe al rellenar el agujero.
Los materiales utilizados van desde el cascajo del mismo agujero, lo que no es
recomendable por no poderse compactar. Arena, la cual tiene una alta resistividad
inherente. El cascajo con sal, la cual pierde efectividad despus de 5 a 7 aos por
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 37
perderse la concentracin original, adems de que la varilla como conector estn
en un ambiente corrosivo con los problemas inherentes.
El relleno ideal debe compactarse fcilmente, ser no corrosivo y a la vez buen
conductor elctrico. La bentonita es este relleno y es aceptada por la NOM-2005-
SEDE-250-83C [8].
La bentonita es una arcilla consistente en el mineral montmorillonita, un silicato de
aluminio, y tiene la particularidad de absorber hasta cinco veces su peso de agua
y de hincharse hasta 13 veces su volumen seco. La baja resistividad de la
bentonita es el resultado del electrolito formado por la adicin del agua con,
potasio, oxido de calcio, magnesio, y otras sales minerales encontradas en la
bentonita que permiten ionizarla formando un fuerte electrolito con un PH de 8 a
10.
Aparte de la bentonita existen otros mtodos qumicos ms. En el primero, en un
registro hecho de tubo de albaal, junto a la varilla se colocan unos 30 cm de
sulfato de magnesio o de sulfato de cobre, o de compuestos qumicos patentados
(THOR GEL, GEM, etc.).
Este mtodo es efectivo donde hay poco espacio como en banquetas o
estacionamientos.
El otro mtodo es excavar una zanja alrededor de la varilla y llenarla con unos 20
o 40 kg de los qumicos mencionados arriba, diluyendo con agua [3,6]. Como se
muestra en la figura 2.12
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 38
FIGURA 2.12 Electrodo de puesta a tierra con tratamiento qumico.
La primera carga dura unos 2 o 3 aos y, las posteriores an ms, por lo que el
mantenimiento es menos frecuente con el tiempo.
2.8 NATURALEZA DE LAS CORRIENTES TELRICAS
Las corrientes telricas o de tierra son las corrientes elctricas que se propagan a
travs de la tierra; pueden ser distinguidas, segn su naturaleza elctrica como
sigue:
1. estacionarias (corriente continua);
2. casi estacionarias o alternas lentas (corriente alterna de 50 a 60 Hz);
3. alternas rpidas o de alta frecuencia (utilizadas en las telecomunicaciones),
4. corrientes que se propagan como ondas electromagnticas de impulso
(corriente de rayo).
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 39
2.8.1 Orgenes de las corrientes telricas
Las corrientes telricas pueden ser causadas por fenmenos naturales, o bien, por
el funcionamiento de ciertos sistemas tcnicos creados por el hombre, dentro de
las primeras se tiene, por ejemplo, a las corrientes que son originadas por cambios
variables en el tiempo, las causadas por fenmenos meteorolgicos transitorios,
as como las excitadas de manera natural dentro de la tierra. Debido a las
oscilaciones en el tiempo del campo magntico de la tierra, se inducen en su masa
corrientes parasitas a escala global. El campo magntico estacionario en la tierra
provoca en las corrientes marinas y otras en similitud al movimiento de
conductores corrientes elctricas unipolares por induccin. Los fenmenos
elctricos transitorios entre la atmosfera y la masa de la tierra originan el
establecimiento de corriente elctrica entre ellas, lo que se manifiesta por medio
del rayo durante la tormenta.
Dentro de los sistemas creados por el hombre, en ciertos casos, por razones de
operacin, y en otros por circunstancias accidentales se derivan corrientes
elctricas hacia el suelo (superficie de la tierra considerada como soporte sobre el
cual se mueven los seres vivos o se asientan las cosas), o bien, se utiliza como
polo elctrico.
Dentro de los casos accidentales se puede mencionar al que se origina debido a
un defecto de aislamiento en los medios elctricos de servicio, en los sistemas
industriales o en las lneas areas de transporte de electricidad.
