Instituto Tecnolgico de MoreliaInstalaciones elctricas Tema 4: Tableros De Baja Tencin

Alumnos: Manuel Fabbri Garca Guillermo Arredondo Gonzlez Stephany Farfn Ramrez Jorge Fernando Cortes Cirios Miguel Angol Snchez HurtadoProfesor: J .Guadalupe Linares Garcia

Sistemas de Puesta a Tierra6.1.- Generalidades de los sistemas de tierra. Arreglos y componentes

Puesta atierrasignifica el aterramiento fsico o la conexin de unequipoa travs de un conductor hacia tierra.La tierraest compuesta por muchosmateriales, los cuales pueden ser buenos omalos conductoresde laelectricidadperola tierracomo un todo, es considerada como un buen conductor. Por esta razn y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. Laresistenciade un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina quetan rpido, y a que potencial, la energa se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.

EnsntesislosSistemasde Puesta a Tierra nos protegen deSobretensiones(Perturbaciones), de manera de garantizar: Proteccin alpersonaly a los equipos. Fijar un potencial de referencia nico a todos los elementos de la instalacin.Para cumplir con esto, lasredesde tierra deben tener 2 caractersticas principales: Constituir una tierra nica equipotencial. Tener un bajovalorde resistencia.Se aclara que la resistencia delsuelovara con latemperatura, la humedad y la acumulacin de sales.SobretensionesLas sobretensiones transitorias son un incremento de voltaje de corta duracin entre 2 conductores (en nuestro caso entre 2 fases entre fase y neutro).Cuando esta tensin llega a los equipos y supera el nivel detoleranciade algn componente, los mismos resultarn daados.Las principales causas de sobretensin son las siguientes:

1. Descargas elctricas (externa). Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo (consecuencia catastrficas para personas,animalesbienes) por causas indirectas (generan grandes prdidas econmicas).Las causas indirectas que son las ms numerosas, son las cadas del rayo sobre tendidos areos en las inmediaciones, generando inducciones en estos conductores.

2. Conmutaciones de lasEmpresasde Energa (externa). Estasoperacionesque son normales en todosistemade distribucin de energa, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son ms frecuentes en distribuciones largas y areas.

3. Contacto con sistemas de alto voltaje (externa). Sucede cuando se rompe una lnea de alta tensin y toma contacto con conductores de baja tensin cuando falla el aislamiento de un transformador. Su importancia depender de la forma de conexin del neutro (aislado a tierra).

4. Fallas de lnea a tierra (interna). Sucede cuando una fase del sistema se pone a tierra. Su importancia depender de la forma de conexin del neutro (aislado a tierra), ya que en el caso de Neutro Aislado, las fases sanas reciben una sobretensin de 73% ms de lo normal. En caso de neutro a tierra no hay sobretensin.

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

Forma de conexin de NeutroExisten 3 formas de conectar el centro de estrella neutro del transformador.1. Neutro Aislado (Sistema IT): en este caso el neutro est aislado de tierra puede estar conectado a tierra ,por medio de una impedancia de alto valor.

2. Neutro a Tierra en el transformador (Sistema TT): en este caso el neutro est a tierra slo en el transformador mientras que mi instalacin de Puesta a Tierra tiene un punto referencia de tierra ,no conectado al neutro .Se aclara que el Neutro y el Sistema de Tierra, se vinculan por la tierra misma.Es la forma de conexin ms utilizada en Baja Tensin, cuando el transformador es dela EmpresaDistribuidora.

3. Neutro yTierraen el transformador (SistemaTNS): en este caso el neutro y mi instalacin de Puesta aTierrase conectan en el centro de estrella del transformador y de ah se conecta rgidamente a tierra.Es la forma de conexin ms utilizada, cuando elClientees elpropietariodel transformador.

O sea que en general adoptamos losSistemasTT TNS, por las siguientes razones:I. Limitar la diferencia de potencial elctrico entre todos los objetos conductores aislados.II. Separar los equipos ycircuitosque fallan, cuando se produce la mismaIII. Limitar los sobrevoltajes que aparecen en elsistemaen diferentes condiciones.

Principiosde proteccin contra las Sobretensiones Externas e InternasPara proteger las Instalaciones en forma integral debemos realizar lo siguiente: Realizaruna Redde Tierra Externa (conductores enterrados y jabalinas) para evacuar la energa proveniente del rayo o de la sobretensin hacia tierra, de manera que esta energa no ingrese a la Planta. Realizar unaRedde Tierra Interna (conductores conectados a partes metlicas de tableros,estructurasde equipos y carcazas demotores) para que en el caso de ingreso de alguna sobretensin, no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un mismo equipo. Instalar las protecciones adecuadas en cada Ingreso de conductores metlicos a la Planta. En una situacin normal las mismas estn inactivas y caso de sobretensiones se cebarn conduciendo estas tensiones peligrosas a tierra y de esta forma, protegiendo los equipos.

