Diseno de Pat Con Cemento Conductivo

DISEÑO DE PUESTAS TIERRA CON CEMENTO CONDUCTIVO

ENERO 2007

COLEGIO DE INGENIEROSCONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA

Introducción y Definiciones Teóricas

Los procedimientos para diseñar Sistemas de Puesta a Tierra (SPAT) se basan en conceptos tradicionales, pero su aplicación puede ser muy compleja. Los conceptos son ciencia, pero la aplicación correcta es un arte, ya que cada instalación es única en su localización, tipo de suelo, y equipos a proteger.

INTRODUCCIÓN

DESCARGA ELECTRICA O CHOQUE ELECTRICO

Zonas tiempo/corriente de los efectos de la corriente alterna (de 15 Hz a 100 Hz)sobre las personas según CEI 60479-1

DESCARGA ELECTRICA O CHOQUE ELECTRICO

Proteger a la persona de la electrocución es prioritario Lo realmente peligroso – por su valor o por su

duración – es la intensidad de la corriente que atravieza el cuerpo humano (especialmente el corazón).

IMPEDANCIA DEL CUERPO HUMANO

En baja tensión el valor de la impedancia del cuerpo humano, (en la que un componente importante es la resistencia de la piel) no cambia en la práctica más que en función del entorno:

Locales secos y húmedos Locales mojados

Para cada uno de estos casos, se ha definido una Tensión de seguridad, que es la Tensión de contacto máxima admisible durante al menos 5 segundos

IMPEDANCIA DEL CUERPO HUMANO

En la Norma CEI 60479, esta tensión de seguridad se llama Tensión límite convencional UL.

Las Normas CEI 60364, la UNE 20460 y la NF C 15-100 precisan que si la tensión de contacto (UC) tiene el riesgo de sobrepasar la tensión UL, la duración de la aplicación de la tensión de defecto debe limitarse mediante la actuación de dispositivos de protección.

CONTACTOS PELIGROSOS

Contacto directo

Contacto indirecto

SEVERIDAD DE UN CHOQUE ELECTRICO

INTERVENCIÓN MEDICA.PARALISIS REVERSIBLE,VUELVE A LA NORMALIDAD.QUEMADURAS,SHOCK NERVIOSO.

PARALISIS CARDIACA SIN FIBRILACIÓN.

MAYOR a 4 AMPERPELIGROS MEDIOS

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL,MEDICO,MASAJE CARDIACO.

DESMAYOS.QUEMADURAS.

GRAVE DEPRESIÓN CARDIACA Y RESPIRATORIA

250 a 3 AMPER

REPIRACIÓN ARTIFICIAL,MASAJE CARDIACO.

EFECTO MORTAL OJO DE GATO

FIBRILACIÓN VENTRICULAR IRREVERSIBLE EN 99.5% DE LOS CASOS

100 a 200

MORTALES

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL MASAJE CARDIACO.

DESCOORDINA EL CORAZON,ESPASMOS LARINGEOS.

UMBRAL DE FIBRILACIÓN VENTRICULAR.

70 a 100

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL MEDICO.

PELIGRO DE MUERTE,SALVO INTERVENCIÓN RAPIDA.

PARALISIS RESPIRATORIA Y CARDIACA REVERSIBLE.

25 a 70

PELIGROS

RETIRARLO CON AISLANTES.REPOSO Y CUIDADO.

NO PUEDE LIBERARSE ARRITMIAS CARDIACAS, FIBRICACIONES FUGASES DOLOR.

UMBRAL DE LAS CONTRACCIONES, FIBRILACIONES FUGACES,DOLOR.

9 a 25

NINGUNOHORMIGUEO Y SENSACIÓN MEDIANA NO DOLOROSA, PUEDE LIBERARSE.

UMBRAL Y AUMENTO DE LA PERCEPCIÓN

1 a 9SIN PELIGROS

NINGUNOIMPERCEPTIBLENINGUNOMENOR A

TRATAMIENTOSENSACION E INCIDENCIA

FENOMENO FISIOLOGICO

INTENSIDAD (mA)

INTERVENCIÓN MEDICA.PARALISIS REVERSIBLE,VUELVE A LA NORMALIDAD.QUEMADURAS,SHOCK NERVIOSO.

PARALISIS CARDIACA SIN FIBRILACIÓN.

MAYOR a 4 AMPERPELIGROS MEDIOS

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL,MEDICO,MASAJE CARDIACO.

DESMAYOS.QUEMADURAS.

GRAVE DEPRESIÓN CARDIACA Y RESPIRATORIA

250 a 3 AMPER

REPIRACIÓN ARTIFICIAL,MASAJE CARDIACO.

EFECTO MORTAL OJO DE GATO

FIBRILACIÓN VENTRICULAR IRREVERSIBLE EN 99.5% DE LOS CASOS

100 a 200

MORTALES

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL MASAJE CARDIACO.

DESCOORDINA EL CORAZON,ESPASMOS LARINGEOS.

UMBRAL DE FIBRILACIÓN VENTRICULAR.

70 a 100

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL MEDICO.

PELIGRO DE MUERTE,SALVO INTERVENCIÓN RAPIDA.

PARALISIS RESPIRATORIA Y CARDIACA REVERSIBLE.

25 a 70

PELIGROS

RETIRARLO CON AISLANTES.REPOSO Y CUIDADO.

NO PUEDE LIBERARSE ARRITMIAS CARDIACAS, FIBRICACIONES FUGASES DOLOR.

UMBRAL DE LAS CONTRACCIONES, FIBRILACIONES FUGACES,DOLOR.

9 a 25

NINGUNOHORMIGUEO Y SENSACIÓN MEDIANA NO DOLOROSA, PUEDE LIBERARSE.

UMBRAL Y AUMENTO DE LA PERCEPCIÓN

1 a 9SIN PELIGROS

NINGUNOIMPERCEPTIBLENINGUNOMENOR A

TRATAMIENTOSENSACION E INCIDENCIA

FENOMENO FISIOLOGICO

INTENSIDAD (mA)

DEFINICION DE PUESTA A TIERRA

Puesta a Tierra(Grounding o Earthing)

Grupo de elementos conductores equipotenciales, en contacto eléctrico con el suelo o una masa metálica de referencia común, que distribuye las corrientes eléctricas de falla en el suelo o en la masa.

Comprende electrodos, conexiones y cables enterrados.


Puesta a Tierra de los sistemas eléctricos

El propósito de aterrizar los sistemas eléctricos es para limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de los rayos, fenómenos de inducción o de contactos no intencionales con cables de voltajes más altos.

Se logra uniendo mediante un CONDUCTOR APROPIADO a la CORRIENTE DE FALLA A TIERRA TOTAL DEL SISTEMA.


Puesta a tierra de los equipos eléctricos

Su propósito es eliminar los potenciales de toque que pudieran poner en peligro la vida y las propiedades y, para que operen las protecciones por sobrecorriente de los equipos.

Se logra conectando al punto de conexión del sistema eléctrico con TIERRA, todas las partes metálicas que pueden llegar a energizarse, mediante un CONDUCTOR APROPIADO a la CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO DEL PROPIO SISTEMA EN EL PUNTO EN CUESTION.


Puesta a tierra en señales electrónicas

Su propósito es evitar la contaminación con señales enFRECUENCIAS diferentes a la deseada.

Se logra mediante BLINDAJES de todo tipo conectados auna REFERENCIA CERO, que puede ser la TIERRA.


Puesta a tierra de protección electrónica

Su propósito es evitar la destrucción de los elementossemiconductores por VOLTAJE, se colocan dispositivos de protección conectados entre los conductores activos y lareferencia cero, que puede ser TIERRA.


Puesta a tierra de protección atmosférica

Sirve para canalizar la ENERGIA de los rayos a tierra sin mayores daños a personas y propiedades.

Se logra instalando un dispositivo denominado PARARRAYOS el cual se conecta a TIERRA.


Puesta a tierra de protección electrostática

Sirve para neutralizar las CARGAS ELECTROSTÁTICAS producidas en los materiales dieléctricos.

Se logra uniendo todas las partes metálicas y dieléctricas a TIERRA.

PORQUE ES NECESARIA UNA PUESTA A TIERRA? Las responsabilidades del electrodo de Puesta a Tierra

son de Protección contra: Descargas atmosféricas Sobre voltajes transitorios Contacto accidental con líneas de mayor voltaje Estabilizar el voltaje a tierra durante operaciones normales

PORQUE ES NECESARIA UNA PUESTA A TIERRA

El conductor conectado a tierra de un sistema “aterrizado” establece una trayectoria de baja impedancia para las corrientes de falla para permitir el funcionamiento o activación del interruptor automático de seguridad o interruptor de circuito.


Las razones por las cuales sistemas y circuitos son puestos a tierra se pueden resumir en: Protección de personal Protección de equipo


En caso de que no exista una tierra efectiva, o en áreas donde puede existir un choque eléctrico como en los baños o garages se utiliza el interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI).

Por medio de este (GFCI) se limita la duración de una sobre corriente, la operación de estos dispositivos, los cuales abren el circuito y aclaran la falla, en muchos casos no elimina el daño causado por la falla.


Una falla puede crear un incendio y aún cuando la falla se elimine, el fuego puede persistir.

Cuando los interruptores de protección operan, cortan la corriente evitando que se agrave el incendio.


Una razón adicional para poner a tierra cubiertas metálicas o materiales conductivos que encierran conductores eléctricos es: Drenar corrientes de fuga o corrientes de descragas electrostáticas

Ejemplo:La conexión a tierra del blindaje de los cables para atenuar los acoplamientos electromagnéticos, es importante que las corrientes estáticas y de fugas sean drenadas inmediatamente a tierra para asegurar la operación optima de los equipos electrónicos.

SUB-SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

Los Sistemas de Puesta a Tierra diseñados para la protección de equipos electrónicos, pueden ser conceptualizados como cuatro distintos sub-sistemas sólidamente unidos (galvanicamente).1. Sub-sistema contra fallas y protección personal

(Sistema de Puesta a Tierra de equipo).2. Sub-sistema de Referencia de Señal.3. Sub-sistema de protección contra rayos4. Sub-sistema de Telecomunicaciones, transmisión

de datos y protección contra sobre voltajes.

Teoría de Diseño de PAT

PUESTA A TIERRA PARA PROTECCIÓN FRENTE A UN CHOQUE ELECTRICO

El diseño de una malla de tierra está afectado por las siguientes variables:

Tensión permisible de paso Tensión permisible de contacto Configuración de la malla Resistividad del terreno Tiempo máximo de despeje de la falla Conductor de la malla Profundidad de la malla


Selección del conductor de la Malla: Para calcular la sección del conductor se aplica la siguiente

ecuación:

Ac = I 33t 1/2log Tm – Ta + 1

234 + Ta En donde:

Ac = Sección del conductor (CM) I = Corriente máxima de falla (Amp) Tm = Temperatura máxima en los nodos de la malla (450 o C con

soldadura y 250 oC con amarre pernado. Ta = Temperatura ambiente (o C ) Tiempo máximo de despeje de la falla (seg)


La sección mínima recomendable es 2/0 AWG para la malla y 5/8” para las varillas, estos valores mínimos están de acuerdo con prácticas internacionales

Tensiones reales de paso y de contacto: La tensión de paso real en una malla esta dada por:

Ep = kski ρρρρIL

En donde: Ep = tensión real en voltios kS = Coeficiente que tiene en cuenta la influencia combinada de la

profundidad y del espaciamiento de la malla ki = Coeficiente de irregularidad del terreno. ρρρρ = Resistividad del suelo (Ω-m) I = Corriente máxima de falla (Amp) L = longitud total del conductor (m)


La tensión de contacto real en una malla esta dada por:

Ep = kmki ρρρρIL

En donde: Et = tensión de contacto en voltios km = Coeficiente que tiene en cuenta las características

geométricas de la malla


Determinación de los coeficientes km, ki, kS: Para la determinación de los coeficientes es necesario tomar

en cuenta las siguientes definiciones:A = Longitud de la malla (m)B = Ancho de la malla (m)L = Longitud total del conductor (m)n = Número de conductores en paralelo de longitud A M = Número de conductores en paralelo de longitud BD = Espaciamiento entre conductores (m)H = Profundidad de enterramiento (m)D = Diámetro del conductor (m)


La longitud total del conductor esta dada por:

Km es :

L = n * A + m * B

Ki es :

ki = 0.65 + 0.172n

km = 1 ln D2 + 1 ln 3 . 5 . 7 ...

2ππππ 16hd ππππ 4 6 8n-2 términos


KS es :

Valor de la resistencia de la Puesta a TierraEl cálculo de la resistencia de la puesta a tierra se puede hacer por el método de laurent y Niemann o por el método de Dwight.

km = 1 1 + 1 + 1 + 1 + ...

ππππ 2h D + h 2D 3D


En donde: R = Resistencia en ohmios

Aγ = Area de la malla de puesta a tierra en m2

ρ = Resistividad del suelo (Ω-m) L = Longitud total del conductor (m)

La ecuación es una aproximación y su resultado siempre es mayor al valor real

Método de Lauren y Niemann :Este método es bastante aproximado y la expresión para el cálculo es:

R = 0.443ρρρρ 1 + 1 Aγγγγ L


Donde: Rs = Resistencia de puesta a tierra de un solo conductor en ohmios ρ = Resistividad del suelo (Ω-m) L´ = Longitud del conductor (m) h = Profundidad de enterramiento del conductor (m) R = Radio del conductor en m.

Método de Dwight :Este método es mucho más largo pero es mucho más exacto que el anterior. El primer paso es encontrar la resistencia de un conductor de la malla:

Rs = ρρρρ ln 2L´ + ln L´ + 2h h2 - 22ππππL´ r h L´ (L´) 2


Donde: Ra = Resistencia mutua en Ω E = Espaciamiento equivalente entre un conductor y los

demás en m

Una vez calculada esta resistencia, se procede al cálculo de las resistencias debidas a las interferencias mutuas entre los conductores:

Ra = ρρρρ ln 4L´ + ln E E2 - 12ππππL´ E 2L 16(L´) 2

La resistencia total de un conductor es :

Rc = RS + (n-1)Ra


La resistencia de n conductores es :

Rcn = Rc

n

De forma análoga se determina la resistencia de los conductores transversales de unión.

La resistencia “mutua” de los componentes de unión incluyendo la interferencia debida a los conductores transversales a los cuales se encuentran unidos es:

Ram = (m-1) Rau + (n-1)Ra

Donde: Rau = Resistencia mutua de conductores de unión (Ω)


La resistencia total de un solo conductor de unión es :

Donde: Rsu = Resistencia de un solo conductor de unión (Ω)

Rcu = Rsu + Ram

La resistencia de los m conductores es :

Rcm = Rcu

m


La resistencia total de la malla es :

Donde: Rsu = Resistencia de un solo conductor de unión (Ω)

La resistencia de los m conductores es :

Rcm = Rcu

m

R = Rcn * R cm

Rcn + R cm

PUESTA A TIERRA PARA PROTECCIÓN FRENTE A UN CHOQUE ELECTRICO Cálculo del número de varillas de Puesta a

Tierra vertical :El uso de solo varillas en una malla no es recomendable, debido a que con estas no se logar una superfice equipotencial, y por lo tanto las tensiones de paso y de contacto toman valores peligrosos.

Rv = ρρρρ ln 4L - 12ππππL r

Cálculo de la resistencia de una varillaLa resistencia de una varilla enterrada a una profundidad comprendidaentre 0.5 yn 1m es :


Número Mínimo de varillasPara determinar el número aproximado de varillas se deben seguir los siguientes pasos :

Calcule la resistencia de una varilla Halle la conductividad de esa varilla Determine la resistencia deseada de la puesta a tierra Halle la conductividad de la resistencia anterior Calcule la siguiente razón:

Donde:Rv = Resistencia de una varilla en Ωρρρρ = Resistividad del terreno (Ω-m)L = Longitud de la varilla (m)R = radio de la varilla en m

Conductividad deseada / conductividad de cada varilla


Determine el área de la subestación Halle el número de varillas deseadas

Medición de la Resistividad del Suelo

La resistencia R de un conductor alargado y homogéneo de forma cilíndrica vale:

R= ρ l/s

donde: R= resistencia en Ohmρ = resistividad en Ohm-metrol = longitud del conductor en metros m.s = sección en metros cuadrados

La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso en un material determinado.La Conductividad, es lo inverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro.

