Diseño de Sistemas de Puesta a Tierra: Normas NOM e IEEE

TEORIA Y DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRAS
SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE
TEORÍA Y DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRAS
SEGÚN LAS NORMAS OFICIALES MEXICANAS
(NOM) E IEEE
Roberto Ruelas Gómez
Ingeniero Mecánico Electricista
› 0. Introducción
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º
º º º Sistemas eléctricos en c c de no más de 300 V, a menos de que alguna de las
siguientes condiciones se cumpla:
j c m c jcjcjc jccjcj jccjc j
c cj cc
c cjc c cc cc cc
c mjcjj c c cj c c cjcc j cjj c
º º Sistemas de c c en tres hilos
c c c
º º 3 Sistemas eléctricos derivados en c a cuando el voltaje a tierra esté entre 50 y º50
volts Ver definición de Sistema derivado en la NOM-00º-SEDE-º [º 3]Sección
50-5d
º º cmjc c j c c c cc cccjj
jcc cºc cjcjc c cjc cjj cc
c
cj j
c cjc
c
º cc
º º Los sistemas en c a de 50 a º000 V que cumplan con los siguientes requisitos no
se requiere que estén aterrizados
j c mjc c c c j cc
c mjc j c
c jc jc j c c c c
j cjj cc
c mjc j c jj c c c jj c c j j c c jc
j c c c c c º c c c jc jc c j jc
c
c
jc
cccc
ccc
ºc
c
jc
jc
c
c
c
c
ccc c c jc jc jj c jc j c jc jc jj c
ccc c c c jc c c jc c c jc c c
ccc c cc jc j c c cc
c mjcjj cc jcccjj jjc c cjccº º c
cc
c mjcjj c jc jcjjc jjc cjcjc c cjjcjc c
j cj c cjcc c jjcjcc j ccjc c cjcºc c
cjc c cc c
º c m jc jcjj c jc cjcjcjj cc
c mc c j c c cc
c mcc c cjccc cc
c cjcjjc j jcc jcc cc
cjc jcc jc cj c jjc jc c j
jcj c
c c cjjc
c
c jc cjc jcc jcc c jcjj c jc
jc jc c j c j c c c jc c jc jc jc c c c c c
c cj j cjc cjc cjjc cc c jjcjc c c c
cj c cjjcjcjc cmc!mc c
º.3 CONDUCTOR A ATERRIZARSE.
En los siguientes sistemas en c a se conectará a tierra:
j c "jcjc c cc c cj cc
c "jcjcc cc cc
c mjc c cc c c cjc jcjcjcc c c
c mjc c cc jcjcjj jcc cc
c mjc ccjcm c cjcjj cc c cc cc
j c c c jcc jcj ccc
El forro del conductor puesto a tierra (aterrizado) debe ser de color blanco o de color
[º 3]{00-6}
gris
claro
º.4 LUGAR DE PUESTA A TIERRA DEL SISTEMA.
º º En sistemas en c c la tierra debe estar en la estación rectificadora únicamente
El calibre del conductor de puesta a tierra no debe ser menor que el más grueso del
sistema y nunca menor a calibre 8 AWG
º c # c jc c j c c jc jc jc c j c c jc c c
j c c j j c c jc jc jc jc c c c c c
c c c jj cº $j ccc
?c c cc c c jc jcjcjc cjcj jcjcj jc cc c
jcc c c c c j cº $ cc
c
Este conductor de puesta a tierra del sistema no debe ser menor al requerido por la
Tabla 50- de la NOM [º 3], excepto el conductor que se conecta a varillas
electrodos, o a electrodos de concreto, donde no es necesario que sea mayor que calibre
6 AWG en cobre o AWG en aluminio
Tabla 250- 94. Conductor del electrodo de tierra de instalaciones de c.a.
c cc c cc c c c
cc c cc cc
c ccc c
c cc c c
c c
ccc c
c
ccc c
c
" #c!$%cc c
c
c
#&c#c
!cc
!cc" #c!cc!$%c
& cc#"%!c$%cc$%c
!cc
!!"c c
& cc#"%!c$%cc$% c
$%cc"%c c
!!"c c
cc
c
› cc#"%!c c!&&c
› cc!&c c" c
cc
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$%c c"%c
"%c c"%%c
cc
cc
› cc!&&c c% %c
› cc" c c "% c
" #c!$%c
#"%!c$%c
"%c c%%c
"%%c c'%%c
cc
cc
› cc% c c""&#c
› cc "% c c##& c
& c$%c
!%&c $%c
%%c c!!%%c
'%%c c!&"%c
cc
cc
› cc""&#c!!%%c
› cc##& c!&"%c
#"%!c$%cc
!&c"%cc
Ouando no sea una acometida, se hace el cálculo sobre la sección de los conductores en
paralelo
Asimismo, el puente de unión principal debe ser del mismo calibre obtenido según la
misma tabla [º 3]{50-7}
!jc c c c c c
cccjc c c jc
jcjc c cccjcc$ c
jc jc jc c j c jc jc jc c
ccc c c c jcc
c
Donde un tubo metálico es utilizado como canalización entre el medidor y el interruptor
principal, la conexión del conductor puesto a tierra (neutro) crea un circuito paralelo al
circuito de puesta a tierra, por lo que esta conexión debe hacerse lo más corta posible
porque en los medidores, la terminal del neutro está unida a la carcaza metálica de los
medidores
Es importante notar que en sistemas derivados, este circuito paralelo no está permitido
por la sección {50-30} de la NOM-00º
º cc cjc j c jj c"jc c c cjcjcjjjcc cc c
jc j c jj cjc c c c jc cj j c c c
j c jj cc cc$j c cc jc j cjcjc c
c cjc j cjcjc cj cc cj j cjj c c c
c c cjcjc%c c cj j cjcjcjjjc c c cjcj c c
jjc cjc c c cjj w.º ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA
Es muy importante tomar en cuenta que por norma [º 3] (50-6c), los
electrodos de puesta a tierra de los sistemas eléctricos deben estar accesibles
y preferiblemente en la misma zona del puente de unión principal del sistema
De acuerdo con la norma oficial mexicana [º 3] (50-8), el sistema de
electrodos de puesta a tierra se forma interconectando los siguientes tipos de
electrodos (siempre que existan):
-c
-c
-c
-c
Tubería metálica de agua enterrada
Estructura metálica del inmueble
Electrodo empotrado en concreto (Ufer)
Anillo de tierra
En caso de no disponer de alguno de los anteriores, se deben usar uno o más
de los electrodos especialmente construidos:
-c
-c
-c
Electrodos de varilla o tubería
Electrodos de Placa
Otras estructuras o sistemas metálicos subterráneos cercanos
Los tipos de electrodos no permitidos por la norma oficial mexicana son:
º Tuberías de gas enterradas Porque en los E U
suministradoras de este fluido se opusieron a ello
las compañías
Electrodos de aluminio Aunque en Europa se han utilizado, los comités del
a [º ] se opusieron a incluirlos porque el aluminio es un material que se
corroe con mayor facilidad que el cobre y los compuestos químicos que se le
forman no son buenos conductores eléctricos
Es importante hacer notar que en lugares donde existe congelamiento de la
superficie, la profundidad de enterramiento es mayor a la que se menciona en
los párrafos siguientes; o, en los cálculos debe considerarse como aislada la
parte del sistema de tierras que puede estar en contacto con la tierra
congelada
En los siguientes puntos se explica cada uno de esos tipos de electrodos
8 º º TUBERÍA METÁLIOA DE AGUA ENTERRADA
Para que una tubería de agua pueda usarse como electrodo de puesta a tierra,
debe reunir los siguientes requisitos:
º c Por lo menos tener 3 m en contacto directo con la tierra
c Eléctricamente continua hasta el punto de conexión, puenteando el
medidor del agua, si está colocado en una posición intermedia
La única desventaja de su uso es que debe complementarse con un ele ctrodo
adicional, de cualquiera de los tipos mencionados arriba
conector para tuberías
Por otro lado, la p p [8 5] está propugnando
por eliminar las tuberías de agua como electrodos principales, debido a que
con el uso cada vez mayor de equipos electrónicos, la corriente de fuga a
tierra es en parte corriente continua, lo que provoca corrosión galvánica en las
tuberías
No confundir este tipo de electrodo, con el requerimiento, casi siempre
olvidado, del artículo (50-80a) de la norma oficial mexicana [º 3], de
conectar los sistemas interiores de tuberías para agua al puente de unión
principal o a los electrodos de puesta a tierra, de acuerdo con la tabla 50-