Ensntesislas Protecciones detectan las sobretensiones y las conducen mediante la Red Interna a la Red Externa, para su evacuacin.Por esto vemos queestos 3 elementos (Red Externa, Red Interna y Protecciones) son fundamentales y se necesita que estn los 3 presentes simultneamente, para ser eficacesDe nada vale tener una buena Red Externa sino tengo Red Interna y Protecciones y viceversa. Esto se podra asemejar a una mesa de "3 patas".Por ello y para una mejor comprensin dividiremos el tema en: Red Externa y Red Interna a la Planta y adems explicaremos los diferentes elementos de proteccin desde el punto de vista de ingreso de las sobretensiones.Red ExternaTiene por finalidad evacuar la energa proveniente de las Sobretensiones Externas Internas hacia tierra, para que esta energa no ingrese al Edificio no afecte a otros equipos.Esta red externa vincula la puesta a tierra del mstil del pararrayos, con la puesta a tierra perimetral al Edificio de la Planta y con la puesta a tierra de la Subestacin pilar de acometida, mediantecabledecobredesnudo de 1x50mm2 y jabalinas soldadas asociadas.

a) La puesta a tierra del mstil comienza en la cima con un pararrayos tipo Franklin Piezoelctrico Inico y a continuacin existe un cable de bajada que puede ser decobredesnudo de 50mm2 o fleje de cobre de 30 x 2 mm2.Esta bajada deber ser lo ms recta posible evitando cambios bruscos dedirecciny terminar en una cmara de pararrayos cercana a la base del mstil.De esta cmara de pararrayos saldr una pata de ganso endireccin opuesta al Edificio de la Planta ( la pata de ganso son extensiones de cable enterrado con jabalinas soldadas ).

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

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

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

En sntesisla Red Externa deber contar con una tierra unificada donde se vincularn: la cmara de Pararrayos con la cmara de Edificio, mientras que la cmara de Energa lo har con el punto ms cercano del anillo perimetral y de esta manera quedar todo unificado. Esto significa que no existirn "Tierras Independientes".En terrenos de alta resistividad, es difcil bajar laresistenciapor debajo de un determinado lmite. Habr que contentarse con unvalorun poco superior, pero s con una buena unificacin.Si es necesario bajar un valor de resistencia, deber agregarse conductor de cobre desnudo de 50mm2 y jabalinas tipo cooperweld soldadas a dicho cable.Para realizar estas soldaduras se deber utilizar el molde apropiado y una carga desoldadura.Una buena soldadura es brillante, no es porosa y queda del mismocolorque los elementos a unir. En caso de soldaduras defectuosas (recocida, fracturadas o con poca seccin de contacto) lo mejor es rehacerlas.Un consejo til es no hacer las soldaduras sobre cables de energa, ya que en el momento de soldarse se llega a unos 1200 C y es sumamente peligroso para las vainas o coberturas exteriores de los mismos.Otro hecho importante es saber que cuando se deforman los moldes, lo mejor es cambiarlos (vida til promedio 100 a 150 soldaduras).Conclusiones Red externa comn, es decir "Tierras Unificadas" y No "Tierras Independientes". Bajo valor de resistencia (la mayor parte de la Sobretensin se derivar a tierra y menos entrar / transitar por la Instalacin). Hacer "Anillo" si se puede, no es excluyente. Uso de conexiones soldadas en cables y jabalinas (mejores contactos y menosmantenimiento). Uso de cmaras de inspeccin donde se justifique (puntos singulares), el resto de la instalacin de cables y jabalinas puede ir enterrado sin cmaras. Usar cable desnudo y no aislado en pvc (esto favorece el drenaje a tierra).Seccin mnima normada: 50mm2 Cu. En casos de instalaciones de tierras "viejas" interconectarlas con lasnuevas, ya que ayudan Tratar de usar un mismo material para el cable como para las jabalinas. Montar el pararrayos lo ms alto posible (mayor carpa de proteccin). De ser factible cercar en la bajada de pararrayos (altas tensiones de paso en caso de descargas)

4.2. Red InternaLa red interna del Edificio consiste en tener todos los equipos e instalaciones a un mismo potencial, para que en el caso de ingreso de alguna sobretensin no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un mismo equipo.Losobjetivosbsicos que se buscan son los siguientes: Asegurar que las personas en el lugar estn libres deriesgosde choques elctricos de voltaje peligrosos. Suministrar capacidad de conduccin de corriente, tanto en magnitud como en duracin adecuada para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el sistema de proteccin de sobre corriente sin provocar fuego o explosiones. Contribuir a un funcionamiento ptimo del sistema elctricoPara construir esta Red Interna se parte de una reja principal dedistribucinque se conecta a la Red Externa y desde la cual se vinculan en forma independiente (radial) mediante cable de cobre unipolar aislado en PVC los siguientes equipos partes de instalacin: Borne de tierra de Tablero Principal de CA. Borne de tierra de cada Tablero Seccional de CA tanto sea deFuerzaMotriz deIluminaciny Tomas. A partir de estos Tableros se pondrn a tierra, cadamotory tomacorriente con tierra. Borne de tierra de equipo deGrupoElectrgeno (de poseer) y sus elementos asociados (tanque, caera, etc.). Borne de tierra de equipo deRadio(de poseer). Borne de tierra de equipo de Central Telefnica (de poseer). Borne de tierra de proteccin para cables telefnicos ymodem. Borne de tierra de protecciones de transmisin. Estructura metlica de la nave. Estructura metlica de tanques. Caeras metlicas degas,aguay desages.Es de destacar que enPlantasms complejas por estar dispuestos los equipos en distintas Salas, el criterio ser el mismo .Desde la reja principal de distribucin se alimentar en forma independiente una barra de cobre por Sala, desde la cual se conectarn a tierra slo los equipos de esa Sala.Conclusiones Tener en cuenta que conla Red Interna estamos "Poniendo el Equipo a Tierra".Con esta medidaevitamos "daos personales ymateriales". Realizar conexiones "Radiales" y No "En Serie".En configuraciones en Serie si algo se afloja, pierdo continuidad "aguas abajo". Poner a tierra en forma centralizada (a partir de 1 barra nica) ,evitando las puestas a tierra por carga (mayor mantenimiento, mayor resistencia, etc.) . Usar cables aislados en PVC desnudos. En caso de cables aislados usarcdigodecolores(verde verde / amarillo). En caso de utilizar Placas de Tierra Secundarias y haya mucha distancia, verificar las secciones de los conductores de la Red Interna. Evitar usar secciones de cables muy chicas (a menor seccin mayor inductancia) .