= 1/ρ

RESISTIVIDAD DEL SUELO

Metales Electrónica

Semiconductores

Conductividad Electrólitos sólidos

Iónica (dieléctricos)

Electrólitos líquidos


NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD EN ΩΩΩΩ - m Terrenos Pantanosos Limo Humus Turba Húmeda Arcilla Plástica Marga y Arcillas Compactas Margas del jurásico Arena Arcillosa Arena Silícea Suelo Pedregoso Cubierto de Césped Suelo Pedregoso Desnudo Calizas Blandas Calizas Compactas Calizas Agrietadas Pizarras Roca de Mica, Feldespato o Cuarzo Granito y Gres procedentes de Alteraciones Roca Ígnea

De algunas unidades a 30 20 a 100 10 a 150 5 a 100

50 100 a 200 30 a 40

50 a 500 200 a 300 300 a 500

1,500 a 3,000 100 a 300

1,000 a 5,000 500 a 1,000

50 a 300 500

1,500 a 10,000 5,000 a 15,000


10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 1012 1014

Metales Calcopirita Margas Anhidrita Cinabrio Feldespatos Sal Gema Pirrotita Galena Blenda Azufre Grafito Arcillas Calizas

Limos Cuarzo Arenas Pirita y Magnetita Gravas Micas

Pizarras Rocas hipogénicas y metamórficas

Agua de mar Agua Dulce


COMPACTACION

SALES NATURALES DISUELTAS

HUMEDAD

POROSIDAD

TEMPERATURA

FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

TIPO DE FORMACION % POROSIDAD RESISTIVIDAD Ohm-m

Rocas Igneas yMetamórficas

0.5 - 2 10,000

Limos densos y RocasAreniscas

3 – 4 50 – 1000

Arcillas 8 – 15 200 – 400

Limos porosos.Dolomitas

15 - 40 30 – 200

Greda, TerrenosArenosos y Arcillosos 40 – 75 150 – 200

Turba 80 – 90 100 – 150

POROSIDAD

La influencia de la humedad dependerá del tipo de material quecompone el terreno. Una determinada cantidad o porcentaje de humedad afectará en forma diferente por ejemplo : a una Arena o a una Arcilla. Existe sin embargo, una expresión analítica aproximada que indica la influencia de la humedad y la temperatura en la Resistividad debido a ALBRECHT.

1.3 x 104

ρρρρ = ————————————— (Ohm-m)(0,73 w2 + 1)(1+ 0,03 t)

Donde w es la humedad del suelo en % de peso y t es la temperatura en oC (t >0 oC).

HUMEDAD

CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA

2

ρρρρ

1

Compactación kg/cm2

La resistividad del suelo es influenciada por la compactación del terreno ya que esta tratará de llegar hasta los niveles naturales de cohesión, un terreno homogéneo y limpio tiende a que sus poros de conexión sean pequeños y uniformes, por lo tanto la curva tiende a ser asintótica a mayor y exagerada compactación.


COMPACTACION

Curvas esquemáticas de la Resistividad en función de la temperatura, en las proximidades del punto de congelación del agua : a) Roca de grano grueso

b) Roca de grano fino

TEMPERATURA


TOMA DE DATOS EN EL TERRENO USANDO UN TELURIMETRO DE 4 POLOS

METODOS PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

Método de Schlumberger La configuración de Schlumberger se emplea para mediciones de la

resistividad aparente. En la configuración de Schlumberger el operador expande el

espaciamiento de los electrodos aumentando la distancia entre los electrodos corrientes durante el transcurso de las mediciones.

El aumento del espaciamiento se realiza típicamente a escala logarítmica.

Se asume un espaciamiento infinitesimal para los electrodos de potencial.

Los valores observados del potencial pueden ser ajustadosequivalentemente / correspondientemente.

La resistividad aparente medida en el centro de la configuración es:

ρρρρa = π × π × π × π × (((s2 – (a2/4)))/a) × × × × (∆∆∆∆V/I)

Método de Schlumberger

Donde: s = mitad del espaciamiento de los electrodos de corriente (en la

figura AB/2) a = espaciamiento de los electrodos potenciales M y N., usualmente

a es relativamente pequeño. DV = diferencia de potencial I = corriente introducida en el subsuelo.

Método de Schlumberger

Método de Wenner

La configuración de Wenner es un caso especial de la configuración de Schlumberger.

La configuración de Wenner es una configuración común para las mediciones de la resistividad.

Cada electrodo de potencial está separada del electrodo de corriente adyacente una distancia a igual a un tercio del espaciamiento de los electrodos de corriente.

Para esta geometría vale la formula siguiente:

ρρρρa = 2π × 2π × 2π × 2π × a × × × × (∆∆∆∆V/I)

Método de Wenner

Método Dipolo-Dipolo

En la configuración de 2 dipolos, llamada configuración dipolo –dipolo los electrodos de corriente usualmente están en distancia larga con respecto al par de los electrodos de potencial.

Si el espaciamiento de los electrodos de corriente a es igual al espaciamiento de los electrodos de potencial b y la distancia entre los centros de los pares de los electrodos es (n + 1) ´ a, la resistividad aparente determinada por esta configuración se obtiene a través de la formula siguiente:

ρρρρa = n × × × × (n+1) × × × × (n + 2) × π × × π × × π × × π × a × × × × (∆∆∆∆V/I)

El producto (n ´ a) entrega la distancia entre los dos pares de electrodos y ((n + 1) ´ a) es la distancia entre los centros de los dospares de electrodos.

Método Dipolo-Dipolo

Método Polo-Dipolo

En otra configuración colineal, en la configuración polo-dipolo se asume una distancia grande entre los dos electrodos de corriente, es decir el segundo electrodo de corriente (electrodo infinito) se ubica en una distancia muy grande con respecto al primero electrodo de corriente.

Para tal configuración vale la formula siguiente:

ρρρρa = 2π × 2π × 2π × 2π × a × × × × n × × × × (n+1) × × × × (∆∆∆∆V/I)

Método Polo-Dipolo

Método Polo-Polo En la configuración polo-polo los electrodos de corriente y los

electrodos de potencial poseen un espaciamiento muy grande. Laresistividad aparente se calcula como sigue:

ρρρρa = 2π × π × π × π × a × × × × (∆∆∆∆V/I)

Las resistividades aparentes determinadas a partir de las configuraciones con dipolos se delinean comúnmente en un perfilseudo transversal a lo largo de la alineación de las mediciones.

Tal perfil no se puede considerar como una sección verticalilustrando variaciones de resistividad. Los valores de ρρρρa se delinean para el punto, que subdivide la distancia entre el transmisor de la corriente y el receptor del potencial (voltaje) en dos partes iguales.

El eje vertical corresponde con el parámetro del espaciamiento n.

Método Polo-Polo

0 .1 1 1 0

0 .1

1

1 0

X-A x is

Y-A

xis

19

9

5.67

4

3

2.33

1.86

1.5

1.22

0.82

0.67

0.54

0.43

0.33

0.25

0.18

0.11

0.05

Curvas Patrón de Resistividad(Método de Sc hlumberger)

E l a b o ra d o p o r: P a ra -Ra yo s S .R.L .SISPROINT E.I.R.L.

CURVAS PATRON PARA MÉTODO GRÁFICO

H O J A D E D ATO S D E RES I S TI VI D AD P O R EL M ETO D O D E S CH LU M B ERG ER M IN IST ERIO DE ENERGIA Y M INAS

A B C PE S P A CIA M IE NTO E S P A CIA M IE NTO RESISTENC IA RESISTIVIDAD

OA MN R = PI*L^2* R /a2.00 1.00 8.79 110.462.50 1.00 6.72 131.953.16 1.00 5.10 159.994.00 1.00 3.86 194.025.00 1.00 2.93 230.126.30 1.00 2.07 258.118.00 1.00 1.36 273.44

10.00 1.00 0.93 292.1712.50 1.00 0.61 299.4316.00 1.00 0.34 273.4420.00 1.00 0.19 238.7625.00 1.00 0.11 215.9831.60 1.00 0.00 0.00

RESULT ADOS PARC IALES

DE A CUE RDO A L A JUS T E DE L A S CURV A S P A T RO N Y L A S CURV A SO B T E NIDA S DE L O S DA T O S DE CA M P O T E NE M O S L A S S IG UIE NT E SCO NCL US IO NE S :

P2/P1 = 1.86 C U R VA D E AJ U STEP3/P2 = 0.33 C U R VA D E AJ U STEP1 = 240 R es is t iv idad de la prim era c apa en ohm ios -m P2 = 446 R es is t iv idad de la s egunda c apa en ohm ios -m P3 = 147 R es is t iv idad de la terc era c apa en ohm ios -m E1 = 0.90 Es pes or de la prim era c apa en m . E2 = 2.10 Es pes or de la s egunda c apa en m .

DATOS DE CAMPO EN HOJA DE CALCULO

1 1 0 1 0 0

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

D i sta n c i a -p ro fu n d i d a d m .

Re

sist

ivid

ad

ap

are

nte

O

hm

-m

P a

P L O TE O D E D A TO S S C H L U M B E R G E RM IN IS T E R IO D E E N E R G IA Y M IN A S

E l a b o ra d o p o r: P A R A R A Y O S S A C

SISPROINT E.I.R.L.

PLOTEO DE DATOS

Características de los electrodos de PAT

ELECTRODO DE TIERRA

EL TERMINO ELECTRODO SE UTILIZA PARA IDENTIFICAR LOS TERMINALES DE UNA BATERIA, LAS CUALES INDICAN LA TRAYECTORIA PARA LA CIRCULACIÓN DE LOS ELECTRONES DENTRO Y FUERA DE LA BATERIA.

EL ELECTRODO DE TIERRA DE UNA INSTALACIÓN ELECTRICA ES EL MEDIO POR EL CUAL LOS ELECTRONES ENTRAN A LA TIERRA.

POR LO TANTO, ES LA INSTALACIÓN DE UNA TERMINAL PARA FACILITAR LA ENTRADA DE LOS ELECTRONES A LA TIERRA.

EL OBJETIVO PRINCIPAL DEL SISTEMA DE CONEXIÓN A TIERRA ES EL CONTROL DE CORRIENTES INDESEABLES, CORRIENTES DE FALLA, CORRIENTES QUE GENERAN LAS DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS, CORRIENTES DE RUIDO DE ALTA FRECUENCIA Y CORRIENTES DE FUGA.

El propósito es canalizar las corrientes de falla a Tierra.

TIERRA FISICA

ELECTRODOS PERMITIDOS POR LA NORMA

El Código Nacional de Electricidad Tomo V, Sección 3.6.9, exige que todos los electrodos sean interconectados por puentes de unión para formar el sistema de electrodos de tierra, los cuales pueden ser:

1. Tubería Metálica de agua2. Estructura metálica del edificio3. Electrodo encajado en concreto4. Anillo de tierra5. Cualquier otro electrodo artificial

ELECTRODOS PERMITIDOS POR LA NORMA

CONDUCTOR CONECTADO A TIERRA

También llamado conductor neutro de acuerdo a la definición del código eléctrico. Este sistema es el retorno de las corrientes de un sistema monofásico y el retorno de las corrientes de fase que no se cancelaron.

RESISTENCIA DE ELECTRODOS ARTIFICIALES

La resistencia a tierra de un electrodo deberá ser a lo más:

25 Ohms

Cuando sea mayor se deberá conectar dos o más electrodos en paralelo

RESISTENCIA DE LA PUESTA A TIERRA Y LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La Resistencia a Tierra de los electrodos de tierra depende no solamente de la profundidad y el área de superficie de estos, sino también de la resistividad de estos.

Teóricamente:

Resistencia = resistividad x longitud / area


La resistividad del suelo determina cuál será la resistencia de un electrodo de tierra y a que profundidad debe enterrarse para obtener una conexión aceptable.

La resistividad del suelo varía con las estaciones del año e influyen la temperatura, el contenido de humedad, la presencia de minerales y varias sales disueltas, así como la composición del suelo.


Debido a que la resistividad del suelo se relaciona directamente con la humedad y la temperatura, la resistencia de cualquier sistema de conexión a tierra varía a lo largo del año.

La tierra, en estado completamente seco, puede de hecho convertirse en un buen aislante si no se encuentran electrolitos presentes.


La Tabla adjunta muestra el cambio significativo en tierra compuesta de arcilla arenosa con un contenido de 15% de humedad y con variaciones de temperatura entre 20oC y –15oC.


Resistividad

130 00014-15

79 00023-5

30 00032 (hielo)0

13 80032 (agua)0

9 9005010

7 2006820

Ohm-cmoFoC

Temperatura


Como puede verse, la resistividad cambia de 7 200 a 130 000 ohm-cm en estos parámetros de temperatura.

Debido a que la temperatura y el contenido de humedad son más estables a mayor profundidad se recomienda enterrar las barras a una profundidad considerable.


En algunos lugares la resistividad de la tierra puede ser tan alta que una resistencia baja de suelo solo puede lograrse por sistemas de conexión a tierra bastante elaborados o incrementando periódicamente el contenido de electrolitos en el suelo.


!!ALTA RESISTIVIDAD!!

!!ρ!!ρ!!ρ!!ρ > 10 000 Ohm-m!!

CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA


Los puntos más importantes en la definición del conductor del electrodo de tierra son:

1. El conductor del electrodo de tierra se conecta a: Al conductor de la tierra del equipo o tierra de seguridad. Al conductor conectado a tierra cuando se usa un sistema

conectado a tierra A ambos cuando ambos se encuentren presentes

2. Se conecta al equipo de servicio, en la fuente de un sistema derivado separadamente, o al primer medio de desconexión.


El propósito primario del conductor del electrodo de puesta a tierra (CEPT) es conectar el electrodo de tierra a los diferentes componentes del sistema de tierra.


El CEPT completa tres trayectorias con el electrodo de tierra:

1. La trayectoria desde el conductor conectado a tierra.

2. La trayectoria desde el conductor de tierra del equipo cuando se usa un alambre como conductor de tierra del equipo.

3. La Trayectoria desde el puente de unión principal cuando se usan conductos metálicos como conductor de tierra del equipo.


El material del CEPT podrá ser:a) Cobreb) Aluminioc) Aluminio revestido de cobre

El material seleccionado deberá ser resistente a cualquier condición de corrosión que exista en la instalación o deberá estar adecuadamente protegido contra la corrosión.


El CEPT deberá ser sólido o cableado, aislado, cubierto, o desnudo y deberá ser instalado en un solo tramo, sin uniones ni empalmes, a excepción de las barras colectoras que si pueden ser unidas.


El CEPT o su cubierta deberá estar fijado firmemente a la superficie que lo soporta.

Si el conductor tiene una sección mayor de 25 mm2

deberá ser protegido si está sometido a fuertes daños materiales.

Si el conductor tiene una sección de 16 mm2 y esta libre de daños materiales, puede ir a lo largo de la superficie de la edificación sin cubierta metálica o protección, si es engrapado rígidamente a la construcción.


En cualquier otro caso y cuando sean de secciones menores de 16 mm2 deberán estar en tubo metálico pesado, tubo metálico intermedio, tubo metálico liviano o armadura de cable.

Las cubiertas metálicas para los CEPT deberán presentar una continuidad eléctrica desde el punto de fijación del gabinete o equipo hasta el electrodo a tierra y deberá asegurarse firmemente a la abrazadera o empalme especial al electrodo.


Las cubiertas metálicas que no sean físicamente continuas desde el gabinete o equipo hasta el electrodo de tierra, deberá hacerse eléctricamente continua, conectando cada uno de sus extremos al conductor del electrodo de la puesta a tierra.

La sección del CEPT en sistemas de corriente alterna no deberá ser menor que el indicado en la siguiente tabla:

DIMENSIONANDO EL CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE TIERRA

10162535507095

35 o menor sección5070

95-185240-300400-500

Más de 500

Sección nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra

(cobre)

(mm2)

Sección nominal del conductor mayor de la acometida o su equivalente para conductores

en paralelo(mm2)

Sección Nominal del CEPT para sistemas de corriente alterna



Ejemplo1. Se dispone de un sistema trifásico, 4 hilos Delta, 120/240V conectado a tierra, con conductores de cobre, uno 2/0 y los otros dos 500kcmil y el neutro es 4/0.

Solución 1.El conductor de electrodo tierra se calcula en base del tamaño del conductor de entrada de servicio, en este caso 500kcmil (250 mm2) de la tabla anterior estaríamos en el rango de 240 –300 mm2, al que corresponde un CPTE de calibre 1/0 (50mm2).


10162535507095


95-185240-300400-500

Más de 500


(cobre)

(mm2)


en paralelo(mm2)


Ejemplo 2. Se dispone de un sistema trifásico, 3 hilos Delta, 480V, con conductores de cobre, de 750kcmil.

Solución 2.El conductor de electrodo tierra se calcula en base del tamaño del conductor de entrada de servicio, en este caso 750kcmil (250 mm2) de la tabla anterior estaríamos en el rango de 400 –500 mm2, al que corresponde un CPTE de calibre 2/0 (70mm2).


10162535507095


95-185240-300400-500

Más de 500


(cobre)

(mm2)


en paralelo(mm2)

Tipos de Electrodos de PAT

Tubería Metálica de aguaLa tubería metálica de agua en contacto directo con la tierra de no menos de 3m de longitud, con una continuidad eléctrica en los puntos de conexión del conductor de puesta a tierra y los conductores puenteados. La tubería metálica deberá ser complementada por un electrodo a tierra adicional.