de la misma norma, con el fin de igualar potenciales en caso de una falla
8 º ESTRUOTURA METÁLIOA DEL EDIFIOIO
La estructura metálica de los edificios puede ser usada, siempre que esté bien
puesta a tierra, esto es, que su impedancia a tierra sea baja
Para que sea baja la impedancia, se deben unir las columnas a las partes
metálicas de la cimentación con conductores según los calibres de los
conductores de puesta a tierra de la norma [º 3](50-) y, en caso de haber
sellos formados por películas plásticas, se deben puentear éstos
8 º 3 ELEOTRODOS DE OONORETO ARMADO O UFER
Los electrodos Ufer, se llaman de esa manera en memoria de un ingeniero de
nombre Herb Ufer, quien estuvo a cargo de los laboratorios de los
aseguradores en Los Ángeles de º7 a º53 Aparentemente él estuvo
encargado de las pruebas de electrodos de puesta a tierra para arsenales en
Arizona en º Olaramente, la tierra arenosa es el peor terreno para obtener
una resistencia baja Pero, los electrodos de concreto armado que él midió
tuvieron una resistencia a tierra de 5 ohms o menos En los sesentas, varios
sitios en el oeste americano, entre ellos estaciones de ski en la sierra, fueron
probados con electrodos Ufer, obteniéndose tan buenos resultados, que el
a reconoció este tipo de electrodos
Oonsisten en utilizar en las estructuras nuevas, el acero del concreto armado
como electrodo principal, siempre y cuando la cimentac ión haya sido diseñada
para este fin con los cables de tierra adecuados conectados a las varillas
conector para varilla ERIOO
La NOM [º 3] (50-8ºc) dice que deben de constar de por lo menos de 6
metros de una o más varillas de acero desnudo o galvanizado o revestido de
cualquier otro recubrimiento eléctricamente conductor, de no menos de º3
mm de diámetro, localizadas en y cerca del fondo de un cimiento o zapata y,
empotradas al menos 50 mm en el concreto
El concreto tiene una estructura química ligeramente alcalina e higroscópica
La combinación de estas características provee iones libres que permiten al
concreto exhibir una resistividad consistentemente de unos 30 ohm-m Los
electrodos de concreto tienen una resistencia a tierra menor o igual que las
varillas de cobre de un tamaño comparable, siempre que estén en contacto con
suelos con resistividad de 50 ohm-m o menor [8 ]
Algunas pruebas indican que la resistencia típica a tierra de una base para
columna de anclaje medida en los pernos es de alrededor de 50 ohms, sin usar
métodos especiales De ahí que la resistencia efectiva de un edificio de
estructura metálica con veintitantas columnas en paralelo es de menos de 5
ohms, siempre y cuando se asegure que la estructura esté conectada a las
varillas Para ello, se suelda por métodos de fusión un cable de acero a las
varillas, mismo que se conectará a su respectiva columna
Oonectores Woertz
En los lugares donde es posible que caigan descargas atmosféricas en el
sistema de tierras con electrodos de concreto, éstos deben complementarse
con electrodos de otro tipo, para que las grandes corrientes debidas a esas
descargas no causen ningún daño por fractura al evaporar muy rápidamente el
agua presente en el concreto
8 º ANILLO DE TIERRA
Un anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo, de sección
transversal no menor al calibre AWG (por resistencia mecánica) y de
longitud no menor a 6 m enterrado a una profundidad de 800 mm y, que rodee
al edificio o estructura
Estos anillos de tierras se emplean frecuentemente circundando una fábrica o
un sitio de comunicaciones o de cómputo, para proveer un plano equipotencial
para edificios y equipos
w.2 ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA ESPECIALMENTE
CONSTRUIDOS.
Ouando no se dispone de alguno de los electrodos mencionados en el punto
anterior, la norma oficial mexicana [º 3](50-83) dispone que se puedan usar
uno o mas de los electrodos siguientes:
De
Varilla
a)
b)
Electrodos
c) Estructuras metálicas subterráneas
o
de
Tubería
Placa
8 º ELEOTRODOS DE VARILLA O TUBERÍA
De acuerdo con la NOM [º 3](50-83c) los electrodos de varilla y tubo, no
deben tener menos de ,0 m de largo y deben instalarse de tal modo que por
lo menos ,0 m de su longitud esté en contacto con la tierra Las varillas de
metales no ferrosos deben estar aprobadas y tener un diámetro no inferior a º3
mm de diámetro, y las demás de por lo menos º6 mm Las tuberías deben
tener un diámetro no inferior a º mm, y si son de hierro, deben tener una
protección contra corrosión en su superficie
Hay que notar que la varilla de 5/8" comercial mide º,7 mm de diámetro y
que la varilla con protocolos de OFE º6 mm
Las varillas de acero con un recubrimiento de cobre de º0
milésimas dura un promedio de 35 años en un suelo promedio; si tiene un
recubrimiento de º3 milésimas dura hasta 5 años En cambio, una varilla de
acero galvanizado tiene una vida estimada de º5 años
Estos electrodos se aplican al suelo mediante percusión hasta que alcanzan la
profundidad adecuada En caso de terrenos rocosos o de tepetate, las varillas
no pueden meterse de esa manera; se doblan o solamente no pueden entrar
Ocasionalmente se ha sabido de casos donde las varillas han sido regresadas
hacia la superficie después de haber tratado de clavarlas en terrenos rocosos
Ouando la roca está a menos de ,0 m, estos electrodos pueden meterse en
diagonal hasta con un ángulo de 5 grados de la verti cal Pero, si no es este el
caso, se deben enterrar horizontales en una trinchera abierta para el caso a 800
mm de profundidad por lo menos
La alternativa al golpeado es perforar un agujero, instalar la varilla y rellenar
nuevamente el agujero, aunque n o se obtiene la compactación ni la baja
resistencia de contacto de la varilla percutida
La resistencia de contacto de una varilla está dada por la fórmula de Dwight
[8 3] del M I T
donde:
p es la resistividad del terreno en ohm - m
L es el largo de la varilla en m
r es el radio de la varilla en m
En la tabla º0 º º se muestra la resistencia a tierra (teórica) de otras
configuraciones de electrodos
8 ELEOTRODOS DE PLAOA
Los electrodos de placa no deberán tener menos de 0, metros cuadrados de
superficie en contacto con el suelo Y las placas de acero o fierro deberán
tener por lo menos 6, mm de espesor Si son de material no ferroso deberán
tener por lo menos º,5 mm de espesor
8 3 ESTRUOTURAS METÁLIOAS ENTERRADAS
La NOM menciona la puesta a tierra mediante sistemas de tuberías o tanques
enterrados Pero, puede ser cualquier clase de estructura metálica subterránea
Las normas americanas MIL-STD-º5B, MIL-HDBK-º y MIL-STD-º88º no recomiendan el uso de los ademes de pozos para lograr una baja
impedancia a tierra Las normas mencionadas hacen énfasis en que los ademes
presentan muy baja resistencia a tierra en c d , pero, no reducen la impedancia
en corriente alterna, y, mencionan que si los ademes metálicos son utilizados
como parte del sistema de tierras, no deben ser los únicos elementos en
contacto con el suelo
w.3. ELECTRODOS PARA PUESTA A TIERRA
FRECUENCIA (NO EN LA NOM-OOº-SEDE).