ProteccionesPara Descargas DirectasUn rayo es una transferencia de cargas generalmente, entre una nube yla tierra. Cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra, se establece una trayectoria ionizada escalonada, produciendo una corriente elevada de descarga (valor medio 20 KA).Los rayos tienden a seguir la ruta de menor resistencia hacia tierra y con frecuencia esta trayectoria se encuentra en objetos altos o metlicos. En determinados casos un objeto "alto" podra ser un edificio, una torre, una casa, un tanque unapersona.En cierto modo el pararrayos "atrae" los rayos. Lo que no es cierto, es que sin l el rayo caer en "otra parte".O sea que lafuncindel pararrayos es proporcionar un camino de menor resistencia que elairehacia tierra.Por lo expuesto el Pararrayos es la nica proteccin contra las descargas atmosfricas (rayos).Tipos de pararrayos: Franklin, Piezoelctrico Inico. ?Ubicacin: partes ms elevadas de las Instalaciones estructuraespecfica para tal fin. ?Cantidad: es dependiente de las superficies y alturas a proteger.En Plantas de poca superficie un pararrayos Franklin (de puntas) podra andar. Protege un radio igual a su altura de instalacin.En Plantas de poca altura y gran superficie optar por pararrayos Piezoelctrico Inico (gran radio de cobertura). a)Por TransmisinEste tipo de protecciones son para proteger los equipos de Tx contra descargas directas indirectas, ya que la antena siempre est ubicada al exterior sobre uno de los puntos ms altos de la Planta (mstil estructura).Si no coloco estos protectores tendrproblemasen los Radios y en sus equipos asociados.Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada cable coaxil gua de onda, que vincula la antena con el equipo de radio mismo: Una que protege el exterior del cable llamada Kit de Tierra y se instala sacando la cobertura del cable. Otra que protege el interior del cable llamado Protector de Coaxil y se instala interrumpiendo (cortando) el cable.Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias descargas antes de inutilizarse.Sus caractersticas principales son las siguientes:Kit de tierra -Uso: transmisin. -Destino: cada coaxil gua de onda. -Tipo o denominacin: Uni- kit 2 CC -Cantidad por cada coaxil o gua de onda: mnimo 2 ( 1 cuando el cable se separa del mstil torre y la otra junto al pasamuro. -Corriente de descarga: 20 KA.Protector de coaxil -Uso: transmisin. -Destino: cada coaxil. -Tipo o denominacin: su cdigo depende de lapotenciay frecuencia del radio. -Cantidad por cada coaxil : 1 -Corriente de descarga: 20 KA.c) Por EnergaEste tipo de protecciones son para proteger los equipos que se alimentan con C.A. contra descargas directas indirectas, ya que los cables dealimentacinde lasEmpresasDistribuidoras deElectricidadconstituyen verdaderas "antenasnaturales".Si no coloco estos protectores tendr problemas en los Equipos de AltaTecnologa(Tableros Inteligentes,Computadoras, plaquetas, etc.).Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada fase y el neutro: Una que est ubicada cerca del medidor llamada Descargadores Autovalvulares y se utiliza principalmente para sobretensiones de larga duracin. Otra que se instala dentro del Tablero Principal de CA y se utiliza principalmente para todo tipo de sobretensiones.Estas protecciones son multi impacto, es decir que aguantan varias descargas antes de inutilizarse y tienen indicador de inutilizacin.Sus caractersticas principales son las siguientes:Descargador autovalvular -Uso: energa. -Destino: cruceta en pilar de acometida. -Tipo o denominacin: MP / MP MOSA. -Cantidad: 1 por fase ms 1 para el neutro. -Corriente de descarga: 2,5 KA.Protector derivacin con "indicacin deestado" -Uso: energa. -Destino: cada del Tablero Principal de C.A. -Tipo o denominacin: Citel DS 402 DS 404. -Cantidad: 1 (son bipolares tetrapolares). - Corriente de descarga: 40 KA. -Puede pedirse con contactos secos para alarma. -Cambia de color al inutilizarse (pasa de verde a rojo en algunasmarcas). -Vienen mdulos de recambio para cada polo o el neutro.d) Por cables telefnicosEste tipo de protecciones son para proteger los equipos que se vinculan a Conductores Telefnicos contra descargas directas indirectas, ya que los cables de alimentacin de las Empresas deTelecomunicacionesconstituyen verdaderas "antenas naturales".Si no coloco estos protectores tendr problemas en la Central Telefnica, Central de Alarmas, Computadoras, etc.Existen 1 tipo de proteccin que trabaja sobre cada par telefnico y sus caractersticas principales son las siguientes: -Uso: circuito normal de cables telefnicos tanto de ingreso como egreso. -Cantidad: 1 por par de abonado. -Tensin nominal: 230 V+/- 10%. -Corriente de descarga: 10 KA. -Tiempode actuacin: 30 nanoseg.

Medicin de la resistencia a tierraPara medir la resistencia de esta Red Externa se utiliza un instrumento llamado Telurmetro cuyo principio de funcionamiento se basa en el hincado de 4 jabalinas a saber: las 2 extremas para la circulacin de una corriente y las 2 centrales para lamedicinde tensin, de manera que el instrumento directamente indique el valor de resistencia, es decir el cociente entre tensin y corriente.