TIPOS DE ELECTRODOS

Estructura metálica del edificioLa estructura de la edificación, si es sólidamente puesta a tierra.

TIPOS DE ELECTRODOS

TIPOS DE ELECTRODOS

Electrodo embutido en concretoUn electrodo embutido en una fundación o cimiento de concreto, por lo menos 5cm de la base que está en contacto directo con la tierra. El electrodo consiste de una o más barras de acero rectangular o cilíndrico de por lo menos 6m de longitud y no menos de 12.7 mm de diámetro, o consiste de un conductor de cobre desnudo de por lo menos 6 m de longitud y una sección no menor de 25 mm2.

TIPOS DE ELECTRODOS

TIPOS DE ELECTRODOS

Anillo de tierraUn anillo de puesta a tierra que rodea a la edificación o construcción que esta en contacto directo con la tierra a una profundidad no menor a 75 cm, consiste de un conductor de cobre desnudo de por lo menos 6 m de longitud y una sección no menor de 35 mm2.

TIPOS DE ELECTRODOS

TIPOS DE ELECTRODOS

Electrodos artificiales y otros Cuando no se dispone de electrodos como los descritos

anteriormente, deberán usarse uno o más de los electrodos indicados en a) y b) a continuación.

Los electrodos artificiales deberán introducirse, si es posible,hasta un nivel más bajo que el de la tierra permanentemente húmeda.

Estos electrodos deberán estar libres de recubrimientos no conductivos, tales como pintura o esmalte.

TIPOS DE ELECTRODOS

Cuando se usa más de un sistema de electrodos (incluyendo los usados para barras de pararrayos), cada electrodo de un sistema deberá estar a una distancia no menor de 1,8 m de cualquier otro electrodo de otro sistema.

Dos o más electrodos que son eficazmente puenteados serán considerados como un solo electrodo.

TIPOS DE ELECTRODOS

a) Electrodos de varillas y de tubos. Deberán tener una longitud no menor de 2 m, y deberá ser uno de los materiales siguientes e instalados de la manera siguiente:

i. Los electrodos de tubos metálicos para agua o Instalaciones eléctricas, de diámetro nominal no menor de 20 mm y que sean de hierro o de acero, deberán tener la superficie externa galvanizada o recubierta de otro metal para la protección contra la corrosión.

ii. Los electrodos de varillas de hierro o acero deberán ser de un diámetro nominal no menor de 13mm. Las varillas de metal no ferroso o sus equivalentes deberán ser registradas y deberán tener un diámetro no menor de 15 mm.

TIPOS DE ELECTRODOS

iii. La profundidad mínima a la cual deben introducirse es de 2.5 m. Si se encuentra roca a menos de 1.25 m de profundidad, el electrodo deberá enterrarse horizontalmente.

b) Electrodos de placa. Los electrodos de placa deberan tener por lo menos 0.20 m2 de superficie en contacto con la tierra. Los electrodos de hierro o de placas de acero deberán ser de un espesor mínimo de 6 mm y los de metales no ferrosos 1.5 mm.

TIPOS DE ELECTRODOS

TIPOS DE ELECTRODOS

ELECTRODO QUÍMICOTIPO CHEM-ROD

Proceso de Diseño

PROCESO DE DISEÑO DE PUESTA A TIERRA

El proceso de Diseño de una Puesta a Tierra sigue los siguientes pasos:

Determinación de los parámetros Diseño Análisis del comportamiento Topología Selección de materiales

Determinación de los parámetros

Los parámetros a considerar en el diseño de la puesta a Tierra son muchos, entre estos:

Resistencia objetivo Tensiones de seguridad Temperaturas máxima y mínima Corriente de falla a tierra Tiempo máximo de despeje de la falla Area disponible Resistividad del terreno, etc

Determinación de la Resistividad

El parámetro que determina un buen diseño de la Puesta a Tierra es la Resistividad del suelo.

Si este parámetro no es determinado correctamente, todo el proceso de diseño fracasa.

Existen diferentes métodos para determinar este parámetro, nos enfocaremos en el método gráfico, para lo cual necesitaremos las curvas patrón que se muestran a continuación.

Curva Patrón dedos capas

Curvas AuxiliaresK y Q

Curvas AuxiliaresA y H

Interpretación de las Curvas delSondeo Electrico Vertical (SEV) para el

Método de Schlumberger La interpretación consiste obtener un corte geoelétrico a partir de la curva de

resistividad aparente .Es decir: obtener espesores y resistividades; por ejemplo, si se trata de cinco capas tenemos que obtener 5 resistividades y 4 espesores.

Gráficos necesarios:

Gráfico patrón de 2 capas (en adelante GP2) y gráficos auxiliares tipos A, Q, H y K

Preparación:

Previamente calcamos la curva de resistividad aparente (“curva de campo”) en un papel transparente (vegetal), preferiblemente los puntos de medidas y no la curva estimada que parece unirlos; trazamos con regla una o dos líneas horizontales y verticales, calcándolas del papel logarítmico del gráfico de campo.

Realizamos una interpretación cualitativa de la curva, apreciando el número de capas y el tipo. Por ejemplo: si baja, sube y baja parecen cuatro capas: tipo HK.


Método de Schlumberger Procedimiento:

1. Superponemos el primer tramo (la primera subida o bajada) a una de las ramas del GP2. Calcamos el origen del GP2 y lo rotulamos como 1ª+ (“primera cruz”) y marcamos con una rayita horizontal la altura que habría alcanzado la curva de campo si hubiera continuado según vemos en el GP2 (Esta rayita se rotula ρ2

y se llama marca de resistividad).

2. Vamos a un gráfico auxiliar, el que corresponda según la forma de la primera parte de la curva de campo (A, Q, H o K). El objetivo es dibujar (a trazos discontinuos) una curva que saliendo de la 1ª+ termine en la marca de

resistividad ρ2.

2ºa) En los gráficos auxiliares Q y H se sitúa la 1ª+ sobre el origen de coordenadas del gráfico auxiliar y se calca a trazos una de las líneas continuas del gráfico auxiliar, la que vaya hasta la marca de resistividad ρ2.


Método de Schlumberger2ºb) En los gráficos auxiliares A y K se desliza la 1ª+ sobre el eje vertical del

gráfico auxiliar, hasta que la marca de resistividad ρ2. coincida con el eje horizontal (arriba) del gráfico auxiliar. En este momento se calca a trazos una de las líneas continuas del gráfico auxiliar, la que vaya desde la 1ª+ hasta la marca de resistividad ρ2.

3º. Volvemos al GP2 y repetimos el paso 1º, pero con una limitación: el origen del GP2 debe situarse a lo largo de la línea de trazos que acabamos de dibujar en el paso 2º. Conseguida la superposición, marcamos sobre el papel transparente (vegetal) lo mismo que en el paso 1º: una cruz (calcamos elorigen de coordenadas) y una raya horizontal (calcamos la altura que hubiera alcanzado la curva si hubiera continuado). En este caso las rotularemos como 2ª+ y ρ3.

4º Repetimos los pasos 2º y 3º tantas veces como sea necesario, eligiendo el gráfico auxiliar que corresponda, y rotulando secuencialmente: 3ª+ y ρ4 etc...


Método de Schlumberger5º Volvemos al gráfico de campo (mejor una hoja de papel semilogarítmico limpia)

y leemos y anotamos los resultados:

Ordenada de la 1ª+ es ρ1 (resistividad de la 1ª capa). Altura de las sucesivas marcas de resistividad ( ρ2 , ρ3...) serán las resistividades de las capas 2ª, 3ª etc.

Abcisa de la 1ª+ es el espesor de la 1ª capa (E1)

6º Espesores de las capas 2ª y sucesivas: Volvemos a los gráficos auxiliares que hayamos utilizado (uno, dos o más), situando el papel transparente (vegetal)en la misma posición que cuando calcamos la línea de trazos. En el primero de ellos ahora aparece la 2ª+; de las líneas de trazos del gráfico auxiliar, seguimos la que pase por la 2ª+ hasta leer arriba el valor correspondiente, supongamos que fuera 6. El espesor de la 2ª capa será igual a 6 por la abcisade la 1ª+. Supongamos que en el segundo gráfico auxiliar utilizado el valor leído fuera 11; el espesor de la 3ª capa sería 11 por la abcisa de la 2ª+

Diseño de la Puesta Tierra

Obtenidos el valor de Resistividad del suelo, podemos seleccionar la topología de la Puesta a Tierra que deseamos utilizar, tomando en cuenta la palicaión de la Puesta a Tierra, el área disponible, etc.

Tenemos muchas configuraciones de electrodos que podemos utilizar desde un simple electrodo vertical hasta una malla de tierra compleja.

PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA

DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA

R = _________ρρρρ

2 ππππ b

b

SEMIESFERA



CABLE (HORIZONTAL)

l

h2r

R = _________ρρρρ

2 ππππ l

lnl___

rln

2h

___l

+ )( h ≥ 6r



VARILLA (VERTICAL)

l

2r

R = _________ρρρρ

2 ππππ l

ln2l___

r)(



FLEJE

R = _________ρρρρ

2 ππππ l

ln2l___

aln

2h

___l

+ )( h ≥ 3a

l

h

2a

h



ELECTRODOS EN LÍNEA RECTA

s s

1 2 ..n

R = _________ρρρρn

0,404 ln 0,655n+ )( 0,16____s

A.- Red mallada y jabalinas•Reticulado

ρρρρ 2L k1LR1 = ----- ( ln------- +------- - k2)

ππππ L √√√√hd √√√√S

•Barras

ρρρρ 4l 2k1lR2 = -------- ln(----) - 1 + ------- (√√√√N - 1)2

2ππππ Nl a √√√√S

•Resistencia mutua

ρρρρ lR12 = R21 = R1 - ----- ln(------) - 1

ππππ L √√√√hd

•Resistencia combinada

R1 R2 - R122

RT = --------------------R1+ R2 - 2 R12

Donde:

ρρρρ = Resistividad aparente en ohm-m

L = Longitud reticulado en m

h = Profundidad enterramiento en m.

S = Superficie cubierta por malla en m2

N = Numero de barras

l = Longitud de cada barra en m.

a = Radio de las barras en m.

d = Diámetro del contrapeso en m.

k1=1,43 - 2.3h - 0,044 A√√√√S B

k2=5,50 - 8h +(0.15 - h ) A√√√√S √√√√S B

METODOLOGIA DE SCHWARTZ PARA DISEÑO DE MALLAS


METODOLOGIA DE SCHWARTZ PARA DISEÑO DE MALLAS


CALCULO DE RESISTIVIDAD DE MALLAS POR EL METODO DE SCHWARZ

1 2RESISTIVIDAD DEL TERRENO 360 360 Ohm-mLONGITUD 90 180 mPROFUNDIDAD 0.5 0.5 mDIAMETRO CONDUCTOR DE COBRE 0 0.00945 0.00945 mLADO MAYOR/MENOR RETICULADO A/B 3 2AREA TOTAL DEL RETICULADO 300 800 m2

RESISTENCIA RETICULADO 10.02091 5.45172 Ohm

ELECTRODOSPROFUNDIDAD EFECTIVA DEL ELECTRODO 1.80 2.80 mDIAMETRO 0.01588 0.01588 mNUMERO DE ELECTRODOS 6 10 Und

RESISTENCIA ELECTRODOS 30.82427 12.79347 OhmRESISTENCIA MUTUA 6.62391 3.75323 OhmRESISTENCIA TOTAL 9.60276 5.18308 Ohm

METODO DE SCHWARTZ EN UNA HOJA DE CALCULO

Antecedentes: A inicios de los años 70, la industria energética Japonesa desarrolló un

electrodo de puesta a tierra denominado Contrapeso que es un conductor eléctrico horizontal impregnado de un CEMENTO CONDUCTIVO con unaformulación especial que asegura una baja impedancia de conexión con la tierra.

PUESTAS A TIERRA CON CEMENTO CONDUCTIVO

Esta tecnología es especialmente ventajosa en lugares donde la resistividad del terreno es alta o la profundidad de las varillas de tierra está limitada por la cercanía de las rocas a la superficie.

PUESTAS A TIERRA CON CEMENTO CONDUCTIVO

!!ρ > 10,000 Ohm-m!!

El cemento conductivo es un producto compuesto de minerales altamente conductivos (r < 0,2 Ohm-m), que por su composición química protege al electrodo de la corrosión y que al absorber humedad compacta como el concreto.

QUE ES EL CEMENTO CONDUCTIVO?

Puestas a Tierra en:

Torres de Transmisión y Distribución Plantas Generadoras Torres Celulares, Radio y Micro Ondas Sub-estaciones Centros de Cómputo y Telecomunicaciones Pararrayos y TVSS

APLICACIONES DEL CEMENTO CONDUCTIVO?

Backfill para Protección Catódica

Electrodos de PAT pre-fabricados

APLICACIONES DEL CEMENTO CONDUCTIVO

Blindaje de Instalaciones Militares Calentamiento de Pisos Pisos Anti Estáticos Pisos Equipotenciales Concreto como Transductor Piezo Resistivo (Strain Gage) Protección contra la Corrosión de Puentes Electroosmosis

APLICACIONES FUTURAS DEL CEMENTO CONDUCTIVO

Polvo fino, empacado en bolsas de 11 kg.

Solución Ecológica de larga duración.

Fácil instalación. Reduce la impedancia a las

sobretensiones.

GEO GEM

PUESTA A TIERRA HORIZONTAL O CONTRAPESOS

CONTRAPESO LINEAL

W

D

l

CONTRAPESOS PARALELOS

l

EN FORMA DE “L”

EN FORMA DE CRUZ O EN FORMA DE CUADRADO

L/2

L/2

W

WD

L/4

L/4

W

ABCD

Medición de la Resistencia de la PAT

MEDIDOR DE PUESTA A TIERRA

El medidor de puesta a tierra es comunmente llamado Telurímetro o Telurómetro, pueden ser de tres polos; los cuales solo miden la Resistencia de la Puesta a Tierra y de cuatro polos que pueden medir La resistividad del suelo como también la Resistencia de la Puesta a Tierra

COMPROBACIÓN DE CABLESPara comprobar si los cables se encuentran en buen estado se Cortocicuita los terminales C1-P1 y C2-P2, y de esta formaSe puede comprobar la continuidad de los mismos

METODO DEL 62%La estaca de Corriente se clava a una distancia “D”, donde D > 15my la estaca de Potencial se clava a una distancia igual al 62% de “D”

METODO DEL 62%Tomando varias medidas para diferentes ubicaciones de la estaca dePotencial, manteniendo fija la estaca de Corriente, se puede trazarUna curva en forma de “S” aplanada, el valor de la Resistencia en la parte plana de la curva corresponde al valor de resistencia de la Puesta a Tierra

MEDICIÓN DE MALLAS

En la medición de mallas las distancias de las estacas auxiliaresRespecto al punto de medición se toman en función de la diagonalY en direcciones paralelas a la misma

MEDICIÓN SIMPLIFICADA

Cuando no se dispone de la posibilidad de medir con losDos electrodos auxiliares, se puede medir sólo con uno que también podría ser una tubería metalica de agua oCualquier otra estructura efectivamente en contacto con tierra.

SOLUCIONES A PROBLEMAS EN MEDICIONES

Si hay problemas con ruido una solución es torcer los cables de los electrodos auxiliares


No mida en forma paralela a líneas de alimentación


Si el ruido es excesivo, utilize cables con blindaje

Teoría básica de Bonding

La unión permanente de partes metálicas para formar un camino conductivo eléctricamente que asegure continuidad eléctrica y la capacidad de conducir de forma segura cualquier corriente como sucederá probablemente.

DEFINICIÓN : (NEC 250)

QUE ES BONDING ?

Interconecta TODOS los Sistemas de Puesta a TierraSistema de Puesta a Tierra EléctricaSistema de Puesta a Tierra del pararrayosSistema de Puesta a Tierra de telecomunicacionesSistema de Puesta a Tierra de cable, etc.

Interconecta TODOS los objetos conductivos con el interior y el exterior a la instalación

Provee una diferencia de voltaje cercano a cero durante el GPR.

BONDING :

TEORIA BASICA DE BONDING

Un mal Bonding es a veces la principal causa de muchas situaciones arriesgadas y de causantes de ruido. Llevando a:

Caídas de voltaje inaceptablesGeneración de calorOperación intermitenteRuido eléctricoPuestas a Tierra de alta resistencia

BONDING :


Conductores

COMPONENTES DEL BONDING :


Conectores / Abrazaderas

Barras de tierra

Platinas para tierra del equipo



Abrazaderas para cercos y jumpers para portones

Mallas equipotenciales

Mallas de Referencia de señal (SGR)



Kits de tierra para cables coaxiales

APLICACIONES :


Aplicaciones de PAT en Telecomunicaciones

INTRODUCCION Las empresas de telecomunicaciones han alcanzado un alto

nivel de especialización y desarrollo, creando nuevos equipos: Teléfonos celulares Comunicaciones VHF/UHF Transmisiones por Satélite Equipos inalámbricos, etc.

