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NORMAS DE MATERIALES PARA REDES AÉREAS
RA7-017
ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA
1.
ALCANCE
La norma hace parte del grupo de materiales normalizados y tiene como propósito fundamental
determinar todas las características que deberán tener los herrajes y accesorios que se usen e
instalen en el sistema de distribución de energía de las Empresas Públicas de Medellín E.S.P.
Las especificaciones indicadas aquí son de carácter obligatorio y general, donde se incluyen todos
los requerimientos técnicos de los diferentes electrodos de conexión de puesta a tierra que serán
usados e instalados en las redes de distribución aérea y subterránea de 44, 13.2 y 0.6 kV.
2.
FUNCIÓN
Se utiliza para conformar la resistencia de conexión para puesta a tierra en redes de distribución
primaria, secundaria, y en circuitos de potencia, control (instalaciones eléctricas en general) y en las
acometidas, sistemas y equipos de los clientes. El electrodo de puesta a tierra es un elemento
conductor o grupo de ellos en íntimo contacto con el suelo, para proporcionar una conexión eléctrica
con el terreno
Cuando no se puedan conectar las varillas de puesta a tierra, o como complemento de ellas para
mejorar el sistema de puesta a tierra, de acuerdo con las características de resistividad eléctrica del
suelo y de las necesidades de disminuir la resistencia de puesta a tierra, se instalarán los otros tipos
de electrodos y los dispositivos según las normas.
Los electrodos de puesta a tierra metálicos pueden ser: varillas, tubos rellenos químicos, placas,
láminas, flejes, mallas y cintas.
3.
ELECTRODOS TIPO VARILLA
3.1.
CARACTERÍSTICAS
Cada tipo de varilla será utilizada de acuerdo con las condiciones del suelo o de las características
propias de la instalación.
A continuación se relacionan los diferentes tipos de varillas de puesta a tierra:
-
Varilla de núcleo de acero recubierto de cobre.
Varilla de cobre para suelos excesivamente corrosivo.
Varilla de acero inoxidable o de núcleo de acero con chaqueta en acero inoxidable.
Varilla de acero galvanizado en caliente.
3.1.1
Material
3.1.1.1 Varilla de acero recubierto de cobre. El núcleo de acero deberá ser de alta resistencia
mecánica para ser hincado en la tierra. El cobre utilizado en la varillas puede ser de aleación con no
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menos del 99% de cobre. El cobre deberá tener unión metálica ya sea por electrofusión o fusionada
con el núcleo de acero, en ningún momento deberá existir separación física de ambos metales.
El espesor del cubrimiento de cobre no debe ser menor a 0.25 mm. en cualquier punto.
3.1.1.2 Varilla de acero cubierto de acero inoxidable. El acero inoxidable debe ser austenístico
tipo 316, no magnético y resistente a la corrosión.
El espesor de la chaqueta o cubrimiento de acero inoxidable no debe ser menor a 0.38 mm. En
cualquier punto.
3.1.1.3 Varilla de cobre. La varilla de cobre para sistemas de puesta a tierra deberá ser de temple
duro para ser hincado en el suelo. El temple podrá ser tipo TF00, TD04 y TH04 según normas ASTM.
3.1.1.4 Varilla de acero galvanizado en caliente. El estiramiento o el proceso de trefilado debe ser
tratado en caliente. Se utilizará para suelos no corrosivos. La materia prima del acero debe ser tal
como lo establece la norma ANSI C 135.30. El roscado, la resistencia y rigidez de la varilla y acoples
debe ser de acuerdo con la norma ANSI C135.1.
3.1.2
Geométricas y dimensionales
Las varillas serán de dos tipos de longitud: entera de 2.4 m o fraccionadas de una longitud de 1.2 m.
cuando sea necesario mejorar la puesta a tierra incrementando la longitud de hincado. Cuando la
varilla sea fraccionada la unión será por medio de un acople.