EN
RADIO
En el caso de torres de radiodifusión, se emplean cables en configuración de
estrella (radiales) para su puesta a tierra Y, se ha encontrado más efectivo
tener conectados los cables en un punto que tener múltiples anillos rodeando
el sitio
Esos cables radiales llamados contra-antenas pueden ser menores a 30 m de
largo si el suelo es adecuado
Los cables dispersan la energía de las descargas muy eficientemente Oomo la
corriente se divide en proporciones iguales en los cables radiales, entre más
cables, menor corriente los circula Y, una baja corriente es más fácil de
disipar y tendrá menor impacto en la elevación del potencial de tierra del
sistema
En la tabla º0 º º se describe la resistencia a tierra (teórica) de estos
electrodos en sus distintas configuraciones Oomo se observa en ese
documento, más de cuatro brazos no son recomendables
w.4. ELECTRODOS PARA PUESTA A TIERRA DE PARARRAYOS
En México, los electrodos para puesta a tierra de pararrayos más utilizados
son los llamados rehiletes, que están formados por placas de cobre soldadas a
una varilla del tipo Su dimensión total es entre 0,80 y º,0 m
Por su corta longitud, en lugares donde el tiempo de secas es largo, no son
apropiados porque en ese tiempo su resistencia a tierra puede ser fácilmente
mayor a º0 ohm
w.5 MALLAS
La norma oficial mexicana de instalaciones eléctricas requiere de un sistema
enmallado de tierra con múltiples electrodos y conductores enterrados, cuando
están involucradas tensiones y corrientes eléctricas muy altas, con el fin de
minimizar los riesgos al personal en función de la tensión eléctrica de paso y
de contacto [º 3](º-º8)
La malla consta de una red de conductores enterrados a una profundidad que
usualmente varía de 0,30 a º,0 m, colocados paralela y perpendicularmente
con un espaciamiento adecuado a la resistividad del terreno y preferentemente
formando retículas cuadradas
El cable que forma el perímetro exterior de la malla debe ser continuo de
manera que encierre toda el área en que se encuentra el equipo eléctrico de la
subestación o planta generadora Oon ello, se evitan altas concentraciones de
corriente y gradientes de potencial en el área y terminales cercanas [º 3](º5)
En cada cruce de conductores de la malla, éstos deben conectarse rígidamente
con soldadura exotérmica entre sí y en los puntos donde se conectan los
equipos que pudieran presentar falla o, en las esquinas de la malla, los
conductores deben conectarse a electrodos de varilla o tubo de , m de
longitud mínima, clavados verticalmente
Los cables que forman la malla deben colocarse preferentemente a lo largo de
las hileras de estructuras o equipo para facilitar la conexión a los mismos, ya
que es una práctica común de ingeniería aterrizar a dos cables diferentes todos
los equipos
En º0 Oálculo de la malla requerida para subestación de potencia
cumpliendo con el voltaje de paso y de contacto (IE EE Std 80) se encuentra el
cálculo del calibre mínimo del conductor de la malla para resistir las
corrientes
de
falla
Es importante notar que en Europa se emplea el estándar alemán DIN 57ºº,
que da resultados equivalentes de calibres mínimos
Los conectores empleados en la malla del sistema de tierras de una
subestación deben ser de tipo de compresión o soldables
Los cables empleados en las mallas de tierra son de: acero, acero inoxidable,
acero galvanizado, y cobre Para evitar la corrosión galvá nica en terrenos de
baja resistividad, algunas compañías eléctricas desde el diseño utilizan en sus
mallas de tierras, cable de cobre estañado para bajar el potencial
electronegativo entre los diferentes metales
El cobre aún es el material más utilizado porque tiene buena conductividad, es
resistente a la corrosión y tiene un punto elevado de fusión (º083 O), y dentro
de los cables de cobre, se prefiere en el orden por su baja resistencia: temple
suave, temple semiduro, temple duro
Pero cuando se considera el robo del cobre como el factor importante,
compañías eléctricas y de telecomunicaciones han cambiado al cable de acero
tipo Oonductor de acero Oopperweld - acasolutions com
w.6 MEJORAMIENTO DE LA RESISTENCIA A TIERRA.
La NOM (50-8) permite para los sistemas con un electrodo único que
conste de una varilla, tubería o placa, que no tiene una resistencia a tierra de
5 ohms o menos, que se complemente con electrodos adicionales de los
tipos mencionados en 8 º separados por lo menos una distancia de º,83 m
entre sí
En la práctica, cuando la resistencia del electrodo único mencionado, excede
del valor buscado, esa resistencia se puede reducir de dos siguientes maneras:
mejorando el electrodo, o mejorando el terreno alrededor del electrodo
w.7 MEJORAMIENTO DEL ELECTRODO.
El electrodo en sí, puede ser mejorado:
a) Usando una varilla de mayor diámetro
b) Usando varillas más largas
c) Poniendo dos, tres o más varillas en paralelo
a) VARILLAS DE MAYOR DIÁMETRO
Usando varillas de º mm en lugar de varillas de º3 mm se logra una
reducción en la resistencia a tierra de hasta un º0% máximo Muy poco en
realidad
b) VARILLAS MÁS LARGAS
Para los casos donde las capas superiores de la tierra son de arena y donde a
gran profundidad se encuentra una capa de terreno húmedo, existen varillas
que se acoplan unas a otras para lograr longitudes hasta de º5 m
Por lo general, doblando el largo, se obtiene una reducción del 0% de
resistencia
a
tierra
Otra ventaja es que con el uso de varillas largas, se controla el gradiente de
potencial en la superficie
Los electrodos de puesta a tierra de las subestaciones en c d , son mucho más
largos que los normalmente utilizados en corriente alter na En la estación
rectificadora de | de la p , se utilizan
electrodos de 60 metros de largo, para evitar el fenómeno de electro-osmosis,
manteniendo una densidad baja de corriente en toda la superficie del
electrodo
c) VARILLAS EN PARALELO (ELEOTRODOS MÚLTIPLES)
El colocar varias varillas en paralelo es una manera muy efectiva de bajar la
resistividad Pero, las varillas de tierra no deben ser colocadas muy cerca una
de otra [º º], porque cada varilla afecta la impedancia del circuito, por los
efectos mutuos
La NOM [º 3] (50-83) dice que la distancia entre ellas o de cualquier
electrodo, no debe ser menos de º,8 m, aunque se recomienda que estén
separadas
más
del
largo
de
cualquiera
de
ellas
Por ejemplo, dos varillas en paralelo a 3 metros de distancia ofrecen una
resistencia del 60% de la resistencia a tierra de una sola de ellas Pero,
incrementando ese espaciamiento a 6 m, la reducción de la resistencia es del
50%
Ouando se utilizan múltiples electrodos, la impedancia es mayor y cada
electrodo adicional no contribuye con una reducción proporcional en la
resistencia del circuito Por ejemplo, dos varillas reducen la resistencia al 58%
de una sola, mientras que º0 varillas apenas reducen ese valor al º0 %
La resistencia neta para (n) varillas (Rn) está determinada por la resistencia de
una sola varilla (R) Este es un valor aproximado que considera que las
varillas están espaciadas por una distancia igual al diámetro del cilindro
protector
Y, representa el decaimiento de la capacitancia asociada con la propagación
en la tierra
Es de observar que, muchas varillas cortas tienden a ser más efectivas que
unas cuantas largas Ésto puede ser verificado al unir las ecuaciones de las
resistencias individuales y las de grupo Oonsidere como ejemplo de ésto, un
terreno de resistividad de º000 ohm-m Una varilla de 5 cm da una
resistencia a tierra de 300 ohm Dos varillas de º,5 cm dan una resistencia de
º0
ohm
Esto
es,
/3
de
la
resistencia
Obviamente que esto supone que el terreno superficial es razonablemente
conductor
En la tabla º0 º º se muestra la resistencia a tierra (teórica) de diversas
configuraciones de electrodos
w.w MEJORAMIENTO DEL TERRENO
Ouando un sistema eléctrico se expande, la que se creía era una baja
resistencia a tierra, se hace mala Asimismo, el uso cada vez mayor de tuberías
no metálicas y, la caída en el nivel de aguas freáticas en muchos lados, ha
resultado en mayores resistencias a tierra de sistemas de electrodos que las de
diseño
Ouando la resistencia a tierra no es lo suficientemente baja, hay algunos
métodos para bajarla
En el punto 8 6 anterior, hemos visto que el utilizar varillas más largas y, el
uso de muchas varillas en paralelo, baja la resistencia a tierra, pero, cuando lo
anterior ya no es posible, se tiene que mejorar el terreno mismo mediante
productos químicos Pero, tiene el inconveniente de ser una solución costosa y
que bajo ciertas circunstancias se requiere de mantenimiento
El problema de lograr una resistencia baja en la roca así como en otros suelos
de alta resistividad, está asociada con el material en contacto con el electrodo
y la compactación que éste recibe al rellenar el agujero
El relleno ideal debe compactarse fácilmente, ser no corrosivo y a la vez buen
conductor eléctrico La bentonita entre otros compuestos como el sulfato de
magnesio o de sulfato de cobre, o de compuestos químicos patentados (El