Por otro lado, la cada de rayos sobre lneas areas y otra clase de instalaciones
elctricas originan la derivacin de corrientes de impulso de elevada magnitud. [1]
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 40
2.8.2 Importancia y trascendencia de las corrientes telricas
El hecho de que la tierra conduzca corriente elctrica es de suma importancia para
los sistemas elctricos que el hombre construye, ya que participa de diversas
maneras en el proceso central del sistema particular. Sin embargo, los efectos
elctricos, magnticos, tcnicos y fisiolgicos que se originan durante el proceso
del traspaso y circulacin de la corriente a tierra son tambin trascendentes;
repercuten en la eficiencia y economa del sistema tcnico en cuestin, as como
en aspectos de seguridad para los seres vivos.
El proceso electroqumico que se presenta en la frontera de dos medios de distinta
naturaleza es trascendente en cuanto a que su efecto, la corrosin afecta no solo
la longevidad de ciertos elementos de las instalaciones de puesta a tierra, sino
tambin de otros elementos metlicos ubicados en su cercana, pero, de los
procesos naturales que dan lugar a las corrientes telricas, el relativo a los
fenmenos transitorios entre la atmosfera y la tierra es que tiene la mayor
trascendencia, pues el resultado de tal proceso puede llegar a ser devastador.
El valor de las intensidades de corriente que se traspasan a tierra puede llegar a
varias decenas de kA, adems no se puede conocer de antemano la magnitud de
la corriente ni el sitio exacto donde suceder el impacto del rayo. En principio toda
clase de estructuras, en particular las metlicas de gran altura, son sitios muy
probables de atraccin para los rayos. En la prctica se trata de utilizar varias
tcnicas que provoquen la descarga en ciertos lugares, en donde se pueda
controlar en cierta medida sus efectos, los cuales son de naturaleza elctrica,
magntica y trmica.
Estos producen altas tensiones que pueden llegar a daar a las personas que se
encuentren en el sitio del impacto o en su proximidad, incluso las solicitaciones por
las altas intensidades de corriente (trmicas y mecnicas) pueden tambin
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 41
ocasionar perjuicios a los medios elctricos de servicio y a diversos elementos de
las instalaciones.
Dentro del mbito de las corrientes de tierra artificiales, el campo tecnolgico de
las lneas areas de transporte de electricidad es uno de los ms trascendentes.
Por ejemplo, en el caso del transporte por medio de corriente continua con altos
voltajes, se pueden usar dos opciones fundamentales: 1) utilizar un conductor
metlico para el circuito de ida de la corriente, y para el circuito de retorno de la
corriente, usar la tierra. 2) utilizar dos conductores metlicos en la operacin
normal y, en caso de falla del aislamiento en una de las vas , utilizar la tierra como
circuito de retorno de la corriente, conducindose entonces, por supuesto, solo la
mitad de la potencia (esta es una de las ventajas de las lneas de corriente
continua en comparacin con las trifsicas de corriente alterna), en tal
circunstancia la tierra sustituye a uno de los conductores metlicos y, por lo tanto,
lo debe de hacer eficientemente y sin causar perjuicios ni a otros sistemas
elctricos ni a los seres vivos.
En los sistemas modernos de suministro de energa elctrica en corriente alterna
tanto en alta tensin como en baja tensin, una falla de aislamiento origina la
conexin a tierra cuando menos uno de los conductores activos, dando por
resultado el traspaso de la corriente de defecto a tierra, que servir entonces como
circuito de retorno hacia la(s) fuente(s) de la misma; la corriente de retorno puede
llegar a alcanzar magnitudes muy elevadas, en particular cuando se trata de
redes con el punto estrella puesta a tierra directa o indirectamente , tal hecho
causara disturbios en la distribucin de potencial entre las fases del sistema y a
toda la operacin de la lnea, originando la salida de servicio de la misma.
El defecto de aislamiento en los sistemas de distribucin de energa elctrica en
baja tensin, en servicios pblicos, comercios y casas habitacin, originan
corrientes de defecto de relativamente baja intensidad, pueden sin embargo, llegar
a daar hasta ocasionar la muerte a personas y/o animales, (una intensidad de 50
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 42
miliamperes es considerada peligrosa para el cuerpo humano), y una intensidad
de 100 miliamperes es mortal.
En instalaciones de puesta a tierra, en caso de avera la tensin de las masas
metlicas (estructuras metlicas que no son energizadas pero que pueden
conducir la corriente), no deben de exceder 50 volts en corriente directa y 25 volts
en corriente alterna, con el fin de prevenir consecuencias peligrosas para el
organismo humano.