El acople será cilíndrico y biselado en sus extremos y será de bronce de alta resistencia mecánica.
El hincado de la varilla fraccionada se hará por medio de un tornillo sufridera de cabeza hexagonal
con rosca M 16 x 2, de acero tipo SAE grado 5. La rosca no deberá tener ningún punto en el que se
haga visible el acero. La longitud mínima de hincado es de 2.4 m.
Los diámetros de las varillas de acero cubierto de cobre serán de media pulgada (φ1/2”) para suelo
muy blando, de 5/8” para terreno semiduro y de 3/4” para terreno duro.
Para las varillas de acero galvanizado en caliente el diámetro mínimo es de φ 5/8”. Para las varillas
de cobre es de φ3/4” y para las de acero con chaqueta de acero inoxidable o para las varillas que
sean de acero inoxidable el diámetro es de φ 1/2”.
Para las varillas de cobre y de hierro galvanizado en caliente se aceptarán también perfiles no
redondos pero con un perímetro no menor de 40.6 mm. y espesor no mínimo de 9.5 mm.
La varilla será de sección circular y terminada en la punta tal como se establece en las figuras que
conforman esta norma.
Las dimensiones de los electrodos tendrán en cuenta lo estipulado en la tabla N° 22 del RETIE.
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TIPO DE
ELECTRODO
VARILLA
TUBO
FLEJE
MATERIALES
Cobre
Acero Inoxidable
Acero
Galvanizado en
Caliente
Acero con
recubrimiento
electro depositado
de cobre
Acero con
recubrimiento total
en cobre
Cobre
Acero Inoxidable
Acero
Galvanizado en
Caliente
Cobre
Acero Inoxidable
Cobre cincado
Cobre
CABLE
Cobre estañado
PLACA
3.1.3
Diámetro
mm
12.7
10
Área
2
mm
DIMENSIONES
Espesor
mm
Recubrimiento
µm
16
70
14
250
15
2000
20
25
2
2
25
2
55
2
3
2
40
50
90
50
1.8 cada
hilo
1.8 cada
hilo
Cobre
Acero Inoxidable
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25
25
20000
20000
1.5
6
Eléctricas
La conductividad del cobre utilizada en la chaqueta debe ser de 99,5%. Para varillas de cobre
únicamente la conductividad deberá ser la mínima exigida en cada composición según la norma que
le aplica.
3.1.4
Mecánicas
En la varilla de acero cubierta de cobre debe existir una unión metalúrgica entre el núcleo de acero y
el cobre. La resistencia a la tensión del núcleo de acero debe estar entre 75000 y 95000 psi, el
esfuerzo a la deformación estará entre 65000 y 85000 psi con un estiramiento entre el 15% y 25%.
La varilla de acero cubierto de cobre deberá cumplir con las características de adherencia y doblado
tal como lo indica la norma NTC-2206 y la norma UL-467.
Para el acero de la varilla galvanizada en caliente la resistencia a la tensión debe ser entre 80.000 y
100.000 psi.
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Para las varillas de acero inoxidable la resistencia a la tensión debe ser de 80.000 psi con una
dureza Rockwell B90.
Para las varillas de cobre la resistencia a la tensión deberá tener como mínimo 65.000 psi.
3.1.5 Químicas
La composición química del acero para las varillas cubiertas de cobre así como para las varillas
galvanizadas en caliente debe ser:
-
Carbono:
Manganeso:
Fósforo:
Sulfuro:
0.10 - 0.38.
0.03 - 0.095.
0.040 máximo.
0.050 máximo.
También se podrá aceptar otra composición química siempre y cuando se cumpla la resistencia a la
tensión.
Cobre: El cubrimiento de cobre debe ser de aleación tipo DHP No. 122 CDA tal como lo estipula la
norma ASTM B-572.
El acero inoxidable tanto en la varilla como en la chaqueta debe ser tipo austenístico con un 18% de
cromo, 8% de níquel.