• El incremento en el consumo eléctrico de las grandes urbes, han obligado a crear largos medios de transmisión de grandes bloques de potencia, creando una alta SENSIBILIDAD A LAS SENSIBILIDAD A LAS FALLASFALLAS, producto de fallas humanas e inherentes al sistema.

INTRODUCCION

Todo esto crea un sistema bastante plagado de “polución”, que hay que limpiar y depurar antes de su entrada a los sitios de telecomunicaciones.

A raíz de estas causas, fueron creados los sistemas de protección, que disminuyen sensiblemente la probabilidad de daños a nuestros sistemas.

Entre estos equipos de protección están: Estabilizadores y/o reguladores de voltaje UPS

INTRODUCCION

Filtros de línea TVSS Fusibles de alta velocidad, etc.

• Estos equipos de protección son los porteros en las diferentes entradas ó salidas de nuestro sistema (suministro eléctrico, líneas telefónicas,líneas coaxiales, transmisión de datos, etc).

• Luego de ubicar un elemento No Deseado, simplemente Lo Conducen a un área donde pueda ser disipado o expulsado.

INTRODUCCION

• Esta área de desalojo ó disipación de los entes no deseados no es más que el Sistema de Puesta a Sistema de Puesta a Tierra (SPAT).Tierra (SPAT).

• El gran neutralizador de todas las cargas y elemento de conexión más extenso, es el globo terráqueo cuyo potencial es único, invariable e independiente de la adición ó eliminación de cargas a la que se vea sometido.

• Por esta razón por convenio Internacional el valor de referencia ó cero es el potencial de tierra, para todo conjunto eléctrico - electrónico.

INTRODUCCION

ELEMENTOS DE PROTECCION

INTRODUCCION

Todo sistema de generación necesita estar referido a tierra como medio de balance ó equipotencialidad con los diferentes subsistemas, creando una condición estable de operación.

Un buen equipo de protección sin una adecuada conexión a tierra es como no poseer protección alguna, dado que esta será incapaz de proteger por tener una referencia, diferente con su fuente de generación.

Una adecuada conexión a tierra garantiza un excelente sumidero para aislar, encapsular y desviar

INTRODUCCION

todas aquellas perturbaciones electromagnéticas ajenas a la operación normal de los sistemas eléctricos-electrónicos.

Además una adecuada conexión a tierra resulta un excelente mediode referencia para la operación normal del conjunto y la operación de las protecciones.

Los Sistemas de protección y puesta a tierra, requieren una dedicada revisión y diseño, por ser el único medio capaz de garantizar la operación adecuada de nuestras instalaciones eléctricas en resguardo de la estructura física y del personal,en pro de la calidad del servicio, en una sociedad altamente competitiva.

INTRODUCCION

Un sistema de puesta a tierra para equipos eléctricos - electrónicos debe tomar en cuenta lo siguiente: Proveer de un camino adecuado de retorno al sistema de

suministro eléctrico, de baja impedanciabaja impedancia para la operación de los equipos, así como un medio de establecer la corriente de falla para la operación de las protecciones y desconexión de la fuente.

Limitar el voltaje de toque entre equipos y equipos con tierra, para evitar riesgos de shock eléctrico.

Proveer una señal de referencia a los equipos electrónicos por la eliminación de las diferencias de potencial entre diferentes componentes del sistema.

INTRODUCCION

Suministro de una protección contra perturbaciones electromagnéticas a los equipos electrónicos sensibles. Esto es el apantallamiento de los equipos, que opera como un escudo de protección contra cualquier tipo de inducción electromagnética.

Cumplir con los requerimientos del Código Eléctrico Nacional.

Cumplir con los requerimientos exigidos por los fabricantes de los equipos y normas internacionales o especificaciones de las empresas especializadas.

• Los sistemas eléctricos - electrónicos de TelecomunicacionesTelecomunicaciones (también de informática, control de procesos, microprocesadores, robótica, etc.) operan a voltajes muy bajos y en altas frecuencias, una pequeña diferencia de potencial entre sus partes o componentes pueden causar serios problemas.

• Es crítico proveer al sistema de puesta a tierra de múltiples lazos de conexiones de baja impedancia entre sus componentes, que nos garanticen una diferencia de potencial muy pequeña.

INTRODUCCION

• Esto es fácil de lograr a una frecuencia de trabajo de 60 Hz, sin embargo en R.F.(radio frecuencias) o señales de altas frecuencias no resulta tan sencillo, dado que aparecen efectos de la impedancia la cual es proporcional a la frecuencia (inductancia y capacitancia) y por ende a la longitud del conductor y la longitud de onda de la señal.

• Por ejemplo, dos conductores de las mismas características operando a 30 MHz y el otro a 60 hz, el primero puede presentar una impedancia de hasta 500,000 veces mayor al segundo.

INTRODUCCION

No solo los fenómenos de inductancia y capacitancia complican el panorama por su dependencia a la frecuencia y a la longitud de los elementos, sino que existe un fenómeno el cual adquiere una importancia inusitada como es la Resonancia a RFResonancia a RF.

Este fenómeno causa errores en los procesos y hasta deterioro de los componentes del sistema, por ejemplo una señal de 10 MHz posee una longitud de onda de 30 m en el cable.

Si se alimenta esta señal a un conductor de 7.5 m (lo que representa 1/4 de la longitud de onda), la señal resonará en el conductor y este se comportará como un circuito abierto.

INTRODUCCION

• Con este fenómeno nunca se podrá igualar los voltajes en los dos extremos del cable.

• Todos los chasis de los equipos deberán estar interconectados a la misma referencia sin importar la frecuencia de trabajo (60 Hz o RF) como único medio capaz de garantizar la operación.

• Esta ecualización del potencial se alcanza por el uso de la Malla de referencia de Señal (MRS).

INTRODUCCION

Si se usa la Malla de Referencia de Señal (MRS), habrá un mínimo de diferencia de potencial.

Esto siempre que su tamaño no sea entre 30 y 70 cm lo que formará multitud de lazos de baja impedancia en paralelo lo que imposibilita la desconexión de algún componente por resonancia en alguna frecuencia en especial.

Por ejemplo: 68 cm de tamaño de retícula es un 1/10 de la longitud de onda de 44 MHz o 1/20 de 22 MHz y 34 cm de tamaño de retícula es un 1/10 de longitud de onda de 88 MHz o 1/20 de 44 MHz.

INTRODUCCION

FALSO PISO COMO MALLA DE REFERENCIA DE SEÑAL

INTRODUCCION

• Cada una de las mallas o retículas opera como un pequeño lazo de apantallamiento y un corto en complemento con las otras retículas, ofreciendo un corto al ruido generado entre componentes, circulando en la malla sin interferir o circular por otros componentes del sistema.

• Para que un ruido exista debe haber una fuente ( el propio equipo) y un medio de circulación (cableado, chasis, etc.).

• Si este ruido circulara por los cables de datos o chasis de equipo, esta perturbación NO SE PUEDE ELIMINAR.

INTRODUCCION

MALLA DE REFERENCIA DE SEÑAL CONSTRUIDA CON CINTAS DE COBRE

INTRODUCCION

• Esta malla o MRS puede ser el marco metálico del falso piso si y solo si podemos garantizar la continuidad eléctrica de cada una de sus partes y estructuras de apoyo.

• Cada una de las conexiones a equipos deberá ser verticalmente directa y lo más corta posible garantizando que las conexiones nunca superen los 0,05 OHM.

• Si el equipo es de gran tamaño con respecto al tamaño de la retícula se le deberán realizar varias conexiones a la malla.

INTRODUCCION

La conexión de esta malla a la barra principal de tierra (MGB), será mínimo en dos puntos diametralmente opuestos, garantizando la uniformidad de la red equipotencial.

La MRS también puede hacerse con cintas o pletinas de cobre debidamente soldadas bajo el falso piso o en conductor trenzado.

Todas las superficies metálicas deben estar conectadas a esta malla en por lo menos un punto.

INTRODUCCION

UNICO PUNTO DE CONEXIÓN A TIERRA

Estándar de la industria de Telecomunicaciones para poner a tierra el equipo digital de estos sitios.

Durante disturbios eléctricos los potenciales pueden variar en diferentes puntos del Sistema.

Si el equipo de conmutación u otro equipo sensible, es conectado en varios puntos del Sistema de Tierra, se van a desarrollar diferencias de potencial entre estos equipos.

Estas diferencias son DAÑINAS para los equipos. Los daños ocurren cuando estos VOLTAJES producen un flujo

de corriente en los cables de señales y circuitos sensibles.


Estos potenciales peligrosos pueden minimizarse UNIENDO todo el equipo del sitio en un solo punto.

Este punto común es la Barra de Tierra Principal. El Sistema de único punto de conexión a tierra se logra

conectando todos los elementos de tierra a la Barra de Tierra Principal.

Todas las prácticas de Diseño y Operación deben estar en concordancia con el Código Eléctrico Nacional y Normas y Especificaciones de los fabricantes de los equipos.


Los Sistemas de conexión a tierra de un solo punto MINIMIZAN losefectos de las perturbaciones eléctricas.

Un Sistemas a tierra de un sitio de comunicaciones se compone deun número de SUB-SISTEMAS, INTERIORES y EXTERIORES.

Estos sub-sistemas consisten de ciertos componentes básicos configurados para lograr los objetivos del sistema a tierra y adaptados a cada sitio de telecomunicaciones.

Aunque las configuraciones varían de sitio en sitio, los componentes permanecen generalmente los mismos.

SUB-SISTEMA DE TIERRA EXTERIOR

Para sitios con torres de radio, el propósito de la conexión a tierra es proporcionar una trayectoria de baja impedancia, desde las antenas y la torre, a tierra.

La tierra externa del edificio consiste de un conductor desnudo enterrado usualmente en forma de anillo alrededor del edificio. El anillo de tierra exterior proporciona la conexión primaria a tierra.

Los dos anillos el de la torre y el del edificio se conectan conjuntamente y son complementados con varillas de tierra.

Todos los blindajes de las líneas de transmisión RF son conectados a tierra en diferentes puntos.

EL ANILLO DE TIERRA EXTERIOR E INTERIOR

Figura 1

SUB-SISTEMA DE TIERRA INTERIOR

El sistema interior debe tener una trayectoria de baja impedancia a tierra.

Debe lograr una mínima diferencia de potencial entre las estructuras conductivas del sitio, mientras eliminan o minimizan, cualquier flujo de sobre corriente a través del equipo.

Las conexiones del sub-sistema de tierra interior se efectúan a una barra de cobre llamada Barra de Tierra Principal (MGB).

La barra MGB ofrece un punto de baja resistencia para todas las tierras interiores.


Todo el equipo RF se conecta directamente a la barra MGB. La Barra de Tierra Principal MGB se conecta al anillo de tierra

externo, a la conexión a tierra de potencia AC y otras tierras tales como la estructura metálica del edificio.

Otras barras auxiliares se conectan a la Barra de Tierra Principal y sirven para poner a tierra cierto grupo de equipos o compartimentos dentro del edificio.

Esta configuración de compartimentos o áreas de equipos, aisla los equipos de transitorios mientras que minimiza las diferencias depotencial entre equipos dentro del grupo.


Las cubiertas de equipos o bastidores deben estar aislados de trayectorias de tierra no planeadas para evitar flujos de corrientes de tierra.

Esto se logra ubicando los bastidores o equipos sobre un material aislante para mantenerlo aislado del piso, usualmente de concreto.

Un anillo de tierra elevado o anillo interior llamado HALO, se extiende dentro del edificio alrededor del equipo e instalado en la pared conecta partes metálicas no críticas o elementos metálicos inactivos, tales como marcos de puertas.

CAMPO DE TIERRA DE LA OFICINA CENTRAL

El campo de tierra de la oficina central puede ser cualquier electrodo de tierra aprobado por el Código, o cualquier configuración del sistema electrodo de tierra tales como:

♦ Varillas de tierra enterradas.♦ Un anillo de tierra ó ♦ La combinación de electrodos conectados conjuntamente para formar el sistema electrodo de tierra del sitio.

La resistencia a tierra de este campo debe ser menor o igual a 5Ohms. Sin embargo, la industria recomienda una resistencia a tierra máxima de 1 Ohm.


La torre de la antena fue puesta a tierra durante la construcción a través de un cable #2 AWG


El generador de emergencia es también conectado al campo de tierra

BARRA DE TIERRA PRINCIPAL (MGB)

La Barra Principal de Tierra (MGB) es el punto común de la conexión para los PRODUCTORES DE SOBREVOLTAJES TRANSITORIOS (P) y los ABSORBEDORES DE CARGA (A), lo mismo que para las tierras de los equipos de ambas áreas las NO -AISLADAS (N), y las AISLADAS (I).

La barra MGB es una barra de cobre que está aislada de su soporte y ubicada afuera del área IGZ.

Sus dimensiones mínimas son:

457 mm de largo x 78 mm de anchura y 6.35 mm de espesor


La barra MGB se monta generalmente en la pared del sitio de telecomunicaciones, proporcionando la ruta más directa del conductor de campo de tierra de la oficina central.

Todos los terminales a la barra MGB deben ser conectados al conductor por medio de sujetadores del tipo de lengüetas de dos pernos que tengan conexión de compresión o soldadura exotérmica con el conductor.

La configuración de la unión a la barra MGB que se muestra en laFigura 3, facilita la concentración y disipación de altas sobre corrientes generadas afuera del cableado de la planta, equipo deradio, etc. por medio de las secciones (P) y (A) de la barra.

BARRA DE TIERRA PRINCIPAL

Figura 2

MONTAJE DE BARRA DE TIERRA PRINCIPAL

Figura 3


Esta mantiene el mismo potencial del voltaje a través de las secciones (N) y (I) de la barra MGB.

La secuencia de la conexión es muy importante para la efectividad de la protección total y no debe ser alterada.

Los PRODUCTORES DE SOBRE VOLTAJES TRANSITORIOS son aquellas partes metálicas las cuales ofrecen una trayectoria conductiva para las descargas atmosféricas o sobre voltajes transitorios.

Ejemplos de productores de sobre voltajes transitorios son: Las torres de radio / microondas.


Blindajes o corazas de cables, Pares de cables y Conductores de energía.

Los ABSORBEDORES DE SOBRE VOLTAJES TRANSITORIOS son aquellos elementos de un sistema de tierra de una oficina central, que proveen una trayectoria de baja impedancia a tierra.

Ejemplos de absorbedores de sobre voltajes transitorios son: El campo de tierra de la oficina central, Sistemas metálicos de agua


Tierra de potencia de AC y La estructura de acero del edificio.

El campo de tierra de la oficina principal y los sistemas metálicos de agua son considerados como absorbedores de sobre voltajes transitorios primarios, debido a su trayectoria de baja impedancia a tierra

La resistencia del conductor desde la barra MGB al campo de tierra de la oficina central debe ser:

Menor a 0.005 Ohms


La unión al sistema de agua de la oficina central es un requisito del Código(*) y lo califica como absorbedor primario de sobre voltajes, si el sistema de agua incluye un tubo metálico que este enterrado un mínimo de 3 m (10 pies).

La resistencia y calibre del conductor desde la barra MGB hasta la tierra de potencia AC debe ser:

(*) Referido al NEC (National Electric Code), en nuestro país se aplica en casos muy raros.

Menor a 0.005 OhmsCalibre 2/0 AWG o

mayor

PUESTA A TIERRA DE UN SITIO DE TELECOMUNICACIONES

Figura 4


SECCION “P” Las torres de radio/microondas, blindajes de cables telefónicos,

pares de cables de teléfono, protectores de sobre voltajes transitorios instalados en la Armazón de Distribución Principal (MDF), los conductores de potencia, son todos productores de sobre voltajes transitorios o SURGESSURGES.

Cualquier objeto que proporcione una trayectoria conductiva a las descargas atmosféricas o a los sobre voltajes transitorios (SURGES), debe tener referencia a la sección (P) de la barra MGB.


SECCION “P” La sección “P” de la Barra de Tierra Principal son el

punto de conexión para los generadores de sobre corrientes tales como:

Tierras de los equipos de microondas y radio: gabinetes internos y cubiertas

Barra de tierra para cables de entradaBarra de tierra de la armazón de distribución principal (MDF)

Marco de tierra del generador


SECCION “P” Ventana de entrada de la guía de ondasReceptor Multicoupler (RMC). Cada RMC debe tener su conexión a la barra MGB

Terminales del protector de teléfonosChasis del generador de emergencia


SECCION “N” La sección (N) de la barra MGB es el punto común de referencia a

tierra, para todo equipo a tierra no aislado. Las conexiones hechas a la sección (N) son para prevenir

diferencias de voltaje entre los armarios metálicos del equipo y los gabinetes fuera del área fuera de la zona IGZ.