Regularmente se utiliza elmtodode las 3 jabalinas y para ello el borne E del instrumento se conecta a la jabalina punto a medir, mientras que los bornes S y H se conectan a los cables provenientes de 2 jabalinas auxiliares dispuestas alineadas entre s y a cierta cantidad de metros del instrumento. Despus se pone el selector en Re 3 polos y pulsando " START " se lee el valor de resistencia.El instrumento viene en una valija junto a todos sus accesorios

El valor de la resistencia a tierra no debe exceder los 10 ohmios. Este lmite superior es una directiva, pero para muchas instalacioneslos valoresde resistencia requeridos pueden ser mucho menores.En plaza tambin se encuentran Pinzas Medidoras de Resistencia a Tierra

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

6.2.- Mtodos de puesta a tierra: Neutro flotante, slido, a travs de impedanciaNeutro aisladoLos sistemas con neutro aislado son aquellos que estn operados sin una conexinintencional del neutro a tierraEn realidad, los sistemas aislados estn puestos a tierra a travs de las capacidades atierra de los elementos del sistemaVentajas: La primera falta a tierra solo causa una pequeacirculacin de corriente capacitiva, por lo que sepuede operar el sistema sin afectar a la continuidaddel suministro No es necesario invertir en equipamiento para lapuesta a tierra. Si para el sistema de proteccinDesventajas: Mayor coste de aislamiento de los equipos a tierra. Una falta provoca que las fases sanas se pongan a tensin compuesta respecto a tierra Mayores posibilidades de sobretensiones transitorias por faltas con arco, resonancias y Ferro resonancias, etc. Su uso est restringido a sistemas de distribucin de media tensin. Requiere de esquemas de deteccin de falta a tierra

Neutro rgido a tierraLos sistemas con neutro rgido a tierra son aquellos que estn operados con una conexin directa del neutro a tierra Para asegurar las ventajas de este mtodo es necesario que la puesta a tierra sea efectiva:Neutro rgido a tierra I1 60% I3 En cualquier punto del sistema:Ventajas: Facilidad de deteccin y localizacin de las faltas a tierra Limitacin de las sobretensiones por faltas a tierra y transitorias por maniobras y rayosDesventajas: Faltas a tierra ms energticas. Se requieren protecciones de alta velocidad para limitar los efectos trmicos y mecnicos sobre los equipos De uso exclusivo en sistemas de AT y MAT, por economa de los aislamientos. En MT su uso depende de la prctica de aplicacin de cada compaa. Puesta a tierra con resistenciaLos sistemas con neutro puesto a tierra con resistencia son aquellos que estn operados con una conexin del neutro a tierra a travs de una resistencia Dependiendo del valor utilizado de la resistencia de puesta a tierra se diferencian dos mtodos: Puesta a tierra con alta resistencia: La corriente de falta a tierra es muy reducida, pero siempre debe ser superior a la corriente capacitiva total del sistema (5 30 A en sistemas de MT)

Puesta a tierra con baja resistencia: La corriente de falta a tierra es elevada, pero mucho menor que si se utiliza neutro rgido (300 1000 A en sistemas de MT)

Ventajas y desventajas de la puesta a tierra con baja resistencia: Similares al sistema de neutro rgido a tierra, pero con efectos menos dainos durante la falta al haberse reducido la corriente a tierra

Ventajas de la puesta a tierra con alta resistencia: No es necesario dar disparo instantneo ante una primera falta a tierra Reduccin de los daos por efectos trmicos y electrodinmicos Reduccin de las sobretensiones transitorias por maniobras y rayosDesventajas de la puesta a tierra con alta resistencia: Comportamiento para faltas a tierra similar a neutro aislado. Fases sanas a tensin Compuesta Este mtodo permite adaptar los sistemas con neutro aislado, mejorando el comportamiento frente a sobretensiones transitorias sin necesidad de modificar el sistema de proteccin

Puesta a tierra con reactanciaLos sistemas con neutro puesto a tierra con reactancia son aquellos que estn operadoscon una conexin del neutro a tierra a travs de una reactancia de valor fijoVentajas: Permite reducir las sobretensiones transitorias siempre y cuando: I1 > 25% I3 (60% valor preferente)Desventajas: La reduccin de la corriente de falta no es tan elevada como en el caso de puesta a tierra con resistencia, por lo que no es una alternativa a esta ltimaEste mtodo se utiliza fundamentalmente para puesta a tierra de neutros de generadores y para puesta a tierra de transformadores de subestacin

Puesta a tierra resonanteLos sistemas con neutro resonante son aquellos que estn operados con una conexin del neutro a tierra a travs de una reactancia de valor variable, denominada bobina PetersenEl coeficiente de induccin de la bobina se ajusta para que resuene con la capacidad a tierra del sistema, de forma que para una falta a tierra, la corriente de falta queda reducida a un pequeo valor resistivoVentajas: Durante una falta a tierra la corriente es muy reducida y est en fase con la tensin, por lo que las faltas con arco se extinguen fcilmente Una falta a tierra no implica disparo instantneo, por lo que se mejora la continuidad del suministroDesventajas: Similar a neutro aislado, las fases sanas se ponen a tensin compuesta durante la falta. El sistema de proteccin es algo ms complejoEs un mtodo de puesta a tierra de redes de MT muy utilizado en Europa central