Para las varillas de acero inoxidable la composición química será de: carbón 0.08%, manganeso 2%
máximo y silicio 1% máximo.
Para las varillas de cobre se debe cumplir con lo estipulado en su composición química tal como lo
establecen las normas ASTM B-411 ó 441.
3.1.6
Acabado y recubrimiento
Las varillas de acero cubierto de cobre, deben ser libres de imperfecciones como sea la mejor
práctica comercial. Cuando se utiliza el proceso de electro-plateado para aplicar el cobre es
recomendable ser tratado químicamente con un recubrimiento retardante de oxidación entre el metal
y la atmósfera.
La varilla de acero galvanizada en caliente debe ser libre de burbujas, flujos, zonas negras, escamas
y materiales extraños incrustados.
3.1.7
Resistencia a la corrosión
Los electrodos de puesta a tierra deben garantizar la resistencia a la corrosión que sea de mínimo 15
años contados a partir de la fecha de instalación, e informar al usuario si existe algún procedimiento
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específico que debe ser tenido en cuenta para su instalación, tal como lo estipula el numeral 3.1 del
artículo 15 del RETIE
La resistencia a la corrosión del electrodo deberá ser teniendo en cuenta una con la conexión y la
otra con el material propio del electrodo. El fabricante del electrodo deberá informar con que tipo de
materiales del electrodo o varilla y el conector no presentan corrosión.
La protección contra la corrosión deberá cumplir con lo estipulado en la norma UL-467 y las normas
ASTM Indicadas más abajo.
3.2
ENSAYOS
3.2.1
Dimensionales
Tal como se indica en las figuras de esta norma.
3.2.2
Mecánicas
3.2.2.1 Adherencia
De acuerdo con la norma NTC 2206, para varilla de acero cubierto de cobre.
3.2.2.2 Doblado.
De acuerdo con la norma NTC 2206, para varilla de acero cubierto de cobre.
3.2.2.3 Tracción
Para todas las varillas se hará según el numeral 3.4.
3.2.2.4 Ensayo de dureza
Para la varilla de acero cubierto de cobre. Ver detalle en la figura que hace parte de esta norma.
Para la varilla de cobre; 80 RF (Rockwellf)
3.2.2.5 Indeformidad en el hincado
Ver Figura 1.
3.2.2.6 Acople
Resistencia al deslizamiento: 5600 lbs mínimas.
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3.2.3
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Temple y conductividad eléctrica
La varilla de cobre deberá cumplir con lo establecido en la norma ASTM B-411 ó 441. La varilla de
acero cubierto de cobre deberá cumplir lo estipulado en la norma ASTM B-193.
3.2.4
Ensayo de corriente
De acuerdo con las normas NTC-2206 y UL 467
3.2.5
Ensayo de cortocircuito y de fuerza electromagnética
De acuerdo con la norma ANSI/IEEE-837. Este ensayo es con el conector o grapa conectado con el
cable a la varilla cuando las EE.PP.M lo soliciten para mallas de puesta a tierra.
3.2.6
Eléctricas
Conductividad del acople: 100% de longitud de la varilla no acoplada. Norma ASTM B-193.
3.2.7
Corrosión
El conjunto de cable, medio de conexión (conectores y grapas) y varillas de puesta a tierra se le debe
realizar los dos tipos de ensayos de corrosión tal como lo estipula el numeral 10 de la norma
ANSI/IEEE-837 y según especificación de la norma NTC 2206., el de cámara salina y el de ácido
nítrico.
Para la prueba de corrosión del electrodo como elemento se le debe realizar ensayo de acuerdo con
los procedimientos establecidos en las normas ASTM G31 y 162.