peruano THOR GEL, el GEM de Erico, el GAP de Alta Oonductividad 000
S A , GRAF de IPEOSA, Oero-Ohm, Inte-France, etc ) cumple con esos
requisitos
En la figura, un método utilizado en sudamérica
La bentonita es una arcilla consistente en el mineral montmorillonita , un
silicato de aluminio, y tiene la particularidad de absorber hasta cinco veces su
peso de agua y de hincharse hasta º3 veces su volumen seco [ º] Y tiene una
resistividad de 5 ohm-m con humedad del 300%
Aparte del relleno con alguno de los compuestos mencionados, existen otros
métodos químicos más En el primero, es el uso de un electrodo hueco relleno
de una sustancia química que se diluirá con el tiempo en el terreno adyacente
Ver dibujo
Este método es efectivo donde hay poco espacio como en banquetas o
estacionamientos, pero es fácilmente demostrable que la resistencia a tierra
obtenida, puede ser fácilmente obtenida de una manera más económica con
electrodos múltiples
El otro método es excavar una zanja alrededor de la varilla y llenarla con unos
0 o 0 kg de los compuestos químicos mencionados arriba, diluyendo con
agua
La primera carga dura unos o 3 años y, las posteriores aún más, por lo que el
mantenimiento es menos frecuente con el tiempo
Por último, se puede utilizar uno de los cementos puzolánicos de tipo grafítico
conductores ( º0º, Oonducrete, San-Earth, etc ) de la siguiente
manera: se cubre el cable del electrodo [/0 AWG] colocado horizontalmente
en una zanja de unos 60 a 75 cm de profundidad, con una capa de cemento
seco de unos 5 cm de grueso y 50 a 60 cm de ancho Oon el tiempo, el
cemento toma la humedad del suelo y endurece Este método desarrollado en
Japón en los 70s, tiene la ventaja que no requiere mantenimiento, es
antirrobo, y por el tipo de material, no se corroen los cables con el tiempo Y,
se adapta perfectamente a los lugares donde la capa superficial es poco
profunda y de alta resistividad La resistencia a tierra promedio se puede
calcular utilizando la página: www sankosha-usa com/calc asp, o con el
formulario
El perforar y usar explosivos para hacer grietas en suelos rocosos, como se
utiliza para cimentar las torres de líneas de transmisión, se ha utilizado en
Ohina para mejorar la resistividad de un terreno de alta resistividad, utilizando
un material de baja resistividad para rellenar las grietas [8 6]
Oomo resultado del mejoramiento del terreno se observa en las mediciones
que la variación estacional de la resistencia de un electrodo es mucho menor a
la que pudiera obtenerse en un terreno natural no mejorado
w.9 CONECTORES
Los conectores de conductores de puesta a tierra con los electrodos pueden ser
del tipo de soldadura exotérmica, conectores a presión, abrazaderas u otros
medios aprobados [º 3](50-ºº5) Y no deben tener soldaduras con materiales
de puntos de baja fusión (estaño, plomo, etc ) para evitar falsos contactos, ya
que pierde características de seguridad la malla, si se llegara a abrir
En nuestro país, se prefieren las conexiones exotérmicas [De marcas:
Oadweld, Thermoweld, Ultraweld o Mexweld] para redes de tierras de
subestaciones de alta potencia y para las redes utilizadas en sistemas de
comunicaciones y cómputo
La aplicación de la soldadura exotérmica a cables se la debemos al Dr
Oharles Oadweld quien trabajaba como consultor para la compañía |Y , conocida hoy por sus iniciales como |Y,
y fue usada originalmente para unir los cables de señal a los rieles de
ferrocarriles La compañía |Y patentó el proceso y le llamó en
honor al doctor
Para fabricar una conexión exotérmica no es necesaria una fuente de energía
externa Al encender una chispa sobre el polvo ignitor, se inicia una reacción
química, donde el óxido de cobre es reducido por el metal aluminio,
produciendo cobre fundido a unos º00 O y escoria de aluminio Este cobre
fluye sobre los conductores soldándolos en la forma del molde de grafito,
obteniendo una unión metálica sólida en unos 0 segundos La mezcla
adecuada de metal y polvo ignitor (llamada "carga") depende del tamaño de la
cavidad del molde, la que los fabricantes han codificado por números que
representan el peso de la mezcla: 3, 5, 65, 0, ºº5, º50, 00, 50 y 500 Es
importante notar que una buena unión depende del ajuste del molde a los
conductores, ya que hay que tomar en cuenta que los moldes de grafito en uso
normal se van desgastando y solamente sirven para máximo unas 50
soldaduras
Los conectores a presión a usarse en sistemas de puesta a tierra deben ser
adecuados para el número y tipo de conductores Además, deben de ser
compatibles con los materiales de los conductores y los electrodos de puesta a
tierra, y cuando se usen enterrados, deben ser del tipo apropiado [º 3](50ºº5) con la leyenda |Y w.º0 REGISTROS
La sección [º 3](50-ºº7) dice textualmente que "las abrazaderas u otros
accesorios para puesta a tierra, deben estar aprobados para su uso general sin
protección, o protegerse contra daño físico con una cubierta protectora ", y
la Sección 50-ºº menciona que la conexión debe ser accesible, siempre que
no esté en un electrodo hundido, empotrado o enterrado
Pero en el caso de las subestaciones, la misma norma especifica que deben
hacerse mediciones periódicas en los registros para comprobar que los valores
del sistema de tierras se ajustan a los valores de diseño Por ello, se
recomienda dejar registros en los electrodos de varilla
Ouando se coloquen registros, se recomienda que sean al menos de º50 mm
de diámetro para hacer cualquier maniobra y, que tengan tapa
Aparte de los registros de fábrica, hechos de polietileno, que son de utilidad
en zona de tránsito de persona donde el voltaje de paso es muy elevado,
se pueden construir esos registros empleando un tubo de albañal, lo que es
mejor para la conductividad, con la boca hacia arriba para que sirva de tope a
una tapa de cemento
Es importante notar que dentro de los registros, la conexión a los electrodos se
realiza con conectores del tipo mecánico
w.ºº CONDUCTORES DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA
El conductor del electrodo de puesta a tierra sin ningún empalme (Exc
empalmes irreversibles (50-8º Exc º) puede llevarse a cualquiera de los
electrodos disponibles del sistema de puesta a tierra y es dimensionado según
el mayor calibre requerido para todos los electrodos disponibles de acuerdo
con la tabla 50- de la NOM [º 3] Excepto en el caso de un único electrodo
del tipo varilla, o del tipo Ufer, donde se permite que el conductor del
electrodo no sea mayor de calibre 6 AWG en cobre (50 - Exc a y b) [º 3]
Este conductor, si es de calibre AWG o mayor, no requiere de protección,
excepto en casos donde esté expuesto a daño físico severo En caso de ser
calibre 6 AWG debe fijarse a la construcción o, debe correr por un tubo
conduit Y, los calibres menores, deben correr siempre por tuberías conduit
En el caso de las tuberías conduit, éstas deben ser eléctricamente continuas;
esto es, deben estar conectadas a tierra en ambos extremos Inclusive las que
cubren el cable de puesta a tierra de las acometidas residenciales
Estos cables no deben ser de aluminio o de cobre con aluminio porque se
corroen cuando están en en contacto con la tierra o con el cemento Por ello, la
norma mexicana de Instalaciones eléctricas sólo permite el uso de aluminio
como conductor desde una altura mínima de 50 mm sobre el terreno natural
[º 3] (50-a)
w.º2 EJEMPLOS DE LISTADOS DE MATERIALES PARA PUESTA A
TIERRA.
a) Malla para subestación de potencia.
º50
º
º
º
º
º6
6
º
Oable de cobre temple suave de º hilos, calibre /0 AWG Marca Oonductores
Monterrey Viakon
Varilla electrodo de puesta a tierra de tipo Oopperweld de 5/8" de diámetro, y 3 m de
Pza
longitud Oon 0 0º0" de revestimiento
m
Molde para conector exotérmico en "X" de cable de paso calibre /0 AWG a cable de
paso calibre /0 AWG, marca Oadweld modelo XBM-
Molde para conector exotérmico en "T" de cable de paso calibre /0 AWG a cable de
Pza
derivación a tope calibre /0 AWG, marca Oadweld modelo XAO-
Molde para conector exotérmico de cable de paso calibre /0 AWG a varilla electrodo de
Pza
5/8", marca Oadweld modelo GTO-º6
Pza Oonector mecánico para cable /0 de paso a varilla 5/8", marca Burndy modelo GAR6
Pza Oarga para soldadura exotérmica marca Oadweld modelo 50
Pza
Pza Oarga para soldadura exotérmica marca Oadweld modelo 00
Pza Oarga para soldadura exotérmica marca Oadweld modelo ºº5
Registro de PVO de º0" de diámetro y " de profundidad Tapa de acero Marca Harger
Pza
Modelo 36PBS
2. Puesta a Tierra de Equipos Eléctricos
Y Los sistemas de puesta a tierra de equipos, por su importancia como medio de
protección
están
muy
normalizados
a
nivel
mundial
En nuestro país, la norma vigente de Instalaciones Eléctricas, NOM-00º-SEDE-º
[º 3], contiene los requisitos mínimos de seguridad desde el punto de vista de la
conducción de corrientes de falla
En los siguientes puntos se establecerá lo más importante de dicha norma al respecto
2.º EQUIPOS Y CANALIZACIONES QUE DEBEN ESTAR PUESTOS A
TIERRA.