6.3.-Medicin de resistencias y potenciales a tierra

Mtodo de Cada de Potencial

Resistividades de terrenosConocer la resistividad del terreno es especialmente necesario para determinar el diseo de la conexin a tierra de instalaciones nuevas (aplicaciones en campo abierto) para poder satisfacer las necesidades de resistencia de tierra. Lo ideal sera que encontrase un lugar con la menor resistencia posible. Pero, como hemos dicho anteriormente, las malas condiciones del terreno pueden superarse con sistemas de conexin a tierra ms elaborados.Este es el mtodo ms empleado para la medicin de la resistencia de sistemas de tierra. Este mtodo tambin es conocido por algunos autores como: Mtodo de las dos picas Mtodo de los tres puntos el mtodo del 62%El medidor de uso comn para la prueba de resistencia de tierra es el hmetro de tierras que debe tener una calibracin vigente.El mtodo consiste en hacer circular una corriente entre dos electrodos: uno llamado E que corresponde a la red de puesta a tierra y un segundo electrodo auxiliar denominado de corriente (C) y medir la cada de potencial mediante otro electrodo auxiliar denominado de potencial (P), Figura 1. Conociendo el valor de tensin y el valor de corriente se podr obtener el valor de la resistencia mediante ley de Ohm (V/I).La resistencia de los electrodos auxiliares se desprecia, porque la resistencia del electrodo C no tiene determinacin de la cada de potencial V. La corriente I se comporta como constante. La resistencia del electrodo P, hace parte de un circuito de alta impedancia y su efecto se puede despreciar.

Los electrodos de potencial y corriente (C y P) deben clavarse a una profundidad de 50 a 60 cm aproximadamente, y deben estar firmemente clavados en el suelo y tener un buen contacto con tierra.Con el fin de obtener una medida correcta, los tres electrodos deben estar bien alineados y la distancia entre E y P debe ser un 62% de la distancia entre E y C (Distancia Total, DT). Esta distancia est basada en la posicin tericamente correcta para medir la resistencia exacta del electrodo para un suelo de resistividad homogneo.La localizacin del electrodo P es muy importante para medir la resistencia del sistema de puesta a tierra. La localizacin debe ser libre de cualquier influencia del sistema de puesta a tierra bajo medida y del electrodo auxiliar de corriente. La distancia aconsejable entre el electrodo de puesta a tierra E y el de corriente C es de 20 metros. Para comprobar la exactitud de los resultados y asegurar que el electrodo bajo prueba est fuera del rea de influencia del de corriente, se deber cambiar de posicin el electrodo de potencial P. La primer medicin se hace con el electrodo auxiliar P a la distancia 0.62 x DT. La medicin se debe repetir a las distancias 0.52 x DT y 0.72 x DT.Si los dos resultados obtenidos no difieren en ms de un 10 % con respecto a 0.62 x DT, entonces el primer resultado ser el correcto. En caso de una diferencia superior al 10 % se debe incrementar la distancia entre el electrodo auxiliar de corriente C y el electrodo de puesta a tierra bajo prueba E, repitiendo el procedimiento anterior hasta que el valor de resistencia medido se mantenga casi invariable.Se recomienda repetir el proceso variando la posicin de los electrodos auxiliares C y P con respecto al electrodo de tierra (180 o al menos 90). El resultado final a considerar ser el valor medio de los resultados obtenidos.Una excesiva resistencia de los electrodos auxiliares puede impedir que la corriente que debe pasar por el electrodo de corriente C pase por el mismo o que no se pueda medir el potencial a travs del electrodo potencial P. Muchos equipos de medicin cuentan con indicadores que parpadean si la medida no es vlida. Esto puede deberse a un mal contacto con el suelo o por elevada resistividad del mismo. En estos casos, se recomienda compactar la tierra que rodea a los electrodos de modo que se eliminen capas de aire entre los mismos y la tierra. Si el problema es la resistividad, se puede mojar el rea alrededor del electrodo, con lo que est disminuir.Algunas de las Normas que hablan sobre esto son entre otras SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL

NOM-022-STPS-2008Electricidad esttica en los Centrosde Trabajo, Condiciones deSeguridad e higienePROTOCOLOS DE MEDICIN DE PARMETROS VARIOSDE INSTALACIONES DE CONSUMO que provienen de Instalaciones de Consumo de Baja Tensin.