Todas las estructuras del equipo, el hierro de la barra MDF, armarios para cables, armarios para batería y otras superficies de metales expuestos, que podrían ser energizados, están unidos a la barra MGB en este punto.


SECCION “N” La sección (N) es también el punto de referencia de

tierra para la planta de potencia DC de la oficina central (+48 voltios de retorno).

Las conexiones típicas a la sección “N” de la barra de tierra principal son:

Marcos de equipo misceláneo y bastidoresObjetos metálicosBarra colectora del retorno de batería (+)


SECCION “N”Armarios de bateríasMarcos del cuarto de potencia los cuales no se encuentran aterrizados con cables verdes.


SECCION “I” La sección (I) de la barra MGB es el punto principal de

conexión para las tierras IGZ. Esta tiene típicamente la menor variación de voltaje de

las secciones de la barra MGB. Por consiguiente, las conexiones de la barra GWB son

hechas de esta sección de la barra MGB.

ZONA AISLADA DE TIERRA (IGZ)

La Zona Aislada de Tierra se define como el área donde todo el equipo y sus componentes de hierro contenidos allí dentro están aislados de las otras tierras y sus conexiones a tierra, excepto una conexión única a la Barra de Ventana a Tierra (GWB).Todo el equipo ubicado dentro de la zona IGZ flota a un potencial de voltaje igual al de la barra GWB, debido a que el concepto de un solo punto de tierra, es utilizado. Cuando todas las cargas de la electrónica sensitiva operan al mismo potencial, ningún voltaje que cause daños puede ocurrir y aún más, las sobre corrientes son eliminadas.


La armadura de todo el equipo ubicado dentro de la zona IGZ debe estar conectado a tierra por medio de una conexión a la Barra de la Ventana a Tierra (GWB). La barra GWB esta ubicada en la zona IGZ y de la misma forma que la barra MGB, es de cobre y aislada de sus soportes.La resistencia y calibre del conductor desde la barra GWB hasta la barra MGB debe ser:

Menor a 0.005 Ohms

Calibre 2/0 AWG o mayor


Algunos fabricantes recomiendan la utilización de dos conductores paralelos – uno junto al otro – para conectar la barra GWB a la barra MGB.Equipo típico que se ubica dentro de la zona IGZ incluye:

Conmutadores digitales.Equipo de transmisión de fibras ópticasMultiplexores, equipo de transporte digital.Inversores que proporcionan potencia AC dentro de la zona IGZ.


Armarios de cables ubicados dentro de esta zona.Equipo de telefonía digital.

Inversores (convertidores de DC a AC) se usaran para proporcionar potencia AC dentro de la zona de tierra aislada.Los inversores deben estar instalados físicamente dentro de la zona IGZ y la salida del inversor debe estar conectado a tierra.Los dispositivos que requieren AC, los cuales están o serán conectados al equipo de conmutación y transmisión dentro de la zona IGZ, debe ser alimentados por tomacorrientes suministrados por inversores.


Ejemplos de estos equipos son:Teletipos/ImpresorasTerminales de videoModuladores o ModemsEquipo de pruebaConsolas de mantenimiento / posiciones.

Se prefiere que la zona IGZ sea ubicada en una sala separada, para proveer un espacio de separación mínimo de 1.8 m (6 pies), del equipo ubicado en el área fuera de la zona IGZ.


Es importante controlar la estática en la zona IGZ para que tierras incidentales o extrañas no entren en contacto con el equipo dentro de esta zona IGZ excepto a través de la barra GWB.Para mantener la integridad de la zona IGZ, todo el equipo dentro de esta zona debe estar eléctricamente aislado del piso, paredes y cielo raso. Esto incluye:

Gabinetes de conmutadores digitales de patas no conductivas.


Armarios de relés aislados del piso y los pernos de anclaje, por medio de bujes no conductivos. Armarios de cables aislados de la pared.Cielos rasos y Todos los puntos de contacto con los armarios de cables fuera de la zona IGZ.

Algunos equipos de transmisión pueden tener el retorno de batería internamente conectado a su chasis. Este tipo de equipos deben estar eléctricamente aislados de los armarios donde este montado, usando tornillos y herrajes no conductivos.


La integridad de la zona IGZ también se mantiene mientras se cumpla con la Normatividad del Código.Esto significa que si tomacorrientes de AC alimentados por inversores se van a ubicar en la zona IGZ, es necesario usar cajas no conductivas para los tomacorrientes.También hay que asegurarse de que el conducto metálico esté aislado del equipo IGZ.

ZONA DE TIERRA NO-AISLADA

El equipo ubicado fuera de los límites de la zona IGZ es típicamente de tratamiento para los circuitos electrónicos, transportador analógico, fuente de potencia y la Armazón de Distribución Principal (MDF).Los armarios montados fuera de la zona aislada IGZ deben ser aislados de todas las tierras a excepción de la conexión de regreso a la sección (N) de la barra MGB. Este aislamiento asegurará que el equipo no esté en la trayectoria de sobre voltajes transitorios eléctricos que puedan desarrollarse a través de conexiones a tierra incidentales o desconocidas.

ARMAZON PRINCIPAL DE DISTRIBUCION (MDF)

Consideraciones especiales se requieren en el punto MDF para controlar los sobre voltajes transitorios y proporcionar protección al personal los cuales son:

La barra MDF debe estar fuera de la zona IGZ.El conductor que conecta la barra MDF a la sección “P” de la barra MGB, ofrece una trayectoria directa de baja impedancia para descargar los sobre voltajes transitorios del protector.Los componentes de hierro, deben estar conectados a la porción (N) de la barra MGB para protección del personal.


Una conexión a tierra debe hacerse por cada 10.5 m (35 pies) de longitud horizontal de la armazón.Se recomienda que una barra a tierra intermedia sirva como punto de colección para los múltiples conductores a tierra del herraje de la barra MDF.Los conductores de conexión a tierra de todos los elementos de protección de la barra MDF deben estar aislados del hierro de la barra MDF.


Esto previene que las corrientes del protector de sobre voltajes transitorios (TVSS), fluyan a través del equipo de la oficina central por medio de los armarios de cables u otra conexión incidental al hierro de la barra MDF.

CABLES DE ENTRADA

La Barra de Tierra del cable de Entrada (CEGB) es una barra de cobre, aislada de su soporte, que sirve como punto común de conexión a tierra para el lado de campo de todos los blindajes de los cables de entrada.

La barra CEGB, debe estar ubicada de tal manera que el conductor de tierra individual #6 AWG para cada blindaje del cable de entrada sea tan corto y directo como sea posible, preferiblemente cerca de los conductos de entrada.

La barra CEGB como la barra MDF de tierra, deben estar conectados a la sección (P) de la barra MGB.

CABLES DE ENTRADA

Un aislamiento de separación mínimo de 78 mm (tres pulgadas) debe ser proporcionado en todos los blindajes metálicos de cableque entren a la oficina central.

El fin de este aislamiento es para dirigir los sobre voltajes transitorios eléctricos que puedan estar presentes en el blindaje del cable exterior de la planta, a la barra CEGB en lugar que a la barra de tierra MDF.

Un cable de unión a la barra CEGB se instala con este fin. El cable debe estar aislado de los armarios de soporte en todos los

puntos de contacto para preservar el concepto de “un solo punto de contacto”, y evitar cortos en el espacio intencional del aislamiento.

CABLES DE ENTRADA

Cada par de cables de teléfono, que entran o salen del sitio deben estar equipados con PROTECTORES CONTRA PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ó TVSS (SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ó TVSS (Transient Transient VoltageVoltage Surge Supresor)Surge Supresor), estos incluyen a:

Circuitos de teléfono para canales de voz celulares. Circuitos de datos. Módems de línea conmutada. Líneas de alarma y Otra red de conmutación o líneas privadas.

CABLES DE ENTRADA

Estos TVSS deben estar equipados con tubos de Gas, Varistores de Oxido metálico y Diodos de Clamping ultra rápido.

Los TVSS deben cumplir con los siguientes requisitos mínimos (ver Figura 5):

I descarga (onda 8/20 µs) de 5 kA.Resistencia de inserción de 0 Ohm.Tiempo de respuesta menor a 1 nanosegundo.Voltaje clamping en función del tipo de línea.

TVSS PARA LINEA TELEFONICA CONMUTADA

CYLIX

TELECOMMLINE

PORTA

SYSTEMS

CABLES DE ENTRADA Todas las secciones de bandejas porta cables deben estar unidas

conjuntamente utilizando un alambre AWG Núm. 6. La pintura alrededor de la conexión debe ser removida y se debe

usar un herraje aprobado para establecer una buena conexión. Por teoría de diseño de puestas a tierra, se obtendrían los

siguientes valores de resistencia para un terreno con Resistividad de 1000 Ohm-m usando radiales AWG #10:

Número de Radiales Longitud de radialesResistencia

4 20 m 30 Ohm8 20 m 25 Ohm8 50 m 13 Ohm

RESISTENCIA A TIERRA

Como práctica se recomienda que los radiales tengan una longitud de:

15m <Long. Radiales<22m

RESISTENCIA A TIERRA

Se pueden utilizar radiales adicionales desde la torre para reducir aún más la resistencia a tierra.

La resistencia a tierra entre el electrodo de tierra y el suelo no debe ser mayor de 5 Ohms.

Para aquellos sitios donde la resistencia a tierra exceda los 5 Ohms, se pueden utilizar otros métodos alternativos, para bajar el valor de la resistencia.

Estos métodos pueden consistir en el uso de sales electrolíticas o cementos conductivos.

REDES DE BAJA FRECUENCIA

Las oficinas de conmutación, las cuales son redes de baja frecuencia, generalmente operan a frecuencias entre DC y 300 Khz.

Una red de baja frecuencia aísla sus señales de otras redes incluyendo las tierras de las estructuras, la tierra de seguridad, la de rayos y de potencia.

También previene que se desarrollen corrientes parásitas, primariamente de 60 Hz, las cuales pueden desarrollar potenciales entre puntos del sistema de tierra.

REDES DE BAJA FRECUENCIA

La red de baja frecuencia debe estar conectada al sistema de electrodo de tierra en un solo punto (único punto de conexión a tierra) y debe estar configurado para minimizar la longitud de la trayectoria del conductor.

Pueden ocurrir daños cuando estos potenciales de voltaje provocan un flujo de corriente sobre el cableado de señales y finalmente a través del sensitivo circuito digital.

Conectando a tierra todo el equipo de la oficina central a un solo punto, minimizará el daño debido a diferencia de voltajes.

INSTALACION DEL CONDUCTOR DE CONEXIÓN A TIERRA

Los conductores deben ser aislados y seguir la trayectoria más directa para minimizar la inductancia que impedirá las sobre corrientes.

Cualquier doblamiento del cable debe ser gradual. Algunos fabricantes proveen directivas relacionadas con el mínimo

radio de curvatura. Los Conductores de tierra asociados con los productores de sobre

voltajes transitorios o los absorbedores de sobre voltajes transitorios, no deben ser enrutados en proximidad y en paralelo a otros conductores de tierra, especialmente los de la zona IGZ.

INSTALACION DEL CONDUCTOR DE CONEXIÓN A TIERRA

Se deben evitar corridas de cable a través de los armarios de cables o por el interior de cualquier componente de hierro y utilizar conductores no metálicos.

Las conexiones a las barras MGB y GWB deben efectuarse con fijadores del tipo de dos pernos que tengan una conexión de compresión o de soldadura exotérmica, ver Figura 6.

Se recomienda usar una grasa anticorrosiva. Deben colocarse Rótulos o identificadores permanentes sobre los

conductores de tierra para identificar su origen. Los conductores de tierra conectados a las barras MGB y GWB

deben ser identificados en ambos extremos.

CONEXIONES A LA BARRA DE TIERRA PRINCIPAL

Figura 7

REDES DE ALTA FRECUENCIA

ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALOANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Los sitios celulares, los cuales son redes de alta frecuencia,

requieren un plano de tierra equipotencial. Entre más extenso sea este plano de tierra más efectivo en

minimizar las diferencias de potencial entre equipos interconectados a alta frecuencia.

En una instalación típica, el anillo de tierra interior o halo, proporciona este plano equipotencial.

Usando este concepto se protege el sitio de los pulsos electromagnéticos de alta frecuencia y los producidos por descargas atmosféricas.


Halo


La forma correcta de utilizar el halo en una caseta de comunicaciones es usarlo como un blindaje de Faraday.

Si se conecta en los cuatro rincones de la estructura al anillo de tierra exterior va a funcionar como un plano de tierra invertido para bloquear las radio frecuencias y los campos inducidos a los circuitos por las descargas atmosféricas.

Solamente metal inactivo debe conectarse al halo, como los ductos del aire acondicionado y calefacción, los marcos metálicos de las puestas, etc.


Siempre se utiliza un punto único de conexión a tierra y el halodeber ser parte de este sistema.

Los equipos no deben conectarse al anillo interior o halo. Los conductores dentro de la estructura desarrollan voltajes en

distancias relativamente cortas como resultado de los campos electromagnéticos.

Si los conductores de tierra del equipo son unidos al halo alrededor del cuarto, se pierde el control de las corrientes que buscan la tierra y se pueden desarrollar potenciales entre gabinetes causando daños o disrupciones.


Para prevenir estos problemas, todas las tierras de los equipos deben ser conectadas directamente a la Barra de Tierra Principal y mantener así el sistema de único punto de conexión a tierra.

La Barra de Tierra Principal se conecta al anillo exterior y puede conectarse en más de un punto.

Es importante notar que el halo no se conecta a la Es importante notar que el halo no se conecta a la barra de tierra principalbarra de tierra principal..

ANILLO DE TIERRA INTERIOR (HALO)

Figura 8


El Halo debe:Ser instalado aproximadamente 15 cm por debajo del techo interior de la caseta o estructura

Cuando se conecta al anillo de tierra exterior en las cuatro esquinas de la estructura no debe conectarse a la Barra de Tierra Principal. La Barra de Tierra Principal se conecta al anillo de tierra exterior. No debe existir una conexión entre el halo y la Barra de Tierra Principal.


Cuando se conecta el halo a la Barra de Tierra Principal, no debe existir ninguna conexión entre el halo y el anillo de tierra exterior. De esta forma se mantiene el concepto de único punto de conexión de tierra.

Es importante para minimizar la diferencia de potencial entre puntos de la red de referencia de señal de alta frecuencia, mantener la resistencia DC entre dos puntos de un chasis o gabinete del equipo a resistencias menores de 1 mili Ohm (0.001 Ohm).


Es importante tener presente que se ha determinado que aproximadamente 70% de la energía de un rayo se disipa a tierra por medio de la torre debido a su baja impedancia comparada con el conductor bajante el cual disipa aproximadamente un 30% de esta energía.

Por lo tanto, para cumplir con las regulaciones del código, el cual exige como mínimo dos conductores bajantes para cualquier estructura, se considera que la torre misma es un conductor bajante.


Por lo tanto, todas las conexiones a tierra del equipo ubicado en las torres, deben conectarse a tierra por medio de la torre y no al conductor bajante.

Usualmente se utiliza un travesaño conectado a la torre, de acero o cobre para efectuar estas uniones de tierra de los equipos montados sobre la torre.

Por esto es importante la protección para desviar la energía del impacto de un rayo al sistema de tierra.

Un impacto directo o cercano, pueden hacer oscilar una antena ya que es un circuito sintonizado.


Pero solo una antena conectada a tierra puede soportar el impacto.

La forma de onda resonante tendrá todas las resonancias presentes en la antena.

Esto indica que tanto la resonancia en frecuencia como las demás frecuencias bajarán en la línea de transmisión hasta el equipo.

Una antena que no se encuentre conectada a tierra sufrirá el salto del arco entre el conductor central del cable coaxial y el blindaje exterior.


Esto creará una serie de componentes de alta frecuencia que circularan en la línea de transmisión hasta el equipo.

También es importante considerar, para la protección frente a radio frecuencia, el EFECTO PELICULAREFECTO PELICULAR.

El Efecto PelicularEfecto Pelicular es un fenómeno físico que se relaciona con la profundidad de penetración de una señal de radio frecuencia o RF, en un conductor, de acuerdo a su frecuencia.


Este efecto esta presente en el cable coaxial que mantiene a la señal RF dentro y mantiene las interferencias exteriores acopladas en el blindaje exterior.

Esto empieza a caer a medida que la frecuencia comienza a bajar y la penetración comienza a mezclar la energía de interferencia en el blindaje exterior del cable coaxial con la señal interna en el conductor central.

En el caso de los rayos, las frecuencias fluctúan entre CC y aproximadamente 1 Mhz, una escala que afecta al cable coaxial y se llama impedancia de transmisión.


Entrada de cables de RF, a través de una pletina de cobre de ¼”,con los blindajes conectados a la pletina


TVSS conectado a los sub-tableros de una estación de telecomunicaciones

TVSS


Mientras más grueso el material del blindaje, menor el efecto de las corrientes de baja frecuencia.