3.2.8 Prueba de flexión
3.2.8.1 Para las varillas de acero cubierto de cobre
Se sujetará firmemente un pedazo de varilla en una prensa y su extremo libre se doblará por
aplicación de una fuerza perpendicular a ésta a una distancia del dispositivo de agarre igual a 40
veces el diámetro de la varilla. La magnitud y dirección de la fuerza aplicada deben ser tales que la
varilla esté doblada permanentemente en un ángulo de 30 grados sin que se presente evidencia
alguna de agrietamiento, desprendimiento o cualquier signo de separación entre los dos metales.
Para varillas sólidas de cobre, el ángulo de doblamiento será de 45 grados y no debe presentarse
ninguna señal de agrietamiento ni fisura.
3.2.8.2 Para las varillas de cobre
Se hará ensayo de doblado tal como se indica en la norma ASTM B-187 “Standard Specification for
Copper bar, bus bar, rod and shapes”.
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3.3
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EMPAQUE
Las varillas de puesta a tierra se empacarán en atados zunchados en tamaños que dependerán de la
longitud y peso de éstas, de tal manera que no excedan de 50 kg y no sufran durante el transporte,
manipulación y almacenamiento. Los accesorios que se incluyan con las varillas se empacarán en
cajas de madera o costales que no excedan de 25 kg de peso.
3.4
MARCACIÓN
La varilla se marcará individualmente de manera impresa a 30 cm de la parte superior con la
siguiente información: logotipo o nombre del fabricante, diámetro y longitud.
3.5
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO
Los criterios de aceptación, el tipo de muestreo para todos los diferentes ensayos serán de acuerdo
con lo indicado en al norma NTC-ISO 2585.
También se aceptarán ensayos de calentamiento con corto de acuerdo con lo indicado en la norma
ANSI/IEEE-837.
3.6
NORMAS DE REFERENCIA
-
NTC-2206
(UL 467):
ANSI/IEEE C135.30:
-
ANSI/IEEE 837:
-
ASTM B441:
-
ASTM B411:
ASTM B581:
RETIE
4.
Equipo de conexión y puesta a tierra
Grounding and Bonding Equipment
American standard for zinc coated ferrous ground rod for overhead or
underground line construction.
IEEE Standard for quality permanent connection used in substation
grounding.
Standard specification for copper cobalt – beryllium (UNS No. C17500) and
copper – nickel – beryllium (UNS No. C17510) rod and bar.
“Standard specification for copper-nickel- silicon alloy rod and bar”.
“Standard specification for free – macltintining stainless steel wire and wire rods”.
“Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas”.
ELECTRODO TIPO TUBO RELLENADO QUÍMICAMENTE
Es un dispositivo tipo tubo, hueco, relleno o cargado químicamente, tal como lo establece la norma
NTC-2206 (UL-467).
Puede ser de cobre o de un material equivalente que sea resistente a la corrosión y a la humedad del
suelo. Deberá tener un diámetro interno mínimo de 51mm y un espesor de pared de 2.03 mm.
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Cuando es de cobre deberá ser tubería metálica rígida sin costura, extrafuerte tipo K ó M como se ha
establecido en las normas ASTM B88 y 42, de temple duro H80. Deberá tener una conductividad
mínima de 99.9% y cumplir con los ensayos de corriente parásita, presión hidrostática, espesor de la
pared, de dureza y tensión.
La carga o el relleno químico dentro del electrodo debe ser una sustancia que no cause corrosión
más rápida que un conduit metálico rígido de material metálico ferroso de diámetro de 3/4”. Además
el relleno debe tener como mínimo 60% de cloruro de sodio y 40% de cloruro de calcio si el peso
total del relleno es menor que 5 kg, tal como lo estipula la norma NTC-2206 (UL-467).
El electrodo se utilizará cuando se necesita conductividad alta en el sistema de aterrizamiento o por
consideraciones de espacio, ya que reemplaza varias varillas de puesta a tierra. Es muy útil cuando
los suelos son muy corrosivos y existen cambios climáticos muy fuertes y es necesario mantener la
confiabilidad en la puesta a tierra.