º º Oanalizaciones Metálicas
Deben estar aterrizadas, en general, todas las canalizaciones metálicas
º Equipo Fijo en General {50-}
Bajo cualquiera de las siguientes condiciones, las partes metálicas que no conduzcan
electricidad y que estén expuestas y puedan quedar energizadas, serán puestas a tierra:
a c Donde el equipo está localizado a una altura menor a m, y a º 5 m
horizontalmente de objetos aterrizados y al alcance de una persona que puede
hacer contacto con alguna superficie u objeto aterrizado
b c Si el equipo está en un lugar húmedo y no está aislado, o está en contacto con
partes metálicas
c c Si el equipo está en un lugar peligroso o, donde el equipo eléctrico es alimentado
por cables con cubierta metálica
d c Si el equipo opera con alguna terminal a más de º50 V a tierra, excepto en:
º c Oubiertas de Interruptores automáticos que no sean el interruptor principal y, que
sean accesibles a personas calificadas únicamente {50- Exc º }
c Estructuras metálicas de aparatos calentadores, exentos mediante permiso
especial y si están permanentemente y efectivamente aisladas de tierra {50-
Exc }
3 c Oarcazas de transformadores y capacitores de distribución montados en postes de
madera a una altura mayor de m sobre nivel del piso {50- Exc 3}
c Equipos protegidos por doble aislamiento y marcados de esa manera {50-
Exc }
º 3 Equipo Fijo Específico {50-3}
Todas las partes metálicas no conductoras de corriente de las siguientes clases de
equipos, no importando voltajes, deben ser puestas a tierra, mediante los conductores
calculados según la Tabla 50-5 de la NOM [º 3]
a c Armazones de Motores como se especifica en la NOM [º 3]{30-º}
b c Gabinetes de controles de motores, excepto los que van unidos a equipos
portátiles no aterrizados
c c Equipos eléctricos de elevadores y grúas
d c Equipos eléctricos en talleres mecánicos automotrices, teatros, y estudios de
cine, excepto luminarios colgantes en circuitos de no más de º50 Volts a tierra
e c Equipos de Proyección de cine
f c Anuncios luminosos y equipos asociados
g c Generador y motores en órganos eléctricos
h c Armazones de tableros de distribución y estructuras de soporte, exceptuando las
estructuras de tableros de corriente directa aislados efectivamente
i c Equipo alimentado por circuitos de control remoto de clase º, y 3 y circuitos
de sistemas contra incendios cuando la NOM [º 3] en la parte B del Articulo 50
requiera su aterrizado
j c Luminarios conforme a la NOM [º 3] en sus secciones º0-º7 a º0-º
k c Bombas de agua, incluyendo las de motor submergible
l c Oapacitores [º 3]{60-º0}
m c Ademes metálicos de pozos con bomba submergible
º Equipos No Eléctricos {50-}
Las siguientes partes metálicas de equipos no eléctricos serán puestas a tierra:
a c Estructuras y vías de grúas operadas eléctricamente
b c La estructura metálica de elevadores movidos no eléctricamente, a las que están
sujetos conductores eléctricos
c c Los cables de acero de los elevadores eléctricos
d c Partes metálicas de subestaciones de voltajes de mas de º kV entre conductores
e c Oasas móviles y vehículos de recreo {550 y 55º}
º 5 Equipos Oonectados por cordón y clavija {50-5}
Exceptuando los aparatos doble aislados o, conectados mediante un transformador de
aislamiento con secundario a no más de 50 Volts todas las partes metálicas que puedan
llegar a estar energizadas de equipos conectados mediante cordón, deben ser puestas a
tierra en:
a c En lugares clasificados peligrosos {500-5º7}
b c Ouando operan esos equipos a más de º50 V a tierra
c c En casas habitación:
º c refrigeradores, congeladores y, aires acondicionados
c lavadoras de ropa, secadoras, lavaplatos, y equipos eléctricos de acuarios
3 c herramientas manuales eléctricas y,
c lámparas portátiles de mano
d En otros lugares, no residenciales,
º c refrigeradores, congeladores, y aire acondicionados;
c lavadoras, secadoras y maquinas lavaplatos, computadoras, y equipos eléctricos
de acuarios;
3 c herramientas manuales portátiles
c Los aparatos motorizados como: podadoras y limpiadoras de pisos
5 c Herramientas que se usen en ambientes húmedos o mojados o por personas que
trabajan dentro de tanques metálicos; y,
6 c lámparas portátiles de mano
º 6 Instalaciones Provisionales
Los requisitos mencionados arriba también deben cumplirse para todas las instalaciones
provisionales
{305-5}
º 7 Líneas
Se debe poner a tierra toda cerca metálica que se cruce con líneas suministradoras, a uno
y otro lado del cruce, a una distancia sobre el eje de la cerca no mayor a 5 m {º-}
Las estructuras metálicas, incluyendo postes de alumbrado, las canalizaciones metálicas,
los marcos, tanques y soportes del equipo de líneas, {-b}
2.2 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS CONECTADOS MEDIANTE CORDÓN.
Las partes metálicas de equipos conectados mediante cordón y que deben estar
aterrizadas, se conectan de una de las siguientes maneras:
º c Por medio de un contacto "polarizado"
c Por medio de una conexión fija del cordón a un conductor de puesta a tierra
3 c Por medio de un cable o trenza conductora, aislada o desnuda, protegida contra
daño mecánico
2.3 PARTES METÁLICAS
ATERRIZADAS.
DE
EQUIPOS
FIJOS
CONSIDERADAS
Se consideran aterrizados satisfactoriamente los equipos fijos, como cajas, gabinetes y
conectores, cuando:
º c Están metálicamente conectados a una pantalla aterrizada de un cable o, a un
gabinete aterrizado
c Están aterrizados mediante un cable desnudo o de color verde que está bien
conectado a tierra
3 c El equipo en corriente directa está en contacto directo con la estructura
aterrizada metálica de un edificio
2.4 CONTINUIDAD ELÉCTRICA DEL CIRCUITO DE TIERRA
La continuidad eléctrica de los equipos debe asegurarse por alguno de los siguientes
métodos:
º c Puente de unión al conductor de tierra de acuerdo con la NOM [º 3]{50-7}
c Mediante conexiones roscadas en tubería rígida y eléctrica (EMT)3 c Mediante conectores no roscados que se usan como accesorios de la tubería
rígida y la eléctrica (EMT)
Mediante puentes de unión a gabinetes
2.5 CIRCUITOS QUE NO SE DEBEN ATERRIZAR.
º c Los circuitos de grúas eléctricas operando en lugares con presencia de fibras
combustibles {383}
c Oircuitos aislados propios de quirófanos de hospitales {5º7}
2.6 CALIBRE DEL CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA DE LOS EQUIPOS
ELECTRICOS.
De acuerdo con la NOM-00º-SEDE-º en su sección {50-5} Tamaño nominal de
los conductores de puesta a tierra de equipo, el tamaño nominal de los conductores
de puesta a tierra de equipo, de cobre o aluminio, no debe ser inferior a lo especificado
en la Tabla 50-5 siguiente
Ouando haya conductores en paralelo en varias canalizaciones o cables, como se
permite en {3º0-}, el conductor de puesta a tierra de equipo, cuando exista, debe estar
instalado en paralelo Oada conductor de puesta a tierra de equipo instalado en paralelo
debe tener un tamaño nominal seleccionado sobre la base de la corriente eléctrica
nominal del dispositivo de protección contra sobrecorriente que proteja los conductores
del circuito en la canalización o cable, según la Tabla 50-5
NOM-00º-SEDE-º999 Tabla 250-95. Tamaño nominal mínimo de los conductores de
tierra para canalizaciones y equipos
ccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc c c c ccc cc ( c cc c cc c c c
cc c ccc c ) c *c
!"
%
%
%
%
!%%
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%%
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"%%
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!%&c $%
!&c"%
!&&c"%
%&c %%
% c%%
% c%%
%"&c#%%
%#c!%%
%#c!%%
Nota: Para poder conducir la corriente de falla a tierra los conductores de tierra de los
equipos podrían ser de mayor tamaño que lo especificado en esta Tabla {50-5º}
2.7 CONSIDERACIONES PARA UN BUEN DISEÑO DE SISTEMA DE PUESTA
A TIERRA DE EQUIPOS ELÉCTRICOS.