En el caso del cable coaxial, el conductor central posee mayor inductancia así que las pulsaciones se demoran más tiempo en propagarse que en el blindaje del cable. Por lo tanto es necesario compensar esta diferencia de tensión, con un protector, para evitar que afecte el equipo.

PROTECTOR COAXIAL

CLEARLIN

E

ANTENAS MONTADAS EN EL TECHO DE EDIFICIOS

Los edificios presentan una situación difícil para la puesta a tierra. Todas las antenas y estructuras que soportan antenas deben ser

conectadas a tierra internamente y externamente, cuando sea posible, al sistema de tierra del edificio.

Si no existe un conductor de tierra en la parte superior del edificio, si es factible, se extiende un conductor AWG Núm. 2 trenzado desde la parte superior a la parte inferior del edificio.

Este conductor se conecta a la varilla de tierra del edificio.


Si esta varilla no puede ser localizada, la conexión debe hacerse al electrodo existente o a la tubería metálica de agua.

Si no es posible una tierra externa, se conecta a tierra la línea de transmisión, después que entra el edificio, a la tierra interna de edificio.

Una conexión apropiada de tierra puede ser el punto donde el servicio principal eléctrico es conectado a tierra.


Este puede ser una barra colectora de la distribución eléctrica principal o un conducto metálico cuando se ha determinado que posee continuidad eléctrica desde el punto de tierra del servicio al punto donde se desea hacer la conexión a tierra.

La estructura metálica del edificio también puede utilizarse como punto de tierra adecuada, si toda la estructura metálica del edificio es unida con pernos o con soldadura.

Esto puede ser verificado haciendo una inspección o consultando al ingeniero del edifico antes de hacer esta conexión


La Figura 9 muestra la conexión de tierra correcta de un sitio de comunicaciones ubicada en un edificio, en una zona urbana.

CONEXIÓN A TIERRA EN UN SITIO UBICADO EN UN

EDIFICIO

Figura 9

SISTEMA DE PROTECCION INTEGRAL DE UN SITIO DE

TELECOMUNICACIONES

Figura 10

Aplicaciones de PAT en Cómputo

•El ambiente eléctrico para computadoras incluye:Fuentes de potenciaSistema de tierraInterfaces eléctricas con las líneas de comunicacionesAire acondicionado ySistemas de seguridad industrial

•El ambiente eléctrico exterior adyacente a la sala de computo también debe considerarse, ya que las perturbaciones eléctricas se pueden propagar a través de conductores, tubería, conductos metálicos, estructura del edificio o por ondas de radio

a. IMPORTANCIA DEL AMBIENTE ELECTRICO

PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO

Ningún equipo electrónico es inmune totalmente a las interferencias y perturbacionesLas interferencias o perturbaciones de alta energía pueden causar fallas catastróficas o de algunos componentes.Las perturbaciones menores pueden corromper las señales de lógica y causar errores en los datos o control.La utilización de computadoras o equipos con componentes electrónicos digitales se incrementa continuamente, ya sea en controles de tráfico aéreo, administración de hospitales y control de comunicaciones.La seguridad pública puede ser afectada por las fallas de un sistema de computadoras.


•El termino “Tierra del sistema” se refiere a un cable o alambre aislado, separado y dedicado (aislamiento verde, o verde con rayas amarillas), conectado a tierra, instalado para computadoras y equipos a base de microprocesadores.•El propósito de este “sistema” a tierra, es proporcionar un sistema “limpio”, libre de ruidos (interferencia electromagnética), de referencia cero de tierra para las fuentes de potencia cc y datos.•El conductor de tierra aislada debe correr conjuntamente con los conductores del circuito, el conductor neutro y el conductor de tierra de protección y podrá pasar o cruzar a través del tablero o panel de control.

b. TIERRA DE REFERENCIA CERO DEL SISTEMA


•El conductor para la “Tierra del sistema” no se conectaal conducto o tablero de distribución secundarios por los cuales se desplaza.


c. CONEXIÓN DE TIERRA PARA LA OPERACIÓN CONFIABLE DE COMPUTADORAS

El concepto de único punto de conexión a tierra se ha establecido como estándar para una conexión a tierra para equipo electrónico sensible.Es de suma importancia para la confiabilidad de un equipo y una satisfactoria operación de los sistemas computarizados y otros modernos sistemas electrónicos, el establecer un punto único de referencia de tierra.Esta técnica se basa en mantener un plano equipotencial para todos los equipos y así evitar diferencia de voltajes peligrosos o que puedan afectar el buen funcionamiento del equipo electrónico.


Es siempre necesario, para evitar ruidos e interferencias debido a la impedancia de conductores largos, instalar un transformador de aislamiento lo más cerca posible al computador.Se recomienda que el sistema de tierra del equipo electrónico de la sala de computadoras, instalada en los secundarios del transformador de aislamiento, sea interconectado con el sistema de tierra del edificio.Esto se hace para establecer un corto circuito entre los sistemas de tierra y mantener todo el sistema al mismo potencial en caso de descargas atmosféricas u otros efectos causados por corrientes de tierra.


El tamaño del cable es crítico para los modernos circuitos electrónicos, el conductor de “Tierra del sistema” debe ser continuo, de calibre completo y aislado de color verde.Cuando el aislante verde es usado para la Tierra de Protección, use un aislamiento verde con rayas amarillas para la “Tierra del Sistema”.“Calibre completo” significa, un conductor de cobre de un mínimo #8 AWG o del mismo calibre que de los conductores de fase.


Cuanto más grande el tamaño del conductor de Tierra del Sistema, más baja es la impedancia de retorno al sistema de conexión a tierra del edificio.Cuanto más baja la impedancia, más callada (libre de ruidos eléctricos) la lógica de referencia.El resultado es un mejor funcionamiento del sistema.Ningún sistema computarizado puede operar eficientemente sin un sistema a tierra de baja impedancia.


d. FORMA DE DETECTAR UN SISTEMA INCORRECTO NEUTRO-TIERRA

La relación de voltaje entre el conductor Neutro y de Tierra puede ser una buena indicación de la calidad del sistema a tierra.En una buena instalación, todas las conexiones del cableado son de mínima resistencia y su número es mantenido en un mínimo.Tampoco existen corrientes que fluyen en el conductor de conexión a tierra.


Si el conductor neutro porta una corriente, habrá un voltaje generado entre el neutro y los conductores de tierra.Este voltaje representa una caída de voltaje en el conductor neutro.Con una apropiada unión Neutro-Tierra, si no existe corriente en el conductor de conexión a tierra, una medida tomada entre el conductor neutro y el conductor de tierra - por ejemplo en un tomacorriente o en un sub-tablero – es una medida del voltaje desde ese punto en el conductor neutro al punto de unión Neutro-Tierra


•El voltaje es el producto de la corriente (amperes), en el conductor neutro, multiplicada por la resistencia del conductor neutro, más cualquier otra conexión resistiva entre el punto de unión neutro-tierra y el punto de medición.•Los fabricantes de equipos electrónicos especifican un máximo voltaje neutro-tierra para sus respectivos equipos. Puede estar especificado en RMS volts, como por ejemplo 0.5Vrms.


Aplicaciones de PAT en Protección contra las Descargas Atmosféricas

El rayo es un fenómeno perturbador importante del funcionamiento de todas las instalaciones eléctricas y electrónicas por varios motivos:Afecta a toda la gama de potencias y todos los niveles de tensión; desde el transporte de energía a MAT hasta los circuitos integrados, pasando por las alimentaciones en baja tensión y las transmisiones de datos.Puede causar la destrucción de materiales y, como consecuencia, largas interrupciones del servicio de las instalaciones,

RAYOS - CARACTERISTICAS

Constituye un peligro para las personas (tensión de paso, elevación del potencial de las masas y del circuito de tierra).El rayo es siempre una causa de perturbaciones en la utilización de la electricidad.Es de considerar la exigencia reciente y cada vez más creciente , de la calidad de los sistemas eléctricos (fiabilidad, disponibilidad, continuidad de servicio), así como la presión permanente de minimizar los costos de producción y utilización de la electricidad.


Un estudio de los efectos del rayo se desarrolla en dos etapas pero precisa, previamente, de un buen conocimiento del fenómeno.Estas dos etapas tienen como objetivo:

Prever lo que puede pasar sobre una instalación determinada y preconizar soluciones de mejora. En esta etapa es importante contar con información sobre el Nivel Isoceraúnico del sitio a proteger. Ello es posible por la utilización de programas especializados, validados por la experiencia,Seguidamente realizar un estudio técnico, teniendo en cuenta el costo de las instalaciones, del mantenimiento y de las interrupciones de servicio.


La nube de tormenta llamada cumulo-nimbus se extiende por varios Kilómetros.Está constituida, en la parte alta de cristales de hielo cargados positivamente, en la parte baja de gotas de agua cargadas negativamente. En Europa 80 a 90% de los rayos son negativos mientras que en otras regiones la proporción de rayos positivos es más alta. Cuando se crea un cumulo-nimbus, el campo eléctrico al nivel del suelo aumenta para alcanzar a valores cercanos de 20 kV/m mientras que los diferentes puntos altos generan una ionización natural (ver figura 1).


Figura 1


Al centro de la nube se crean varios trazadores, progresando por saltos sucesivos hacia el suelo. Con la aproximación de éstos líderes que desciende, la ionización de los puntos altos se amplifica para dar nacimiento a trazadores que suben (Figura 2).

Figura 2


Cuando estos dos líderes se encuentran, se crea un canal ionizado, que permite a la nube de descargarse eléctricamente (figura 3).

Figura 3


Picos de voltaje son del orden de 6000 V.Picos de corrientes de 2000 a 400000 A.El tiempo de elevación hasta 99% es de 300 nanosegundos a 10 microsegundos.La energía potencial al 99% es de 5000 Joules.La tasa de descarga de 2 a 200 Coulombs.La temperatura pico es de 55,000 ºF.


TérmicosMecánicosDe choque eléctricoDe pérdida de aislamientoElevación del potencial de tierraElectromagnéticos de alta frecuenciaElectroquímicosAcústicosFisiológicos

RAYOS - CARACTERISTICASEFECTOS DIRECTOS DE LA CAIDA DEL RAYO

Degradación del materialDisfuncionamiento de las instalacionesReducción de la continuidad de servicioPeligro para los seres humanos

EFECTOS INDIRECTOS DE LA CAIDA DEL RAYO


COMO SE MUEVE EL RAYO CUANDO IMPACTA EN EL SUELO?

LA TRAYECTORIANATURAL DEL RAYO ES !!RADIAL!!

!!LA TRAYECTORIA DEL RAYO EN EL SUELO ES RADIAL!!

PUNTO DE IMPACTO

LA TRAYECTORIANATURAL DEL RAYO ES !!RADIAL!!

MODELO SERIE R-L

PUESTA A TIERRA

MODELO SERIE R-L

Es el modelo más simple Cuando la PAT se somete a un Impulso Transitorio,

expresado en términos de la corriente i, puede ser calculado usando:

V = L (di / dt) + iR Instrumentos convencionales para medir la Resistencia

de la PAT (Telurímetro) inyectan una Corriente Pulsante DC, o en algunos instrumentos , a baja frecuencia (127Hz), para proveer algún rechazo en Modo Común de la corriente del suministro público de 60Hz

MODELO SERIE R-L

Si consideramos una PAT con una resistencia DC de 5 Ohm y una Inductancia Total de 50mH y suponemos que el sistema esta sometido a una típica descarga de rayo muti-pulsos, con una corriente pico de 50 kA en 10 ms de tiempo de subida, para subsequentes strikes.

Durante el primer pulso, la elevación del potencial en el punto de impacto:

MODELO SERIE R-L

Debido al término Resistivo del modelo Serie R-L:VR = IR = 50kA x 5Ω = 250 kV

Y el debido al término inductivo es:VL = Ldi/dt = 50mH x 50kA/10ms = 250kV

El Voltaje Pico Instantáneo será la suma de estos dos valores, es decir:VR + VL =250 kV + 250 kV = 500 kV

MODELO SERIE R-L

Cuando consideramos el efecto de re-Strikes, con sus cortos tiempos de subida, el caso es aún más dramático, con el Voltaje total estando por encima de 2.6 MV, con 2.5MV debido al efecto del termino de la Inductancia.

MODELO SERIE R-L

Cualquier método que evalue la performance de una PAT debe ser capaz de analizar las dos mayores áreas de importancia: Voltaje Pico esperado para una Corriente dada con una tasa de elevación dada.

Como esta Energía transitoria se dispersa en la PAT

MODELO SERIE R-L

La manera más Simple y Efectiva de hacer esto es simular un Impulso Transitorio en la tierra, inyectando una Corriente de Impulso de forma similar al Rayo (pero más pequeña en Amplitid) y entonces medir como la PAT responde a esto.

El Diseñador debe tomar en cuenta como reaccionara la PAT frente a condiciones de Transitorios reales.

MODELO COMPLEJO, LINEA DE TRANSMISON

Un modelo más exacto de un Sistema de PAT puede ser obtenido empleando la Teoría de las Líneas de Transmisión, con elementos distribuidos Resistivos, Capacitivos e Inductivos.

La Impedancia caractrística , Zo de esta Red es dependiente en la frecuencia y esta dada por:

Zo = [(R + jωL) / (G + jC]0.5


Ondas de prueba típicas de transitorios , tal como la onda 820 ms comprende una doble exponencial, un análisis de Fourier revelaría Fourier un amplio espectro de componentes de frecuencia.

Los transitorios reales no son exactamente de la misma forma que estas ondas de prueba usados en los Estándares de Protección contra Transitorios y Rayos y ciertamente no son un fenómeno de una sola frecuencia.


Medir estos componentes resistivos y reactivos de esta PAT no es muy práctico, ademas de necesitarse un cálculo muy complicado.

Un modelo simple podría evitar la necesidad de conocer los valores reales de R, C y G y en su lugar simplemente proveer factor relacional del Voltaje pico a la Corriente pico, en forma similar a aplicar la Ley de Ohm.

Este factor es llamado “ Impedancia de Impulso”


También se le conoce como Surge Impedance (Impedancia a Sobre tensión).

Es un parámetro muy útil para predecir la performance del sistema de PAT bajo condiciones transitorias.

IMPEDANCIA DE IMPULSO

Este Parámetro se calcula mediante la fórmula:Zp = Vp / Ip

Donde Vp =Voltaje PicoIp = Corriente Pico

Este Parámetro es muy fácil de medir, inyectando una corriente de impulso en la PAT bajo prueba, y luego medir el Voltaje pico resultante,con estos valores calculamos Vp / Ip.


Los instrumentos para medir la Resistencia DC son muy conocidos para la gente involucrada en el diseño y mantenimiento de Sistemas de Puesta a Tierra, como también sus limitaciones.

Con las mediciones de la Impedancia de Impulso, a pesar que la técnica es similar, existen un nuevo rango de factores involucrados completamente que pueden influenciar los resultados.

INTERPRETACION DE MEDICIONES

Estos factores son: Variaciones en la Impedancia de Impulso dentro de los Sistemas de PAT.

Comparación de la Impedancia de Impulso y la Resistencia DC.

Mediciones selectivas dentro de sistemas interconectados


Variaciones en la Impedancia de Impulso dentro de los Sistemas de PAT.

En un sistema de PAT interconectado, la las mediciones de la Resistencia DC hechas en cualquier punto en el Sistema tenderá a ser similar a cualquier otra.

Con las mediciones de la Impedancia, cables interconectados, dependiendo de su forma, area de la sección tranversal y número de curvas, puede presentar una significante impedancia a la corriente de impulso inyectada.


De esta forma, es posible medir diferentes valores de impedancia en diferentes puntos alrededor del sistema.

Por esta razón es aconsejable tomar medidas tan cerca como sea posible al punto donde se inyecta la corriente de impulso.


Comparación de la Impedancia de Impulso y la Resistencia DC

Los diseñadores de Sistemas de PAT estan a menudo interesados en como comparar el valor de la Impedancia de Impulso con el valor de la Resistencia DC.

Las diferencias entre estos dos valores a veces suele ser significante.


Estas diferencias pueden ser atribuídas al hecho de los Sistemas de Puesta a Tierra involucran mas de un electrodo de PAT interconectados por conductoresde algunos metros de longitud, con numerosas curvas y uniones que se suman a la impedancia global.

Mediciones de Resistencia DC en Torres de Transmisión típicas que forman parte de una línea de torres, puede ser tan bajo como 0.5 Ω , debido a la combinación de muchas torres en paralelo.


Una medición de la Impedancia de Impulso en la misma torre deberá producir un valor del orden de 40Ω!.


El Contrapeso es un electrodo embebido en Cemento Conductivo que proporciona una baja Resistencia e Impedancia como PAT y es instalado de forma horizontal en las capas superiores del suelo.

QUE ES CONTRAPESO?