El electrodo deberá tener un conector soldado al tubo y con cable de cobre.
Se puede instalar vertical u horizontal o en forma “L”, con una longitud mínima de 3 metros.
4.1
NORMAS DE REFERENCIA
El electrodo debe cumplir con lo establecido en la norma NTC-2206 (UL-467) y la norma ASTM B-88
“Standard specification for seamless Copper water tube.
Los Electrodos y dispositivos de conexión de puesta a tierra para ser instalados en redes de
distribución, instalaciones eléctricas y los servicios asociados del suministro de energía eléctrica por
parte de las EE.PP.M E.S.P.; de acuerdo con las recomendaciones establecidas en las normas
ANSI/IEEE C2 “NATIONAL ELECTRIC SAFETY CODE”, ANSI/NFPA 70 (NTC 2050) “NATIONAL
ELECTRIC CODE” y LA NTC-2206(UL-467), con el objetivo de tener la resistencia de puesta tierra
exigidas en el sistema.
5.
PLACAS, LÁMINAS, MALLAS Y CINTAS METÁLICAS
Estos elementos se utilizarán de acuerdo con lo indicado en la regla 94B3 de la norma ANSI/IEEE
C2. Son muy utilizados en áreas de alta resistividad del suelo y aún en suelos muy rocosos donde se
requiere una resistencia baja la cual no es posible obtenerla con varios electrodos tipo varilla
profundizados a más de 2.4 metros.
5.1
CINTAS O TIRAS
Son frecuentemente usadas en áreas rocosas donde el lecho del suelo tiene una forma irregular y la
excavación es prácticamente imposible.
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Las cintas metálicas pueden ser de materiales ferrosos y no ferrosos (conductivos). Deben tener las
siguientes dimensiones mínimas: 3.0 metros de largo y con una superficie total (en ambos lados) de
0.47 metros cuadrados. El espesor para cintas de materiales ferrosos debe ser de 6 mm. y de 1.5
mm para materiales no ferrosos.
La profundidad de enterramiento mínima de las cintas o tiras es de 450 mm.
5.2
PLACAS O LÁMINAS
Las placas o láminas metálicas pueden ser de materiales ferrosos (conductivos) y no-ferrosos con
un área de 0.185 metros cuadrados de superficie expuesta en el suelo, de 1.5 mm de espesor para
material no ferroso y de 6 mm. para materiales ferrosos.
Usualmente en áreas rocosas y terreno irregular se recomienda el uso de este tipo de electrodos.
La profundidad de enterramiento debe ser como mínima de 1.5 metros.
5.3
PLACAS Y CINTAS O TIRAS ADHERIDAS EN EL POSTE
Estos electrodos tipo placa, adheribles al poste, se aplican en áreas de MUY BAJA RESISTIVIDAD
DEL SUELO, que proveen un efectivo sistema de puesta a tierra. El uso de ésto será de acuerdo con
lo indicado en las reglas 96, 92C1a, 92C2b, 97C y 96C del NESC. También pueden ser electrodos
adicionales a otros electrodos en los sistemas de puesta a tierra.
5.3.1
Placa adherida en la base del poste
Teniendo en cuenta lo indicado en el numeral anterior, la placa se instala en la base del poste según
regla 96C del NESC.
La placa de material ferroso (conductivo) y no ferroso deben tener huecos o ventosas que retengan
la humedad de la tierra y que permita aguantar el peso y la vibración natural del poste, la retención
de la humedad permite tener un mejor sistema de puesta a tierra. Deberá tener una canal para
conectar el alambre de puesta a tierra tal como se indica en la figura.
Los espesores mínimos son de 6 mm. para material ferroso y de 1.5 mm para material no conductivo.
El área de la placa expuesta debe tener como mínimo 0.046 m cuadrados.
Cuando se instala como electrodo independiente es recomendable que el alambre al final del poste
se enrolle alrededor de él.