Un sistema de puesta a tierra bien diseñado, considera:
º c Emplear las tuberías metálicas roscadas como conductores de puesta a tierra
c Usar los interruptores automáticos con detector de falla a tierra en las cocheras,
cocinas, y obras en construcción {º0-8}, {º5-} y {305-6}
3 c Oolocar el conductor de puesta a tierra de equipos junto con los cables de líneas
y del neutro del mismo circuito, por dentro de la misma canalización metálica
c ue no obstante se corran cables en paralelo por diferentes canalizaciones, el
calibre de todos los cables de puesta a tierra se calcule únicamente con el valor
de la protección
3. Puesta a Tierra de Equipos Electrónicos y de Comunicaciones
Ô En los siguientes párrafos, se utiliza el frase "equipo electrónico" como
sinónimo de aquel aparato que contiene circuitos integrados de alta densidad,
conocidos como Y Oomo ejemplos de ellos, tenemos a nivel doméstico y
comercial: computadoras, sistemas de entretenimiento y, sistemas de
comunicaciones A nivel industrial: computadoras, a , sistemas de control
y de comunicaciones
Por lo tanto, la frase "equipo electrónico" puede ser sustituida por cualquier de
dichos aparatos
3.º TRANSITORIOS E INTERFERENCIAS [3 ]
Los equipos electrónicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan
transitorios o interferencias
Transitorios - La causa mayor de fallas de los componentes electrónicos de
los puertos de interconexión de datos, y los de control en bajo voltaje, es el
sobre-esfuerzo eléctrico que usualmente se origina en los transitorios
causados por: (º) las descargas atmosféricas; () por las maniobras de
interrupción de cargas inductivas, o; (3) por descargas electrostáticas Este
sobre-esfuerzo es causado por voltajes de una magnitud de decenas de volts a
varios miles de volts y, con duración de unas decenas de nanosegundos a unas
centenas de microsegundos Los que se conocen normalmente como "picos"
de voltaje"
Ningún cable enterrado, ni siquiera de potencia, es inmune a los transitorios
provocados por los rayos
Los transitorios se eliminan mediante componentes conectados a la tierra del
sistema. Ver: 3 3 PROTEOTORES DE OABLES DE INSTRUMENTAOIÓN
Y DE OOMUNIOAOIONES
Las corrientes provocadas por las descargas atmosféricas prefieren viajar por
conductores metálicos más que por la simple tierra, porque representan un
camino de menor impedancia Ésto destruye el aislamiento Además, los rayos
también causan una diferencia de potencial entre el blindaje y los conductores
internos [3 ] que puede destruir componentes electrónicos en la
interconexión, ya que los cables y sus circuitos de conexión deben soportar los
voltajes máximos que se puedan obtener entre los extremos de los cables
Ouando es muy grave el problema debido a estar interconectando los cables
dos sistemas de tierra diferentes, como en el caso de un sistema de control
distribuido, los conductores se prefieren del tipo de fibra óptica Otra solución
utilizada es el interconectar los distintos sistemas de tierra de una industria o
edificio mediante conexiones a una red de tierra perimetral adicional, para
lograr el mismo potencial a tierra en cualquier lado
Interferencia causada por armónicas.- Las armónicas se generan en fuentes
de poder de tipo conmutada de computadoras, y en los variadores de
frecuencia [3 ] entre otros lugares Su efecto en los equipos electrónicos se
mitiga incrementando calibres de conductores, cambiando el diseño y
configuración del transformador de alimentación y, usando filtros activos Los
filtros pasivos compuestos de capacitores e inductores no son generalmente
efectivos (excepto como protección de bancos de capacitores) porque la
frecuencia de corte del filtro tiene que ser muy cercana a la fundamental, lo
que es prácticamente imposible de diseñar en un filtro de este tip o [3 3]
Interferencia en radiofrecuencia.- La interferencia por radiofrecuencia, RFI
por sus siglas en inglés, es causada principalmente por transmisiones radiales
Sin embargo, este tipo de interferencia también es producida por los
componentes electrónicos trabajando a altas frecuencias En los equipos
electrónicos su efecto se minimiza con un buen blindaje en cables y en los
mismos equipos Aunque, la mejor manera de acabar con la RFI es blindar el
ruido directamente en su fuente Los blindajes mencionados para ser efectivos
se deben conectar a la tierra del sistema Ver: 3 OABLES, PANTALLAS
Y OANALIZAOIONES
Interferencia electromagnética - Este tipo de interferencia, conocido por sus
siglas en inglés EMI, es ruido eléctrico que se convierte en un voltaje en un
sistema eléctrico Sus fuentes son las mismas que generan la interferencia en
radiofrecuencia
Este tipo de interferencia en los equipos electrónicos se corrige conectando
todo a una única puesta a tierra del sistema
En resumen, los efectos en los equipos electrónicos de los transitorios y de
gran parte de los tipos de interferencias se eliminan mediante la conexión
adecuada de los componentes a una referencia de tierra
3.2 CABLES, PANTALLAS Y CANALIZACIONES [3 ]
Los blindajes de cables usualmente son de metal sólido o una película plástica
metalizada con un alambre guía Para que sea efectiva la protección de los
cables internos contra los tipos de interferencias mencionados arriba, el
blindaje debe cubrir los conductores, ser continuo entre los extremos y debe
estar bien aterrizado
Todos los cables blindados provocan un problema contradictorio Para
mejorar su desempeño para bloquear la interferencia en altas frecuencias,
ambos extremos del blindaje deberían estar bien aterrizados Sin embargo, a
menos que ambos extremos estén al mismo potencial, fluir á una pequeña
corriente a través del blindaje entre esos puntos De ahí que, en la práctica, las
pantallas en sistemas electrónicos son conectadas únicamente en el extremo
más cercano al equipo de control, y se dejan completas y aisladas en el otro
extremo, normalmente el lado del sensor
Similarmente una canalización metálica con cables que conduzcan señales
lógicas o de control se puede aislar en un extremo para evitar el fenómeno de
corrientes de tierra circulando por ella Para ello, se emplea un cople de PVO
y, obviamente, el otro extremo continúa puesto a tierra de acuerdo con los
requisitos de la NOM-00º-SEDE-005[º 3]{50-}
Para eliminar la mayoría de los problemas por ruido eléctrico inducido en los
cables de señal y de control, se recomienda colocarlos a más de º,5 m de los
cables de alta tensión o de gran potencia Y cuando es necesario cruzarlos, se
recomienda que el cruce sea a 0 grados para eliminar cualquier inducción
En el caso de las canalizaciones plásticas segmentadas - canaletas tipo
- que son para llevar fuerza y señal a computadoras, es necesario
conocer las condiciones bajo las cuales la canalización está aprobada, ya que
no todas las que existen en el mercado evitan que el ruido eléctrico de los
cables de fuerza cause una reducción en la velocidad de transmisión de datos
3.3 PROTECTORES DE CABLES DE INSTRUMENTACIÓN Y DE
COMUNICACIONES.
Para controlar las descargas y los fenómenos transitorios, se añ aden
dispositivos de protección a los cables que conectan entre sí los equipos de
computación, instrumentación y de comunicaciones
Estos dispositivos desvían la corriente, bloquean la energía que viaja por los
conductores, filtran ciertas frecuencias, regulan voltajes o, realizan una
combinación de todas estas tareas
Los protectores funcionan mejor, siempre y cuando se coloquen muy
cercanamente al sistema a proteger, ya así que tanto los protectores como el
equipo protegido permanecen al mismo potencial bajo condiciones de
transitorios
Oomo familias de protectores tenemos:
a) Válvulas de gas;
b) Filtros; y
c) Semiconductores
º VÁLVULAS DE GAS
Estos dispositivos se construyen de tal manera que la trayectoria de la
descarga sea de baja impedancia una vez que se sobrepase el nivel máximo de
voltaje Oomo ejemplo tenemos las válvulas de gas, como son las lámparas de
neón
Esta es la clase de protección más lenta pero la que pu ede manejar más
energía al menor costo
Los protectores telefónicos son de esta clase
FILTROS
Los filtros comunes contienen elementos pasivos, capacitores e inductores, en
configuración pasa-baja
Muchos equipos de comunicaciones (faxes, modems, etc ) tienen este tipo de
protección en la conexión de potencia, en forma de una ferrita Y, con ella
protegen el aparato de ruido eléctrico de alta frecuencia
3 SEMIOONDUOTORES
Los dispositivos semiconductores son los arreglos más sofisticados Son más
rápidos y baratos pero generalmente manejan menos energía que otras
alternativas de igual precio Y debido a su rango limitado de operación y
características, estos dispositivos deben especificarse más precisamente Nota:
Existen dispositivos electrónicos para proteger por corriente o por voltaje
Las resistencias no lineales compuestas de óxidos de zinc en una matriz de
óxido de bismuto, llamados varistores, funcionan por voltaje y se
manufacturan para manejar un máximo de energía en joules o en watt segundos El dispositivo se selecciona para operar a un voltaje ligeramente
mayor que el máximo esperado de la fuente de voltaje Oada varistor de óxido
metálico tiene una capacitancia inherente, lo cual crea algunos problemas en
señales de altas frecuencias (>º35 MHz) Además, un varistor se degrada con
el tiempo en operación
La protección con varistores es la más empleada actualmente, tanto en las
conexiones de fuerza como en las d e los puertos de comunicaciones Su
desventaja es que cuando se dañan por una descarga, los equipos quedan
desprotegidos porque fallan siempre abriendo el circuito de descarga
Los diodos de tipo zener o, avalancha son dispositivos más rápidos que los
varistores pero no pueden manejar tanta energía como los últimos Y, ya que
no pueden disipar energía, se les usa en ocasiones junto con válvulas con gas,
donde el diodo dispara primero y la gran energía se disipa en la válvula de
gas
El circuito de un zener consiste de una resistencia o inductancia en serie y el
zener conectado en derivación con la carga Si el rango del zener no es
excedido, este dispositivo no se degrada con el tiempo Sin embargo, debido a
su limitada capacidad de corriente, un zener sin otro medio de protección se
daña irremediablemente
La efectividad de estos dispositivos depende de la longitud de la conexión a
tierra (al chasís) La más corta es la mejor Además, se debe tener precaución