El Contrapeso es instalado en una zanja de aproximadamente 50cm de ancho, de 50 a 75cm de profundidad y tan largo como sea necesario, para asegurar la obtención de la resistencia eléctrica deseada.

COMO SE INSTALA EL

CONTRAPESO?

RESISTENCIA DEL CONTRAPESO

Dada la Resistividad del Suelo y la Resistencia deseada, es posible determinar la Longitud necesaria del contrapeso

La Resistencia DC es la que miden los Telurímetros de 3 y 4 polos.

Estos Telurímetros inyectan una corriente pulsante de frecuencia baja.

RESISTENCIA DEL CONTRAPESOR

esis

ten

cia

, O

hm

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

10 30 50 70 90 200 400 600 800 1000 3000 5000 7000 9000

Resistividad, ρρρρ Ohm-m

R = ρρρρ Log (2L2) 2.73L WD

3 metro

5 metros

10 metros

20 metros

30 metros

40 metros

50 metros

70 metros

100 metros

IMPEDANCIA DEL CONTRAPESO

La decisión de dotar a una estructura de un SPCR depende de varios factores como:

Probabilidad de caída de rayos en la zonaGravedad y consecuencias para personas, maquinaria u operatividad en empresas.

Una correcta protección debe dotar a la estructura de dos sistemas de protección:

Protección externa contra impactos directos de rayos (pararrayos, tendido o jaula de Faraday) yProtección interna contra sobretensiones provocadas por la caídadel rayo(limitadores de tensión, TVSS, SPD, etc).

ESTANDAR PARA EL DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE PARARRAYOS CONVENCIONAL

Tanto el sistema de protección externo como el interno estarán apoyados en un buen Sistema de Puesta a Tierra (SPAT).Así como una adecuada EQUIPOTENCIALIDAD entre los SPAT, tanto de los sistemas de protección , como de los circuitos eléctricos, telecomunicaciones y de datos del espacio a proteger.


Comprende un dispositivo captor (terminal aéreo), las bajadas y un sistema de puesta a tierraExisten dispositivos captores de varios tipos:

Convencionales: Puntas Franklin, compuestos de Varillas con puntas captoras (Monopuntal, Tetrapuntal, Pentapuntal, etc)Conductores horizontales tendidosMallas de conductores

Pararrayos con dispositivo de cebado ó PDC:Pararrayos dieléctricosPararrayos electrónicosPararrayos PiezoeléctricosRadiactivos (!!!PROHIBIDOS!!!!)


Características del Pararrayos Convencional:Área de protección en forma de conoAngulo de protección máximo de 60o, a una altura no mayor a 12m.Típico 45o de protección Conforme se aumenta la altura, el ángulo disminuye, por ejemplo a 60m el ángulo es de 25oSirve para proteger áreas pequeñas

Normas relacionadas:IEC 62305 (ex 61024-1-2)NFPA 780(USA)NBR5416(BRASIL)


METODOS DE COLOCACION DEL CAPTORAngulo de Protección: Se usa para estructuras simples y pequeñas(no mayor a 20m)Esfera Rodante o ficticia: Es usado para estructuras complejas ymás altas


1 Mástil de captor.

2 Estructura a proteger.

3 Plano de referencia.

4 Área de protección sobre el suelo.

L Longitud para hallar la distancia de seguridad.

αααα Angulo de protección.

s Distancia de separación de acuerdo a >= d = Ki Kc . L (m)


•El ángulo αααα debe cumplir con la siguiente tabla:

Tabla 1


SEPCR NO AISLADOSEstá unido a la estructura a protegerEjemplo del diseño de un Sistema de Protección no aislado sobre una estructura de techo usando el criterio del ángulo α:

La parte superior del captor no será más alto que el valor dado en la Tabla 1.El nivel de tierra es asumido como plano de referencia.


•Ejemplo del diseño de un Sistema de Protección no aislado con captor tipo asta de acuerdo al método del ángulo de protección:

La estructura completa (a y b) deberá ser interna al cono de protección que produce el captor.


SISTEMAS AISLADOSUn sistema exterior de protección contra el rayo (SEPCR) deberá ser AISLADO cuando el flujo de la corriente del rayo a través de partes conductoras internas podría causar daño a la estructura.Cuando los efectos térmicos en el punto de impacto o en los conductores que llevan la corriente del rayo pueden causar daño a la estructura o al contenido del volumen a ser protegido, el espaciamiento entre los conductores del SEPCR y el material inflamable deberá ser al menos 0,1 m.Casos típicos:

Estructuras con cubiertas combustiblesEstructuras con paredes combustibles


DISEÑO DE BAJADA DE CONDUCTORESMúltiples conductores disminuyen el riesgo de descargas laterales y reducen los efectos electromagnéticos interiores en la estructura.Los conductores de bajada deberán ser ubicados de manera uniforme a lo largo del perímetro de la estructura a proteger.Una mejora en la distribución de corriente se logra por anillos de interconexión entre las diferentes bajadas.Es deseable que las bajadas sean ubicadas tan lejos como sea posible de los circuitos internos y partes metálicas para evitar la necesidad de uniones equipotenciales con el sistema de protección.


Se deberá aplicar:Conductores de bajada lo más corto posibleLa distancia promedio entre ellas se aprecia en la Tabla 2.En las estructuras con aleros la distancia de seguridad deberá ser: S > 2,5 + d (m), para evitar la descarga a la persona


25IV

20III

15II

10I

Distancia(m)

Nivel de Protección


Distancia entre conductores de bajada de acuerdo al nivel de protección

Mapa con niveles Isoceraúnicos en el mundo

MAPAS ISOCERAUNICOS

Este método deberá usarse cuando la altura (h) del captor al plano de referencia es mayor que el radio de la esfera ficticia (R) según la Tabla 1.Aplicando este método, el posicionamiento de un captor es correcto si, ningún punto del espacio a ser protegido está en contacto con la esfera de radio R(m), cuando esta rueda hacia la tierra

METODO DE LA ESFERA RODANTE

•Los conductores del sistema aéreo están instalados sobre todos los puntos y segmentos, los cuales están en contacto con la esfera rodando y cumpliendo con el nivel de protección de la Tabla No 1.


1. Alambre de intercepción del rayo

2. Mástil de intercepción del rayo

3. Tamaño de la malla de protección

4. Esfera redonda

5. Conductor de bajada

6. Electrodo de tierra

7 y 8. Estructura a proteger

h. Altura del terminal aéreo sobre el nivel de tierra

α. Angulo de protección

R. Radio de la esfera de acuerdo a la tabla I


Ejemplo 1:

Ejemplo de Tabla 1h=45mR=20m

Nivel de protecciónI= Edificio a proteger Ancho= 10malto=45m

Nota: Zona de protección con captores mayor que en el Nivel II.


Ejemplo 2:


Nivel de protecciónII= Edificio a proteger Ancho= 10malto=45m


Ejemplo 3:


Nivel de protecciónI= Edificio a proteger



Ejemplo 4:


Nivel de protecciónII= Edificio a proteger



Surgen por la necesidad de proteger grandes áreas reemplazar a los ionizantes radiactivos, prohibidos en muchos países.Se basan en el uso de un dispositivo que genera un avance en el cebado o un incremento del potencial desde el pararrayos ante la inminencia de una descarga atmosférica.Pueden alcanzar un radio de protección de hasta 79m de forma segura (Nivel I).Según la forma de realizar el cebado se clasifican en:

Dieléctricos ElectrónicosPiezoeléctricos, etc.

Normas relacionadas:UNE 21 186 (ESPAÑA)NFC 17 102 (FRANCIA)

ESTANDAR PARA EL DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE PARARRAYOS PDC

Un pararrayos con dispositivo de cebado (PDC) está compuesto de una o más puntas captadoras, dispositivos de cebado y un eje sobre el que se soporta el sistema de conexión del conductor de bajada.Un PDC se caracteriza por su avance en el cebado, evidenciado cuando es comparado con un pararrayos con dispositivo de cebado de referencia PR con su dispositivo de cebado anulado.El proceso de cebado es el fenómeno físico comprendido entre la aparición de los efluvios del efecto corona y la propagación continua del trazador ascendente.


La zona protegida está delimitada por una superficie de revolución que está definida por los radios de protección correspondientes a las diferentes alturas h consideradas y cuyo eje es el mismo que el del PDC.


El radio de protección de un PDC depende de su altura (h) en relación con la superficie a proteger, de su avance en el cebado y del nivel de protección elegido.

Rp = 2Dh – h2 + ∆∆∆∆L(2D + ∆∆∆∆L) , para h ≥≥≥≥ 5m

•Para h < 5 m se utiliza el método gráfico.

Rp es el radio de protecciónh es la altura de la punta del PDC en relación al plano

horizontal que pasa por el vértice del elemento a protegerD 20 m para el nivel de protección I

45 m para el nivel de protección II60 m para el nivel de protección III

∆L ∆L (m) = v (m/µs) . ∆T (µs)∆T avance de cebado obtenido en ensayos de evaluación

de los PDC


Radio de protección de PDCNivel de proteccion I

Se determina el radio de protección (Rp), para h < 5 m utilizando los gráficos de las Normas para los tres Niveles de protección.Con el valor dado por el fabricante del ∆L, que es función del Avance de cebado ∆T - parámetro que se obtiene en pruebas de Laboratorio-se ubica el punto de intersección de la línea horizontal que parte del valor de h con la curva para nuestro parámetro ∆L.Desde este punto se traza una línea vertical que corte al eje horizontal determinando el valor de Rp.Se determina los Rp para los otros niveles de protección de forma idéntica.


Radio de protección de PDCNivel de proteccion II

Radio de protección de PDCNivel de proteccion III


Pruebas de Laboratorio del pararrayos PDC RAYTHOR-D, en el Laboratorio de la Universidad de PAU (Francia)


En numerosos casos, la necesidad de protección es evidente, como por ejemplo:

Agrupaciones numerosas de personasNecesidad de continuidad de los servicios públicos o de producciónZonas de gran densidad de impactos de rayosEdificios muy altos o aisladosEdificios que contengan materiales explosivos o inflamables,o patrimonio cultural irremplazable

Factores a tomar en cuenta en la evaluación del riesgo de impacto de rayos:

Entorno del edificioNaturaleza de la estructura del edificioOcupación humana y riesgo de pánicoConsecuencias que tendrían sobre el entorno los daños al edificio

ESPECIFICACIONES PARA UN SISTEMA DE PROTECCIÓN FRENTE A RAYOS

NECESIDAD DE PROTECCION

NIVEL DE PROTECCION

Si Nd ≤ Nc : PROTECCION OPCIONALSi Nd > Nc : PROTECCION NECESARIA

Nd: Frecuencia esperada de rayos sobre la estructuraNc: Frecuencia aceptable de rayos

E > 0.98 Nivel I + medidas complementarias0.95 < E ≤ 0.98 Nivel I0.80 < E ≤ 0.95 Nivel II

0 < E ≤ 0.80 Nivel III

E: Eficiencia , E = 1 - Nc/Nd


CALCULO DE Nd

•Determinación de Ng

Nd = Ng • 1,1 • Ac • C1 • 10 6 / añoNg : Densidad anual media de impactos de rayo en la región donde esta situada la estructura1,1 : Coeficiente de seguridad ligado a la evaluación de impactosAc : Superficie de captura equivalente de la estructura aislada (m2)C1 : Coeficiente relacionado con el entorno

0,3 0,9 1,8 3,0 4,3 5,8 7,6 9,5 11,5 Ng/km2, año

5 10 15 20 25 30 35 40 45Nk/año

Ng = 0,02 Nk 1,67

•Determinación de Ae Ae = L • l + 6H(L + l) + 9 πH2

L : Longitud de la estructura a protegerl : Ancho de la estructura a protegerH : Altura de la estructura a proteger


EJEMPLOS DE CALCULO DE AREA DE IMPACTO (Ae)

1.-Para un edificio rectangular, la superficie de captura es:

Ae = L • l + 6H(L + l) + 9 πH2



2-En el caso de un edificio que tenga una parte prominente:

Ae = 9 πH22.1



2.2


CALCULO DE Nd

Determinación de C1

2Estructura aislada situada sobre una colina o promontorio

1Estructura aislada

0,75

Estructura rodeada de estructuras más bajas

0,5Estructura situada en un espacio donde hay otras estructuras o árboles de la misma altura o más altos

C1SITUACION RELATIVA A LA ESTRUCTURA


CALCULO DE Nc

•Determinación de C

Nc = 3 • 10 –3C

C = C2 • C3 • C4 • C5

C2, coeficiente de estructura

32,52Inflamable

2,511Común

210,5Metal

InflamableComúnMetal

Tejado

Estructura

C3, contenido de la estructura

10Valor excepcional, irremplazable o muy inflamable, explosivo

5Gran valor o particularmente inflamable

2Valor común o normalmente inflamable

0,5Sin valor o no inflamable


CALCULO DE Nc

C4, ocupación de la estructura C5, consecuencias sobre el entorno

10Consecuencias para el entorno

5Necesidad de continuidad en el servicio y alguna consecuencia sobre el entorno

1Sin necesidad de continuidad en el servicio y alguna consecuencia sobre el entorno

7De difícil evacuación o riesgo de pánico

3Ocupada normalmente

0,5No ocupada


Fabricado en España, por la firma FAIR S.L.100 % ECOLOGICO, NO contiene sustancias radiactivasFabricado totalmente en Acero Inoxidable, calidad AISI 316,pudiendo resistir ambientes salinos y en zonas industriales, donde la contaminación es altamente corrosivaMás de 2 000 unidades instaladas en Europa, Africa, Centro y Sur AméricaEn nuestro país es usado por empresas mineras, petroleras, constructoras, etc. y desde el año 2202 viene siendo usado en los Colegios construídos por el INFES, para la protección de sus edificaciones


Dispositivos de protección contra sobretensiones Transitorias

1. SOBRETENSIONES

A. ¿QUE ES UNA SOBRETENSION?

B.¿DE DONDE VIENEN LAS SOBRETENSIONES?

C. ¿DE QUE MANERA SE PUEDE AFECTAR UNEQUIPO POR LAS SOBRETENSIONES?

D. ¿CUAL ES EL COSTO INVOLUCRADO COMO RESULTADO DE LAS SOBRETENSIONES?

¿QUE ES UNA SOBRETENSION?

Una sobretensión es una onda transitoria de tension que, si no es suprimida, puede exponer un equipo a miles de voltios.

Onda Sinusoidal de AC

¿DE DONDE VIENEN LAS SOBRETENSIONES?

Las sobretensiones pueden provienen del exterior del edificio y sedeben a descargas eléctricas y/o fallas en los equipos de operaciónde las compañias eléctricas. Estas se conocen como sobretensiones exteriores o tensiones transitorias exteriores.

Las sobretensiones generadas dentro del edificio, cuando se abre ocierra el suministro de energia dentro de la onda sinusoidal, seconocen como sobretensiones interiores o tensiones transitorias interiores.

¿DE DONDE VIENEN LAS SOBRETENSIONES?

SOBRETENSIONES

EXTERIORES SOBRETENSIONESINTERIORES

EQUIPO

Sobretensiones dentro de la Instalación

AUMENTO EN EL POTENCIAL DE TIERRA

CORRIENTE PRINCIPAL DE CORRIENTE PRINCIPAL DE CORRIENTE PRINCIPAL DE CORRIENTE PRINCIPAL DE

DESCARGA DEL RAYO DE 20 000 ADESCARGA DEL RAYO DE 20 000 ADESCARGA DEL RAYO DE 20 000 ADESCARGA DEL RAYO DE 20 000 A

POTENCIAL DE POTENCIAL DE POTENCIAL DE POTENCIAL DE

NUBE A TIERRANUBE A TIERRANUBE A TIERRANUBE A TIERRA

100 000 000 100 000 000 100 000 000 100 000 000

VOLTS TIPICOVOLTS TIPICOVOLTS TIPICOVOLTS TIPICO

IMPEDANCIA DE LA NUBEIMPEDANCIA DE LA NUBEIMPEDANCIA DE LA NUBEIMPEDANCIA DE LA NUBE

5 000 OHMS TIPICO5 000 OHMS TIPICO5 000 OHMS TIPICO5 000 OHMS TIPICO

RESISTENCIADE LA TORRE RESISTENCIADE LA TORRE RESISTENCIADE LA TORRE RESISTENCIADE LA TORRE

A TIERRA :10 OHMSA TIERRA :10 OHMSA TIERRA :10 OHMSA TIERRA :10 OHMS

ELEVACIONELEVACIONELEVACIONELEVACION DEL POTENCIAL DE TIERRA = DEL POTENCIAL DE TIERRA = DEL POTENCIAL DE TIERRA = DEL POTENCIAL DE TIERRA =

CORRIENTE x RESISTENCIACORRIENTE x RESISTENCIACORRIENTE x RESISTENCIACORRIENTE x RESISTENCIA

20 000 A x 10 OHMS = 200 000 VOLTS 20 000 A x 10 OHMS = 200 000 VOLTS 20 000 A x 10 OHMS = 200 000 VOLTS 20 000 A x 10 OHMS = 200 000 VOLTS

TIPICOTIPICOTIPICOTIPICO

PROBLEMAS CAUSADOS POR SOBRETENSIONES

FALLA INMEDIATALas sobretensiones grandes pueden interrumpir la conexión en el semiconductor causando fallas en elequipo inmediatamente

FALLA LATENTELas sobretensiones acumuladas degradan la conexión del semiconductor originando fallas difíciles de captar oencontrar en el equipo.