6.4 POZOS DE TIERRAS: PREPARACIN, CONSTRUCCIN Y SELECCIN DE COMPONENTESIntroduccinQu es un Sistema de Puesta a Tierra? Un Sistema de Puesta a Tierra, o simplemente Tierra Fsica, es un conjunto de elementos formados por electrodos, cables, conexiones, platinas y lneas de tierra fsica de una instalacin elctrica, que permiten conducir, drenar y disipar una corriente no deseada. Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexin de artefactos elctricos y electrnicos a tierra, para evitar que sufran dao, tanto las personas como nuestros equipos, en caso de una corriente de falla. Las funciones de un sistema de puesta a tierra son:Brindar seguridad a las personas. Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y garantizar la correcta operacin de los dispositivos de proteccin. Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la tensin elctrica a tierra, bajo condiciones normales de operacin. Mejorar la calidad del servicio elctrico, disiparla corriente asociada a descargas atmosfricas y limitar las sobre tensiones generadas. Por estas razones, se recomienda que se realicen las instalaciones de puesta a tierra debido a que la corriente elctrica siempre busca el camino de menor resistencia, y al llegar a tierra se disipa. Por qu instalar un Sistema de Puesta a Tierra? Se debe instalar un sistema de puesta a tierra porque ante una descarga atmosfrica o un corto circuito, sin tierra fsica, las personas estaran expuestas a una descarga elctrica, los equipos tendran errores en su funcionamiento. Si las corrientes de falla no tienen un camino para disiparse, por medio de un sistema de conexin correctamente diseado, entonces stas encontraran caminos no intencionados que podran incluir a las personas. 1. Seguridad Humana 2. Seguridad de los Equipos elctricos o electrnicos 3. Buen funcionamiento de los equipos Otras razones de porqu instalar un sistema de Puesta a Tierra Estabilizar los voltajes fase a tierra en lneas elctricas bajo condiciones de rgimen permanente, por ejemplo, disipando cargas electrostticas que se han generado debido a nubes, polvo, aguanieve, o la friccin de materiales o maquinaria, etc. Una forma de monitorear la instalacin del sistema de suministro de potencia. Para eliminar fallas a tierra con arco elctrico persistente. Para asegurar que una falla que se desarrolla entre los embobinados de alto y bajo voltaje de un transformador pueda ser manejada por la proteccin primaria. Proporcionar una trayectoria alternativa para las corrientes inducidas y as minimizar el ruido elctrico en cables. Proporcionar una plataforma equipotencial sobre la cual pueda operar correctamente el equipo electrnico. Los costos por no contar con un sistema de tierras y protecciones y pararrayos son entre otros: CORTO CIRCUITOESTATICADESCARGA ATMOSFRICA- Costo de prdidas humanas: por muerte o lesiones: adems de la irreparable prdida de una vida de cualquier persona, es demasiado costoso para las empresas un siniestro por accidente causado por no tener un sistema de proteccin de falla elctrica, prdida de empleados, demandas, sanciones por el seguro social, indemnizaciones. - Costo de tiempos improductivos: tanto por lesiones a personas como por maquinaria fuera de operacin. Esto es la suma de los salarios improductivos que se tienen que pagar, unidades dejadas de producir, o servicios dejados de prestar. - Costo de equipos averiados (quemados) parcial o totalmente por falla elctrica: Al anterior costo, se suma el costo del equipo a reponer o reparar. - Costo del deducible del seguro contra daos o prdida de equipos: en el mejor de los casos, si se cuenta con un seguro contra daos, mnimo en un siniestro, lo que le cuesta a la empresa es el deducible, que es del orden del 20% del valor asegurado. Cuando la compaa aseguradora verifica que no se cuenta con sistema adecuado de puesta a tierra, probablemente no pagar el valor asegurado, pues esta razn es una clusula del contrato de seguro. - Costo de ineficiencia: Por no tener un buen sistema de puesta a tierra, las empresas experimentan prdidas de valor considerable porque sus equipos y maquinaria no funcionan correctamente. Aspectos importantes a cumplir para lograr tener un buen sistema de Puesta a TierraNorma Oficial Mexicana: NOM-001-SEDE-2005-250-51. Trayectoria efectiva de puesta a tierra. La trayectoria a tierra desde los circuitos, equipo y cubiertas metlicas de conductores deben cumplir los siguientes puntos: (1) Que sea permanente y elctricamente continua; (2) Que tenga capacidad suficiente para conducir con seguridad cualquier corriente elctrica de falla que pueda producirse, y (3) Que tenga impedancia suficientemente baja para limitar la tensin elctrica a tierra y facilitar el funcionamiento de los dispositivos de proteccin del circuito. (4) El terreno natural no se debe utilizar como el nico conductor de puesta a tierra de los equipos. Sistema Tradicional de Puesta a Tierra: Un Sistema tradicional de Puesta a tierra se instala utilizando una varilla de acero con un recubrimiento de cobre mejor conocida como varilla copperweld, este elemento ha quedado hoy en da obsoleto por las muchas desventajas que ste representa las cuales se describen a continuacin, entre otros: Material de fabricacin (Dismbolos, generan par galvnico, ocasionando una vida til corta entre tres y cinco aos). Proceso de Instalacin (a Golpes, disminuyendo su vida til) Mtodo de instalacin (Aditivos adicional, efecto electroltico, lo que implica un mantenimiento frecuente cada seis meses). Tipo de terreno donde se instala: Arenoso, rocoso, pantanoso, etc. (Dependen 100% del tipo de terreno). Humedad del terreno y poca del ao. Son factores fundamentales para el diseo de una red de tierras con varillas copperweld. Mantenimiento frecuente cada seis meses Bi-direccionalidad (Logra disipar corrientes de falla pero as mismo recibe impulsos Electromagnticos del subsuelo). Forma de disipacin (en forma de ondas concntricas, aumenta el riesgo de corriente por la tensin de paso y tensin de toque.Los factores antes descritos juegan un papel importante para contar con un buen sistema de Puesta a Tierra, y que pueda garantizar seguridad humana, seguridad en los equipos elctricos y/o electrnicos y el buen funcionamiento de equipos y de la Red elctrica en general. Debido a tantas desventajas de un sistema tradicional de varillas copperweld es difcil ofrecer un sistema de tierras confiable y de buen desempeo. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA DE TECNOLOGIA. Debido a que un sistema tradicional de varillas copperweld No garantiza un buen desempeo, se ha diseado un sistema estructural innovador que oferta una plataforma eficiente de Puesta a Tierra de manera permanente. Este sistema nace hace ms de diez aos con el nombre de MASS@TIERRA, y dentro de sus ventajas ofrece lo siguiente: Vida til de veinte (20) aos. Libre de mantenimiento. Gran capacidad de disipacin de corrientes a tierra. Impedancia menor a 2 Ohm de manera constante. Trampa magneto-activa evitando las corrientes de retorno. Una terminacin en punta para disipar las descargas a mayor profundidad. Compuesto acondicionador integrado en el kit. Ahorro de espacio para la instalacin. Ahorro en tiempo de instalacin. Ahorro en costo de implementacin. No requiere aditivos adicionales. No daa las capas freticas, cumple la norma ISO 14000 La tabla comparativa que a continuacin se presentamos permite valorar de acuerdo a su comportamiento o desempeo a los dos sistemas antes mencionados.