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5.3.2 Cinta colocada alrededor del poste
Es una lámina o cinta de acero inoxidable o de cobre que se coloca alrededor del poste a 250 mm.
de la base del poste. La lámina deberá tener un conector de tornillo para conectar el alambre de
puesta a tierra y que cumpla con lo indicado en la norma NTC-2206.
Las dimensiones serían: Ancho de 80 mm. para postes de 8 m. y de 180 mm. para postes de 10 y 12
metros. Un espesor mínimo de 0.16 mm. Su longitud será de acuerdo con el diámetro que tenga el
poste en esa zona.
Este electrodo se coloca y funciona como un electrodo adicional a la varilla del sistema de puesta a
tierra. No se debe instalar únicamente como electrodo independiente.
5.4
MALLA DE ATERRIZAMIENTO
La malla metálica de puesta a tierra consta de un alambre con un calibre mínimo N° 8 AWG mínimo
de cobre, de aleación de cobre, de acero inoxidable o de otro material adecuado para aplicación. El
alambre debe ser moldeado sobre una especie de placa o malla reticulada. El modelo de la retícula
de la malla no debe tener una dimensión no menor a 102 mm ó mayor a 610 mm. La intersección o
unión de los alambres de la retícula debe ser soldada.
5.5
ENSAYOS
Todas las placas, cintas, mallas, láminas o tiras deben ser resistentes a la corrosión, agua y
humedad con el fin de ser enterradas en el suelo. Deberán ser libres de defectos, imperfecciones no
graves, libre de suciedades, un film superficial de lubricantes suave en ellas es aceptable. El temple
debe ser adecuado para aguantar el peso del poste o el de la tierra. Los extremos y bordes no deben
ser filosos o cortantes. Deberán ser resistentes a la corrosión cuando es de cobre. La presencia del
sulfuro en los suelos lo corroe. Las placas de acero deben ser galvanizadas en caliente.
Se le debe realizar ensayos de composición química, dureza, resistividad eléctrica, resistencia a la
tensión, deformación y estiramiento.
5.6
NORMAS DE REFERENCIA
Deberá cumplir las normas siguientes:
ASTM B 248: Standard specification for general requirements for wrought and copper-alloy plate, sheet, strip
and rolled bar”.
ASTM B 465: Standard specification for copper-iron alloy plate, sheet, strip and rolled bar.
ASTM B 591: Standard specification for copper-zinc-tin and copper –zinc-iron nickel alloys plate, sheet, strip
and rolled bar .
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ASTM B 96: Standard specification for copper-silicon alloy plate, sheet, strip, and rolled bar for general
purposes and pressure vessels.
ASTM B 432: Standard specification for copper and copper alloy clad steel plate.
ASTM A 6:
Specification for general requirements for rolled structural steel bars, plates, shapes, and sheet
piling.
ASTM A 827: Standard specification for plates, carbon steel, for forging and similar applications.
ASTM A 786: Standard specification for rolled steel floor plates.
ASM A 570:
Specification for steel sheet and strip carbon, hot rolled, structural quality.
ASTM A 653: Specification for steel sheet, zinc coated (galvanized) or zinc-iron alloy-coated (galvannealed) by
the hot-dip process.
ASTM A 924: Specification for general requirements for steel sheet, metallic coated by the hot-galvanized.
ASTM A 895: Standard specification for free Machinings stainless steel, plate, sheet, and strip.
ASTM A 793: Standard specification for rolled floor plate, sheet stainless steel
ASTM A 666: Standard specification for annelead cold-worked austenistic stainless steel sheet, strips, plate
and flat bar.
ASTM G 162- 99 Standard Practice for Conducting and Evaluating Laboratory Corrosions Tests in Soils.
ASTM G 31-72 Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals
IEEE Std 837 IEEE Standard for Qualifying Permanent Connections Used in Substation Grounding
RETIE
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