CAMBIO DEL ESTADO DE EQUIPOLas sobretensiones residuales en las líneas detransmisión pueden inducir datos erróneos entransmisiones digitales, causando un funcionamiento erróneo en estos equipos.

LA EVOLUCION DEL MICROPROCESADORLA EVOLUCION DEL MICROPROCESADOR1971INTEL INTRODUJO EL 4004 MICROPROCESSOR

NUMERO DE TRANSISTORES 2,300RAPIDEZ 0.06 MIPS.

1982INTEL 80286

NUMERO DE TRANSISTORES134,000RAPIDEZ 2.86 MIPS

1995INTEL PENTIUM (200 MHz)

NUMERO DE TRANSISTORES 31,000,000RAPIDEZ 250 MIPS

1. MIPS=MILLIONS OF INSTRUCTIONS PER SECOND2. SOURCE: INTEL CORPORATION, 2/20/96

LA EVOLUCION DEL MICROPROCESADORYear Model Transistors Speed Traces

1971 4004 2,300 0.1 MHz 10 micron

1974 8080 6,000 2 MHz 6 micron

1978 8086 29,000 5 MHz 3 micron

1982 80286 134,000 8 MHz 1.5 micron

1985 80386 275,000 16 MHz 1 micron

1989 80486DX 1,200,000 25 MHz 0.8 micron

1993 Pentium 3,100,000 60 MHz 0.6 micron

1998 Pentium II 7,500,000 400 MHz 0.25 micron

“No es que el material usado en el Chip es mas frágil, es simplemente que la probabilidad de que una dascarga o partícula cargada interactúe con una de las conexiones de el Chip es mucho mayor.”

Prof. John E. Bower, University of California, Santa Barbara Dept. of Electrical and Computer Engineering, Solid State GroupDirector - MOST: Optical Switching at 40 Gbits/sec.Co Director - Thunder and Lightning: Electrical ATM Switching at 30 Gbits/sec

¿CUAL ES EL COSTO DE LOS PROBLEMAS CAUSADOS POR SOBRETENSIONES?

Las interrupciones de servicio, incluyendo sobretensiones originadas exterior e interiormente, cuestan aproximadamente $26 billones por año a laIndustria Americana*.

El costo del tiempo improductivo es típicamente muchomas alto que el costo de la reparación del equipo.Ambas, en muchos casos, resultan muy costosas.

* Electric Light and Power, March 1993

2. ¿QUE ES UN PROTECTOREN REALIDAD?A. ¿QUE ES UN PROTECTOR?

B. ¿COMO TRABAJA UN PROTECTOR?

C. CARACTERISTICAS IMPORTANTES1. COMPORTAMIENTO2. SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO3. MONITOREO

D. ¿DONDE USAR LOS PROTECTORES?

¿QUE ES UN PROTECTOR CONTRA SOBRETENSIONES? En resumen, es como una válvula de seguridad contra altas

tensiones. Mientras la tensión es normal, trabaja como unaislador. Cuando una alta tensión excede el valor umbral del protector para el que fue diseñado en el circuito instalado, este trabaja como conductor; canalizando la corriente excesiva atierra.

Tension Normal Sobretension

Protector ProtectorEquipo Equipo

flujo de corriente flujo de corriente

¿COMO TRABAJA UN PROTECTOR?Un protector es, escencialmente, un resistor no-lineal; durante lapresencia de alta tension, la cual exceda su valor umbral, el protector empieza a conducir suministrando baja impedancia a tierra(o al lado bajo) eliminándola y protegiendo al equipo.

corriente atierra

sobrecorrientemomentánea

corriente de fuga

tension normal alta tensionvalor umbral

voltaje

CARACTERISTICAS IMPORTANTESPARA UN PROTECTOR

COMPORTAMIENTO CALIDAD FUNCIONAL

SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO ¿CUANTO TIEMPO SEGUIRA FUNCIONANDO?

MONITOREO ¿COMO SABRAN SI SIGUE FUNCIONANDO?

COMPORTAMIENTO Cuando el protector se expone a sobretensiones causadas por el

medio ambiente, el mismo debería limitar la tensión a niveles que elequipo protegido sea capaz de soportar sin daño alguno.

Sobretensión

Protector

Sobretensióndespués del

protectorEquipo

Protegido

Defined by ANSI/IEEE C62.41 (1991) IEEE Recommended Practice on Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits, asrepresentative of high exposure installations.

NORMAS DE LA INDUSTRIA PARASOBRETENSIONES

EDIFICIO INDUSTRIAL

ACOMETIDA

8/20 ms current surge

NIVEL DE PROTECCION REQUERIDABellcore TR-NWT-001011

3 kA, 8/20 ms 600 Voltios



NIVEL DE PROTECTION REQUERIDA

NOTAS: NOTAS: (1) En(1) En algunos sitiosalgunos sitios, las , las toleranciastolerancias deldelvoltajevoltaje dede arco pueden limitar arco pueden limitar las las sobre sobre tensionestensiones. . (2) (2) Esta figura muestra unaEsta figura muestra una forma deforma demedirmedir lala severidadseveridad de las de las sobretensionessobretensiones.. OtraOtra forma deforma de medirlas medirlas incluyeincluye:: corriente picocorriente pico,, tiempotiempo dedesubidasubida yy transferenciatransferencia dede energíaenergía..

IEEE C62.41IEEE C62.41--19911991

CURVA ESTÁNDAR MINIMA TOLERANCIA DE VOLTAJE

Sobretensión Resistencia de las

conexionesInductancia de las

conexiones

Corto circuito total con 5 pies #1/0 cablesSobretensión = 10 kA 8/20 µsCálculo del voltaje que ve el equipo

IR = 10 kA x 10 ft x 0.091 mΩ/ft= 9.1 voltios

L di/dt = 5 ft x 0.4 µH/ft x (10 kA / 8 µs)= 2 µH x 1.25 x 109 A/s= 2,500 voltios

V = IR + L di/dtV es aproximadamente 2,500 voltios

Corto circuito total con 5 pies y cable 1/0: Sobretensión=10 kA 8/20 µsVoltaje que pasa al equipo = 2060voltios

Corto circuito total con 5 pies de cable 1/0 :Sobretension= 10 kA 8/20 msVoltaje que pasa alequipo= 1140 voltios

Voltaje que pasa al equipo5 pies cable #1/0, 10 kA 8/20 msMOV vs. SAD vs. Corto Circuito total

Voltaje que pasa al equipoClase de Elemento Leads + Protector = TotalMOV solamente 1140 + 455 = 1595 voltiosSAD solamente 1140 + 380 = 1520 voltiosMOV/SAD Hibrido 1140 + 360 = 1500 voltios

MODO DE PROTECTION SINGULAREn el diagrama vemos que la instalación sólo tiene un modo de

protección. ¿Cuál es el voltaje visto por la estación terrestre entre neutro y tierra?

360 v + L di/dt = 360 v + (10 mH)(10 kA) / (8 ms) = 360 voltios + 12,500 voltios

El voltaje entre neutro y tierra en la estación terrestre es de 12,860voltios

TABLERO PRINCIPAL SUBTABLERO ESTACION TERRESTRE

FASE

NEUTRO

TIERRA

COMPORTAMIENTO

Voltaje establecido a 10 kA 8/20 µs

Conexiones lo mas cortas posible

Protección multi-modo

SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO

Capacidad Contra Sobretensiones ¿Cuál es la sobretensión mas grande que pueda manejar?

Vida del Protector Contra Sobretensiones ¿Cuántas sobretensiones puede manejar?

Inmunidad a Sobretensiones ¿Sobrevivirá sobretensiones temporales de múltiples ciclos?

Historia del uso en su Aplicación Experiencia de Joslyn

Capacidad Contra Sobretensiones

Fusibles en LíneaLos fusibles de autoprotección dentro del protector tienen,usualmente, una capacidad inferior contra sobretensionesque aquella de los elementos propios de protección.

Integridad ElectromecánicaLas pistas en los circuitos integrados y sus interconexiones, a veces tienen menor capacidad contra sobretensiones que aquella de los elementos de protección.

Elementos de ProtecciónMuchas veces, la máxima capacidad de protección de unequipo se calcula tomando en cuenta los valores deprotección intrínsecos de los módulos, sin tomar en cuenta los fusibles en líneas o la integridad electromecánica.

CAPACIDAD DE SOBRETENSIONES

IEEE C62.41 10 kA 8/20 µs

Bellcore TR-NWT-001011 20 kA 8/20 µs

Experiencia práctica 28 kA 8/20 µs de Joslyn

CAPACIDAD CONTRA SOBRETENSIONESLa norma de la Industria para determinar la máxima capacidad que el protector debe tener es que excedala sobretensión mas grande que se haya registrado.

VIDA DEL PROTECTOR CONTRA SOBRETENSIONES10 kA 8/20 ms

Bellcore TR-NWT-001011 90 operaciones

NORTEL(SITIOS EXTERIORES) 500 operaciones

Experiencia práctica 2,000 operaciones de Joslyn

VIDA DEL PROTECTOR CONTRA SOBRETENSIONES

El protector debe resistir muchas mas sobretensiones que la norma mas rigorosa establecida por la industria.

IMMUNIDAD A SOBRETENSIONES

Para resistir tensiones ocasionales, anormales, superiores a las delservicio público*, un protector diseñado para un sistema de 120 Vac por fase debiera tener, al menos, 150 Vac como la tensión máximacontinua de operación (MCOV).

Protectores con MCOV’s inferiores a 150 Vac están expuestos afallas imprevistas. Como resultado, aparte del costo para reemplazar los módulos costosos y gastos de mantenimiento, la protección es interrumpida y el equipo queda expuesto hasta que sehallan hecho las reparaciones apropiadas.

* ANSI C84.1: American National Standard for Electric Power Systems and Equipment - Voltage Ratings (60 Hertz).

SOBRETENSION MOMENTANEAUnderwriters Laboratories (UL)

Requiere que, si el protector falle, falle sin peligro.

BellcoreRequiere que el protector sobreviva, sin degradación funcional, sobretensiones de 24 horas a 150 Vac y 20 segundos a 175 Vac.

JoslynSobretensiones entre 132 y 150 Vac son comunes.Sobretensiones que exceden 175 Vac son típicamente asociadas a la pérdida del neutro en elgenerador de reserva.

DESCONEXION TERMICA DE LOS MODULOS DE JOSLYN

RESORTE DEDESCONEXION

VARISTOR DE OXIDOMETALICO (MOV)

VISTA LATERAL

VISTA SUPERIORVISTA SUPERIOR

RESORTE DE DESCONEXIONCONECTADA A LA PIERNA DEL MOV

RESORTE DE DESCONEXIONCONECTADA A LA PIERNA DEL MOV

TABLERODE CIRCUITO

Diseño de nuevo módulo - PatentePendienteFusible de corriente + Desconneccióntérmica

HISTORIA DEL USO DE LOS PROTECTORES EN SU APLICACION

Antes de comprar un protector, uno necesita asegurar que los fabricantes de estos elementos tengan un excelente historial en su aplicación cotidiana. Los protectores Surgitron I y Surgitron PMque fabricamos, basado en nuestros datos, tienen anualmente un tiempo de operación del 99.95%.

Monitoreo

Los protectores fallan en circuito abierto (el fusible se quema).

Suministro Equipo

Fusible Quemado

Elemento deProtection parasobretensiones

Un protector funcional trabaja como un aislador cuando la tensióndel servicio es normal, no se sabe cuando a fallado sin monitoreo.

CLASES DE MONITOREOComo norma, los protectores deberían, mínimo, suplir indicaciónde operación de los módulos al nivel local y/o monitoreo remoto. Cuando el indicador cambia de condición, el protector está fuera de operación hasta que sea reparado o reemplazado.

PROTECCION PROTECCION INTERRUMPIDA PROTECCION

RESPUESTO ORDENADOS YSERVICIO DESPACHADO

INDICACIONDE FALLA

PROTECCIONFUNCIONANDO

DE NUEVO

PROTECCION CONTINUA

RESPUESTO ORDENADOS YSERVICIO DESPACHADO

INDICACIONDE PROTECCION

PARCIAL

NUEVOS MODULOSINSTALADOS

CARACTERISTICAS IMPORTANTES PARA UN PROTECTOR

COMPORTAMIENTOVoltaje visto por el equipoEl largo del cableModos de protección

SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO Capacidad de sobretensiones Vida del Protector Immunidad a sobretensiones

MONITOREO Porcentaje de protección disponible

¿DONDE UTILIZAR UN PROTECTOR?

Se deben mantener las sobretensiones exteriores fuera deledificio, instalando un protector de sobretensiones en:

La Acometida

Circuitos derivados que salen del edificio (edificios exteriores, iluminación exterior, etc.)

Si se premite la entrada de sobretensiones exteriores de gran magnitud, se observará un acoplamiento inductivo a otros cableados.

Surge Protectors Surge Protectors dentro dentro de la de la instalacióninstalación

Normatividad en Puestas a Tierra

El estandar más conocido y que se toma como referencia para la redacción de numerosos códigos eléctricos es el “NATIONAL ELECTRIC CODE” de los EEUU de Norteamerica.El Artículo 250 y sus acápites desarrolla todas las recomendaciones para una instalación correcta y eficiente de las puestas a tierras.El NEC es publicado por la NFPA (National Fire Protection Association) como NFPA 70 y actualmente esta vigente el NEC-2005.

a. ESTANDARES INTERNACIONALES

NORMATIVIDAD EN PUESTAS A TIERRA

También existen otros estandares de puestas a tierra como:IEEE 142-1982 Green Book - GroundingIEEE 141-1993 Red Book – Electric Power DistributionNational Electrical Safety Code C2-1997 (NESC)Mining Safety & Health Act – Title 30

a. ESTANDARES INTERNACIONALES


En nuestro país el Código Nacional de Electricidad y Telecomunicaciones, publicado por la Oficina de Normas del Ministerio de Energía y Minas, norma las puestas a tierra específicamente el Tomo V de Utilización.También INDECOPI ha publicado sus Libros Técnicos sobre Puestas a Tierra, que incluyen materiales aprobados o listados para utilizarse en la construcción de las puestas a tierra.Para este fin se han constituído Comités Técnicos conformados por los representantes de los Fabricantes, Especialistas, Universidades, organismo de Control, etc, que en un esfuerzo común han dado a luz los principales textos técnicos sobre el tema.

a. ESTANDARES NACIONALES


En la misma dirección se espera que el Ministerio de energía y Minas, publique las Normas de utilización para los Protectores contra Sobre tensiones Transitorias en baja tensión y nuestra primera norma sobre Protección contra las descargas Atmosféricas.Uno de los principales problemas a los que nos enfrentamos en nuestro quehacer diario, es el desconocimiento de las Normas sobre Puestas a Tierra, que trae como consecuencia malas instalaciones y sobre todo una falta de homogeneidad en cuanto a los parámetros exigidos por nuestras autoridades como Defensa Civil.


a. ESTANDARES NACIONALES

Conclusiones

CONCLUSIONES

El diseño e implementación de una Puesta a Tierra es un arte, se conoce la teoría pero en la práctica se nos pueden presentar muchos obstáculos frente a los cuales debemos ser muy creativos.

No podemos generalizar un diseño de una puesta a tierra para diferentes locaciones, sería un gravismo error comprobar in situ que lo que funciona en un sitio no funciona en otro.

Los resultados teoricos de nuestro diseño de la puesta a tierra son aproximaciones al valor de la resistencia que se obtiene en la práctica.

CONCLUSIONES

La medición correcta de la puesta a tierra es tan importante como la determinación de la resistividad del suelo.

El estándar del unico punto de puesta a tierra es la forma más segura de proteger nuestros equipos electrónicos sensibles.

Puesta a Tierra aislada no significa Puestas a Tierras separadas, todas las puestas a tierra de una instalación deben estar unidas, incluso la puesta a tierra del pararrayos.

CONCLUSIONES

La puesta a tierra no es la única protección para nuestros equipos, debemos considerar los elementos complementarios de protección: Los protectores contra sobretensiones transitorias y el pararrayos.

MUCHAS GRACIAS

ENERO 2007Castrovirreyna 273. Breña. Lima 5

Telef.: (511)330-9738. Telefax.: (511)423-4023E-mail: [email protected]

http: // www.sisproint.com

Diseno de Pat Con Cemento Conductivo

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