Cmo describen las Normas Nacionales e Internacionales a un sistema de Puesta a Tierra: National Electrical Code (NEC) En su Artculo 100: Una Conexin conductora, ya sea intencional o accidental, entre un circuito elctrico o equipo y la tierra, o algn cuerpo conductor que sirve en lugar de la tierra. Secretaria del Trabajo y Previsin Social: NSTPS-022-2008: Es la accin y efecto de unir elctricamente elementos de un equipo o circuito a un electrodo o a una red de puesta a tierra. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): Es una conexin conductora, ya sea intencional o accidental, por medio de la cual un circuito elctrico o equipo se conectan a la tierra o algn cuerpo conductor de dimensiones relativamente grande que cumple la funcin de la tierra. Qu dicen las Normas sobre el valor de Resistencia Idealmente, una conexin a tierra debe tener una resistencia de cero ohmios. La NFPA y la IEEE recomiendan un valor de 5 Ohms o menos. En Mxico, la Secretaria del Trabajo y Previsin Social en su norma NOM-STPS-022-2008 indica lo siguiente: Asegrese de que la resistencia para Sistema de Tierras sea menor a 10 Ohms y para sistema de Pararrayos menor a 25 Ohms. La industria de las telecomunicaciones con frecuencia ha utilizado 5,0 ohmios o menos como su valor para conexin a tierra o menos. El objetivo es lograr el mnimo valor de resistencia. 6.5 CLCULO Y SELECCIN DE REDES DE TIERRA: ELECTRODOS, MALLAS Y CONDUCTORES DE PUESTA A TIERRA.GENERALIDADES Normalmente deben construirse con alambre de cobre semiduro desnudo de 5.19mm (#4 AWG) como mnimo. Nunca usar conductores tipo ACSR o AAC. Resistencia con un valor mximo de 25 en tiempo de secas, y cuando sea terreno hmedo mximo 10. Todos los neutros contiguos y bajadas de tierra deben estar interconectados independientemente, que no correspondan al mismo circuito o rea en baja tensin. CLCULO DE PARMETROS Corriente de cortocircuitoEl primer parmetro que debemos de calcular es de corriente de corto circuito, esta corriente es la mxima que debe soportar nuestro sistema de tierras en caso de alguna falla. El dato de la corriente de cortocircuito se presenta como una potencia de cortocircuito monofsica en kA y resulta de considerar la mayor corriente posible de falla monofsica desde sistema del 13,2 kV o del sistema de 380/220 V. El valor mayor de corriente de clculo del supuesto cortocircuito relacionado con la malla lo debe transmitir hacia tierra. La corriente de corto circuito Icc la vamos a determinar por medio de las siguientes formulas:

CORRIENTE TOTAL O CORRIENTE MXIMA A EVACUAR Corriente mxima de falla a tierra Las tres corrientes, estn desfasadas 120 grados elctricos entre s y dan como resultado un valor nulo de corriente a tierra. Por lo tanto: Icc = It Esta corriente es igual a la corriente de corto circuito, dicha corriente es la que nuestro sistema de puesta a tierra soportara en caso de falla, ya sea una sobretensin, sobrecorriente, causada por algn fallo en las lneas de transmisin o alguna descarga atmosfrica, y tendr que guiar a travs de nuestro sistema a puesta a tierra.CLCULO DEL CALIBRE DE CABLE Determinar el calibre del conductor es una parte muy importante ya que debemos considerar la capacidad de nuestra instalacin y determinar nuestra corriente total para el caso de una falla y no vallamos a tener problemas con ello. Al conductor de cobre se le adjudica una capacidad de transmitir una densidad de corriente del orden de 150 A/mm2. Por lo que calculamos el calibre de nuestro conductor mediante la siguiente formula.

RESISTIVIDAD ELCTRICA DEL TERRENO:El calculo de la resistividad del terreno en uno de los parmetros ms importante que debemos tomar en cuenta para el diseo de nuestro sistema de tierras, ya que el terreno es quien absorber las corrientes, y en base a su resistividad es como vamos a determinar que tipo de electrodo y su valor de resistencia.Para la medicin utilizamos un megger de tierras como el mostrado el la siguiente imagen:

El cual su funcionamiento consta de introducir unos electrodos al suelo a unos 30cm e inyectar corrientes para as determinar la resistividad de este. JABALINAS O ELECTRODOS DE BARRAS Consiste principalmente en un electrodo de cobre relleno con una mezcla de compuestos inicos, de o 3/4 , este tipo de electrodos se usan normalmente en sistemas de puesta a tierra para transformadores, pararrayos, arrancadores, etc. Generalmente en la industria. TIPOS: Vertical Horizontal Cabe mencionar que es importante que el conductor se nico, sin aadiduras, desde el inicio hasta la conexin con la jabalina.