De la NOM-SEDE-2005-291-18. La resistencia de electrodos de contacto no debe
de exceder de 10 [1,2].
2.8.3 Mecanismos del transporte de electricidad a travs de la tierra
En principio, la circulacin de la corriente elctrica a travs de la tierra es posible
gracias a su conductividad natural, y su caracterstica elctrica es la conductividad
( ), la cual puede representarse por medio de una magnitud escalar, que bien se
le puede considerar como un ndice de la facilidad del transporte de electricidad.
Adems, la conductividad de la tierra es de naturaleza microscpica, ya que su
magnitud depende de varios factores: la clase de roca, sus propiedades
fisicoqumicas y elctricas de su contenido de humedad y/o agua, del medio, de la
fisiogrfica, entre otros. En consecuencia, la conductividad de la tierra puede
variar entre muy amplios lmites aun tratndose de la misma naturaleza geolgica
y/o dentro de una zona delimitada de terreno [1,6].
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 43
2.8.4 Efectos fisiolgicos de las corrientes de tierra
Al circular la corriente de tierra por los electrodos se origina en ellos y en la tierra
que los rodea fenmenos de naturaleza elctrica, magntica y trmica. As por
ejemplo, desde el punto de vista de la seguridad para las personas, el potencial de
electrodo y su distribucin sobre el terreno son el problema por atender, ya que se
manifiesta como tensiones de contacto y de paso, en ellas si se encuentran en la
zona de influencia del sistema de tierra, tales tensiones no slo se pueden afectar
la salud, sino que puede causar la muerte. La disciplina tecnolgica de la
medicina que se ocupa de tales efectos es la electrofisiologa; y que a partir de
una larga serie de experimentos, algunas en personas y muchos en animales, se
ha determinado el grado de peligrosidad de la corriente sobre el cuerpo humano,
es decir, los valores de corriente y de tensin que son peligrosos para l, tales
magnitudes estn ya normalizadas y sirven de base para el diseo de los sistemas
de puesta a tierra [1].
TABLA 2.2 Sensibilidad al paso de electricidad entre las manos; tiempo de permanencia de la corriente: 1 segundo.
Corriente en mA Efecto
1 Moderado temblor o sacudimiento de los
msculos
2-4 Temblor de los nervios en los dedos
hasta el antebrazo
5-7 Ligera convulsin o contraccin en el
brazo
10-15 Sensacin desagradable, pero todava es
posible soltar los electrodos voluntariamente
19-22 Fuertes dolores en el brazo(ya no es
posible soltar los electrodos voluntariamente)
Mas, menos 30 Manos paralizadas, el dolor es
insoportable
50 Inicio del paro del aparato respiratorio
100 Inicio de la fibrilacin
50-100 Peligro de muerte!
-
MEDIDOR DIGITAL DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 4630
Pgina 44
TABLA 2.3 Sensaciones de la electrificacin entre brazos y piernas de personas.
Piernas Brazos
Sensaciones En Ma Sensaciones
- 0,91,12 Sensaciones directas en el
lugar de contacto
- 1,21,6 Cosquilleo en las manos, as
como hormigueo
- 1,62,2 Manos dormidas
- 2,22,8 Tambin sensacin en la
mueca de la mano
Apenas sensacin de cosquilleo abajo del tobillo
2,83,5 Ligero agarrotamiento en las
manos
Lo mismo hasta el tobillo 3,5..4,5
Fuerte agarrotamiento, sensacin como de cansancio desde el
antebrazo hasta el codo
constante comprensin en el tobillo
4,5..5 Convulsin en el antebrazo
intensa comprensin radiada desde el tobillo hasta 10 cm
arriba de el
57
Ligera contraccin en el brazo
inicio de la sensacin de convulsin en los tendones, pantorrilla y rodilla libre de
influencia
8
Manos contradas, con trabajo es posible soltarse
Contraccin en los pies, radiacin de la electrificacin
hasta la rodilla 15
Manos contradas, ya no es posible soltarse
Contraccin de la pantorrilla hasta la rodilla. Rodilla libre
25
Insoportable co