en no unir los cables de entrada junto a los de salida del protector, por existir
la posibilidad de un acoplamiento inductivo entre ellos
Modos de protección.El modo de protección depende de la conexión al circuito a proteger
Unidades de protección de "modo diferencial" se conectan entre líneas y, los
de "modo común", entre los hilos de señal y tierra
Oomo mínimo, un protector en "modo común" se debe colocar en cada
extremo del conductor
Para cancelar el ruido inducido en "modo diferencial" en líneas de
instrumentación como en redes de comunicaciones se usan pares trenzados
Así, el ruido se induce igualmente en ambos conductores cancelando el
efecto
Oomo los transitorios también son una forma de ruido, también se inducen en
los conductores Oables multiconductores acoplan la energía del transitorio a
todos los pares de conductores del cable Y como la energía inducida es la
misma, siendo un par o muchos, se disipa más energía en un arreglo
multiconductor
Ouando existen más de 6 pares, se emplean protectores conectados en
derivación y, cuando son menos, en serie, por ser mayor la energía presente
por par Los protectores en serie consisten de filtros como también de
supresores en derivación
Todos los pares que no se usen de un cable multiconductor deben ser
conectados a tierra y así, la energía inducida en ellos, pasará directamente a
tierra
Ejemplo de aplicación de Protectores: PLC.Para proteger Oontroladores Lógicos Programables (PLOs por sus siglas en
inglés), la protección estándar dada por varistores en derivación es suficiente
Siempre y cuando no existan cables con señales que provengan de lugares
fuera del sistema de tierras al que está conectado el PLO
Ouando se tienen señales provenientes de fuera del sistema de puesta a tierra
del PLO, se emplean protectores con aislamiento galvánico Dichos
protectores aíslan eléctricamente la señal que no tiene la misma referencia de
tierra
Debido a los requisitos de la puesta a tierra de los equipos eléctricos y debido
a la presencia de tuberías metálicas en una planta industrial, es imposible
aislar galvánicamente todas las trayectorias de tierra, y ésto puede crear lazos
de corriente en equipos electrónicos con resultados nefastos Si éste es el caso,
es probable que uniendo las redes de tierras por medio de una red perimetral,
y empleando protectores sin separación galvánica, y dejando la pantalla sin
conectar en un extremo, se resuelva el problema La otra solución, es por el
momento, la que sugieren los fabricantes de equipos de controles distribuidos
y comunicaciones: emplear cables de fibra óptica del tipo sin pantalla
metálica
3.4 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS. [3 8]
Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electrónicos Estos son:
a)
El
El
esquema
b)
c)
Esquema
de
d) Esquema de malla de referencia
de
tierra
convencional
tierra
aislada
aislada
total
º ESUEMA OONVENOIONAL
El esquema convencional utiliza únicamente las recomendaciones de puesta a
tierra de la NOM [º 3]{50-} pero no incluye el uso de los contactos de tierra
aislada de la sección {50-7 Excepción }
Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de POs donde únicamente
existe alumbrado y algún otro equipo eléctrico, tal como en los pequeños
comercios o en las viviendas Pero, no es recomendado para las instalaciones
comerciales, educativas o industriales, porque:
a) Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierras
b) Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento
c) No es compatible con las recomendaciones de puesta a tierra de la
mayoría
de
los
fabricantes
de
equipos
electrónicos
d) El alambrado puede resultar obsoleto cuando se cambien las tarjetas
y equipos por otros de una tecnología de mayor velocidad
ESUEMA DE TIERRA AISLADA
Documento en inglés sobre Tierras Aisladas por Liebert Oorporation
Traducción al español
Este esquema es el más socorrido en la industria, y por la mayoría de los
proveedores de equipos electrónicos, porque reduce el ruido de modo común,
y está descrito en la NOM [º 3]{50-7 Excepción } En él, la puesta a tierra
del equipo es separada de la puesta a tierra de las canalizaciones, así cualquier
corriente espúrea no afecta a los equipos así conectados
El ruido de modo común es toda señal no deseada que aparece en todos los
conductores de señal al mismo tiempo con respecto a la tierra
El tipo de receptáculo (contacto) para este esquema es diferente, y, tiene un
triángulo de color naranja pintado en la placa para diferenciarlo de los
receptáculos normales
La frase "tierra aislada" ha sido interpretada equivocadamente como de una
tierra separada,
provocando en caso de falla precisamente un voltaje a tierra inseguro para las
personas y para los equipos
En esta configuración se tiene una conexión a tierra relativamente libre de
ruido e interferencia para la referencia lógica de los aparatos y, es
complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras
de potencia Pero, tiene las siguientes limitaciones:
a) En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra puede ser
demasiado alta para servir de buena conexión
b) El acoplamiento no intencional de los dos sistemas de tierras (aislado
y de puesta a tierra de las canalizaciones) dentro de los aparatos o en
sus conexiones a cables blindados, puede causar lazos de corriente,
resultando en ruidos electrónicos que inutilizan el sistema aislado Un
ejemplo de ese caso, es cuando la impresora está conectada al sistema
de tierra normal, y la computadora al sistema de tierra aislado
3 ESUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL
Este esquema consiste en conectar todas las computadoras, los aparatos e
instrumentos a tierra usando una configuración de estrella a partir de un solo
punto físico, el cual es un cabezal o placa de conexión -Existen fabricantes de
ellas-, el o la cual a su vez está conectada mediante un conductor apropiado a
la red general de tierras, de acuerdo con la norma NOM -00º-SEDE-005
[º 3]
Esta configuración es utilizada en los transmisores de comunicaciones
(radiodifusión, sitios celulares, etc ), donde es posible tener un mismo punto
de puesta a tierra para todos los equipos y para todas las pantallas de los
cables
Sin embargo, también tiene sus limitaciones:
a) Esta configuración puede ser difícil de crear en un ambiente
industrial
b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra
o, se pueden tener lazos de corrientes
c) Puede tener una impedancia en alta frec uencia muy alta, que en
términos prácticos, la puesta a tierra sea ineficaz Este problema es
posible que no se tenga en la mayoría de equipos industriales, porque
no emplean muy altas frecuencias
ESUEMA DE MALLA DE REFERENOIA
La figura muestra esta configuración para una sala o centro de cómputo, con
piso falso de tipo celular Observar que adicionalmente a la estrella
mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metálicas estructurales
se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano
de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias
En el mercado se conoce dicha malla como |! " |"y la
comercializa la compañía entre otras
Sus limitantes son:
a) Muchos fabricantes de equipos electrónicos industriales no están de
acuerdo con su empleo
b) En ambientes industriales, es difícil su implementación
Consideraciones finales.No importa cual de los tres últimos métodos se emplee para la puesta a tierra
de los equipos electrónicos, la trayectoria de los cables es crucial Siempre
conecte a tierra cada aparato por separado
Los equipos en deben conectarse a tierra mediante cables, no obstante se
supondría que los perfiles del los pondrían a tierra, lo que no siempre es
real porque existen problemas de pintura y de montaje Este cable es mejor
que sea forrado y de color verde para que no cortocircuite otros cables
El aterrizado de blindajes y el de cables de señal también deben ser parte
integral del diseño de sistemas de tierras
3.5 DIAGRAMAS DE CONEXIONES
TELECOMUNICACIONES.
DE
SISTEMAS
Nota: Tema elaborado con datos tomados de $ [3 º]
DE
#
Desde tiempo de las en telecomunicaciones
siempre se ha recomendado un sistema de puesta a tierra distinto aunque
unido al sistema de puesta a tierra de fuerza Esas prácticas recomendadas
evolucionaron a los " |% "|y a los estándares
americanos ANSI de serie Tº
Posteriormente, la &
Y p &Yp presentó su
documento TIA/EIA 607-º, '
" (|% ! &
()que se convirtió en 00 en
el estándar americano paY*+&+,-+p'
" |% ! &
) [3 º3], de
donde está sacada la siguiente imagen
Fuente: http://ecmweb com:80/images/707ecmIPfigº jpg
Nota: TMGB = Barra maestra de puesta a tierra de telecomunicaciones; TGB = Barra de
puesta a tierra de telecomunicaciones
Se observa que este sistema de puesta a tierra es suplementario de acuerdo con
la NOM-00º-SEDE-005, y que como ventaja tiene conexiones redundantes y
más cortas que el sistema de puesta a tierra de fuerza, lo que ayuda a evitar
daños por diferencias de potencial por el conductor de puesta a tierra en caso
de descargas atmosféricas y de cortocircuitos importantes en las líneas de
alimentación eléctricas
3.6 DIAGRAMAS DE CONEXIÓN ELÉCTRICA A SISTEMAS DE
COMPUTADORAS
En el Oonsejo de la Industria de Tecnologías de Información, antes $p
se elaboró el documento que se utiliza mu chísimo en los Estados Unidos
como guía para poner a tierra los equipos de procesamiento de datos:
" ! " Y ! & % Y& ( Hasta
hace años se usaba con ese fin un documento publicado el º de septiembre de
º83 por el Departamento de Oomercio de los EUA denominado " ! p Y , también conocido como Y ! Y . pero fue retirado por obsoleto
con fecha de julio de º7
El estándar nacional americano (ANSI) de puesta a tierra de equipos
electrónicos es actualmente el Y
(,,+ Y
|
! " % [3 8], de donde
tomamos algunas de las figuras siguientes que muestran casos resueltos de
conexión a tierra de sistemas de computadoras, utilizando las normas vigentes
[º 3], [º ]
3 6 º OON TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO Y REOEPTÁOULOS
DEL TIPO TIERRA AISLADA (IG)
La mejor solución para la puesta a tierra de un centro de cómputo es
utilizando transformadores de aislamiento dentro del mismo local Oon ello,
los cables de puesta a tierra tendrán una longitud pequeña y el neutro en los
receptáculos tendrá una diferencia de potencial muy pequeña a tierra
Ejemplo 3.6.º.º.- Sin tablero de distribución (centro de cargas).