ELECTRODO TIPO PLACA Placa ideal para terrenos con alta resistividad esta hecha cobre con espesor de 2 a 6,4mm, muy parecida en sus caractersticas a la jabalina, ya sea conforme el diseo que el ingeniero requiera ser su utilizacin.Al igual que la jabalina se recomienda su instalacin a una profundidad de 1.5 a 3 m bajo tierra, no hay necesidad de instalacin por debajo de esta profundidad ya que a partir de 5m bajo tierra es muy poco el cambio en la resistividad de el terreno. ELECTRODO TIPO MALLA La malla de tierra es un conjunto de conductores desnudos que permiten conectar los equipos que componen una instalacin a un medio de referencia, en este caso la tierra. Tres componentes constituyen la resistencia de la malla de tierra: La resistencia del conductor que conecta los equipos a la malla de tierra. La resistencia de contacto entre la malla y el terreno. La resistencia del terreno donde se ubica la malla.Generalmente este sistema de puesta a tierra se usa en casas habitacin, edificios, centros comerciales, o lugares donde se encuentran una mayor cantidad de masas conectadas en los circuitos correspondientes.

Otra utilizacin es en las subestaciones grandes ya sean en sus diversos tipos como podran ser subestaciones de generacin, de plantas hidroelctricas, etc. Para la instalacin de estas cabe mencionar que la conexin para este tipo de malla se diferencia de la malla que mencionamos anteriormente, ya que esta conexin no se realiza mediante bornes sino creando un conector uniendo los cables mediante una fusin.

6.6 Generalidades de la proteccin contra descargas atmosfrica. Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando del aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daos a las personas o construcciones. Fue inventado en 1752 por Benjamn Franklin.Las instalaciones de pararrayos consisten en un mstil metlico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en funcin de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesfrico o esfrico y debe sobresalir por encima de las partes ms altas del edificio. El cabezal est unido a una toma de tierra elctrica por medio de un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en el terreno o mediante placas de metal conductoras tambin enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona terica de forma cnica con el vrtice en el cabezal; el radio de la zona de proteccin depende del ngulo de apertura de cono, y ste a su vez depende de cada tipo de proteccin. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada pas por guas de recomendacin o normas.

El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daos que puede provocar la cada de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas elctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecnicas, automatizacin de procesos y servicios, cuando hay una tormenta con actividad elctrica de rayos. Casi todos los equipos incluyen tecnologas electrnicas sensibles a las perturbaciones electromagnticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente ms importante de radiacin electromagntica es la descarga del rayo en un elemento metlico o, en su caso, en un pararrayos. Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnticos de gran potencia cuando funcionan.

Pararrayos con dispositivo de cebado.Un pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrnico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando as el rea de cobertura y facilitando la proteccin de grandes reas, simplificando y reduciendo costos de instalacin.

Su funcionamiento se basa en el siguiente proceso:

Cuando se dan las condiciones atmosfricas para la formacin de nubes con carga elctrica (cumulonimbus), el gradiente atmosfrico aumenta de una forma rpida, creando un campo elctrico de miles de voltios/metro entre nube y tierra. Durante este proceso, el sistema PDC capta y almacena la energa de la atmsfera en su interior. El cabezal emite un trazador ascendente en forma de impulso de alta frecuencia a partir de la energa almacenada cuando el control de carga detecta que est prxima la cada de un rayo (valor de tensin cercano al de ruptura del gradiente de la atmsfera). Mediante el trazador ascendente, se facilita un camino ionizado de baja impedancia para la descarga hacia tierra de la energa almacenada en la nube, a travs del conductor bajante de la instalacin, neutralizando el potencial de tierra.El nivel de proteccin est relacionado con la eficiencia requerida para que un sistema de proteccin contra el rayo intercepte las descargas sin riesgo para las personas, para la estructura y para las instalaciones. Indica la eficacia del sistema de proteccin dentro del volumen a proteger.

Necesidad de los pararrayosRestos de un eucalipto alcanzado por un rayo.El rayo es un fenmeno meteorolgico que genera severos efectos trmicos, elctricos y mecnicos, en funcin de su energa durante la descarga. Se conocen rayos con trayectoria ascendente y descendente, que varan de valor en funcin de la actividad tormentosa y su situacin geogrfica. Los valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios, con una media de 50.000 amperios. Las temporadas de tormentas son cada vez ms amplias durante el ao y aparecen incluso en invierno; su distribucin geogrfica es muy variable, y puede haber variaciones importantes en los mapas cerunicos de la actividad de tormentas y la densidad de rayos.

La elevada intensidad de un rayo puede provocar paro cardaco o respiratorio por electrocucin de un ser vivo, debido al paso de la corriente de descarga. El impacto directo de un rayo provoca daos en las estructuras (edificios, antenas telecomunicaciones, industrias, etc.). El impacto de un rayo disipa calor por el efecto Joule y, por tanto, puede llegar a provocar incendios.

El cambio climtico es uno de los mayores causantes del aumento de la actividad de tormentas y del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de la aparicin de tantos accidentes en instalaciones protegidas con pararrayos en punta.7

El aumento de la actividad solar incrementa la actividad elctrica de la atmsfera, y genera inesperadas tormentas electromagnticas y termodinmicas que no aparecen en los modelos climticos ni en las previsiones. Esta actividad elctrica es, entre otros fenmenos meteorolgicos conocidos, otro detonante del aumento de la actividad de rayos nube-tierra o tierra-nube.

Segn la Organizacin Mundial de la Salud (OMS), varios organismos nacionales e internacionales han formulado directrices que establecen lmites para la exposicin a campos electromagnticos (CEM) en el trabajo y en los lugares de residencia. En este sentido, estas directrices afectan directamente a las instalaciones de pararrayos, ya que ponen en peligro la continuidad de la industria y la salud de las personas en el trabajo.