Ejemplo 3.6.º.2.- Con tablero de distribución (centro de cargas). Observar
la barra aislada de tierra en el tablero
3 6 ESUEMA DEL TIERRA AISLADA TOTAL UTILIZANDO UN
TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO
Ejemplo 3.6.2.º.-
3 6 3 OON TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO Y EUIPOS DE
AIRE AOONDIOIONADO
El diagrama muestra el caso de equipos de procesamiento de datos (ADP en
inglés) conectados en el mismo panel con unidades de aire acondicionado El
resultado es desastroso para el buen funcionamiento de los equipos de datos
La solución es utilizar un transformador de aislamiento con puesta a tierra
local Lo que la NOM menciona como sistema derivado
La conexión a tierra de dicho sistema derivado puede hacerse totalmente por
separado del sistema de tierra de la acometida, de dos maneras, tal como se
muestra en los dos dibujos siguientes
3 6 OON OONEXIÓN A SISTEMA DE ENERGÍA ININTERRUMPIBLE
(UPS)
3.7 RECOMENDACIONES FINALES
Las máquinas electrónicas sofisticadas sean computadoras o máquinas de
proceso, pueden ser protegidas con las siguientes medidas:
º c Uso de circuitos totalmente dedicados, a través de un transformador de
aislamiento, o, de un circuito totalmente independiente desde la
acometida
c Oolocar en cascada supresores de picos, para eliminar ruidos eléctricos
3 c Separar físicamente las máquinas de las fuentes de ruido como son las
soldadoras por arco, las máquinas de electroerosión y los variadores de
velocidad electrónicos sin reactores de línea
5. Puesta a Tierra de Protección Atmosférica
Ô 5.º DESCARGAS ATMOSFÉRICAS [5 ] y [5 º]
La descarga atmosférica conocida como rayo, es la igualación violenta de cargas de un
campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes
Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos se pueden
encontrar tipos: iniciados en las nubes, y iniciados en tierra, ya que pueden ser
positivos o negativos Los más comunes, siendo el 0 % de los rayos detectados, son de
una nube negativa hacia tierra
Los rayos que inician en tierra son relativamente raros y ocurren normalmente en
montañas o en estructuras altas, por lo que no los tomaremos en cuenta en lo
subsiguiente En la referencia http://sky-fire tv/index cgi/spritegallery html pueden verse
fotografías de ellos y de los fenómenos electroatmosféricos llamados È È y È È
Los rayos iniciados en las nubes negativas, normalmente aparecen en nubes de tormenta
del tipo cumulonimbus convectivas que usualmente miden de 3 a más de 50 km de
largo, y son consecuencia de un rompimiento dieléctrico atmosférico
Este rompimiento una vez iniciado, avanza en zigzag a razón de unos 50 metros por
microsegundo con descansos de 50 microsegundos
Una vez que el rompimiento creó una columna de plasma en el aire, la descarga
eléctrica surgirá inmediatamente dentro de un hemisferio de unos 50 m de radio del
punto de potencial más alto Y, cualquier objeto puede ser el foco de esta descarga hacia
arriba de partículas positivas, aún desde una parte metálica debajo de una torre
La figura muestra el rayo producido por una nube cargada negativamente contra tierra
según el modelo de Hasbrouk [5 ]
Los rayos consisten usualmente de descargas múltiples, con intervalos entre descargas
de decenas a centenas de milisegundos La primera descarga es la que tiene mayor
amplitud, mientras que las subsecuentes tienen tiempos de ataque más rápidos, aunque
la velocidad de las descargas se ha encontrado que depende del lugar geográfico La
primera descarga está entre 6 y º5 x º0E7 m/s y la segunda entre ºº y º3 x º0E7 m/s
Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas
eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas A consecuencia de
ello, pueden circular grandes corrientes en las canalizaciones metálicas, y entre
conductores que conectan dos zonas aisladas Pero, aún sin la descarga, una nube
cargada electrostáticamente crea diferencias de potencial en la tierra directamente
debajo de ella
El campo eléctrico debajo de una nube de tormenta es generalmente considerado entre
º0 y 30 kV/m Es importante, comparar estos valores con el de º 5 kV/m con el que las
puntas empiezan a emitir iones
Una nube de tormenta promedio podría contener unos º0 MWh de energía con voltajes
hasta de º00 MV, con una carga en movimiento intranube de unos 0 Ooulombs Esta
energía es la que se disipa mediante los rayos, con corrientes pico que van de unos
cuantos kiloamperes a unos 00 kA con un percentil (50) de 0 kA, de acuerdo con los
datos del Sr R B Bent [5 7] El | Y (EPRI) en su
&
|! , /.0 1 ( da Edición, Págs 55-55,
maneja una magnitud promedio de una descarga negativa de 3º kA, con una pendiente
promedio máxima de 3 kV/us Y para las descargas que siguen a la primera, una
magnitud menor aunque más rápidas, con un promedio de 3 kV/us, y hasta 70 kV/us
ha
sido
registrado
Los rayos de una nube positiva hacia tierra contienen más carga que sus contrapartes
negativos, por lo que son muy estudiados En general no exhiben el mismo
comportamiento de pasos de los negativos, y suceden más frecuentemente en tormentas
invernales con nieve y en latitudes altas
Algunas particularidades aumentan la probabilidad de la caída de rayos en un lugar Por
ejemplo, la frecuencia de descargas en un lugar es proporcional al cuadrado de la altura
sobre el terreno circundante Esto hace que las estructuras aisladas sean particularmente
vulnerables Además, las puntas agudas incrementan también la probabilidad de una
descarga
5.2 SISTEMAS DE PARARRAYOS [5 ]
La protección de estructuras es más tolerante que una protección electrónica Así, un
edificio puede tolerar hasta º00,000 V mientras que componentes electrónicos a V se
dañarán con voltajes sostenidos de 8 volts!
Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un sistema que proteja contra su efecto
deberá ser diseñado tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del área en
cuestión Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energía puede ser desviada en
una forma controlada El intentar proteger contra descargas directas puede ser
excesivamente caro
Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe:
Oapturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea
Oonducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables
conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de
baja impedancia, y;
-c Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra
-c
-c
Ouando la energía de un rayo viaja a través de una trayectoria de gran impedancia, el
daño causado puede ser grave por el calor y las fuerzas mecánicas que se crean [5 º]
Oomo la tierra no tiene una resistividad uniforme en todos los puntos, dentro de un
mismo predio puede existir un potencial entre dos placas de metal enterradas Por eso,
en un sistema de electrodos múltiples conectados entre sí, a manera de malla, existe la
probabilidad de que exista una diferencia de potencial entre algunos de sus puntos
aterrizados
El problema de diferencia de potenciales entre electrodos se complica aún más cuando
una nube cargada pasa por encima de la malla Además, una descarga eléctrica que
caiga cerca, causará grandes corrientes en la tierra para restablecer el equilibrio de
cargas Al fluir esta corriente por tierra, causará una diferencia de potencial entre los
diferentes electrodos y esta diferencia de potencial, a su vez, causará que fluya corriente
por los conductores de la malla
Es conocido que un campo magnético se crea cada vez que existe un rayo, no
importando si es a tierra o entre nubes Este campo induce una corriente en cualquier
conductor en la vecindad del rayo Si existen electrodos al final de ese conductor, fluirá
por tierra la corriente cerrando el circuito Por ejemplo, un oleoducto puede transmitir la
corriente de una descarga a una gran distancia del punto donde la descarga tuvo lugar
Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por
ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos Son de alta frecuencia por la
elevada razón de cambio de la señal, de aproximadamente º us Por ello, para dirigir a
tierra las descargas atmosféricas se utilizan las técnicas para señales en altas
frecuencias
La inductancia de los conductores de cobre usados para tierras es de aproximadamente
de º 6 uH/m A la frecuencia equivalente de los rayos, la impedancia debida a la
inductancia es muchas veces mayor que la impedancia debida a la resistencia del
conductor Por lo que, para los rayos, los conductores más largos de º0 m tienen una
impedancia en términos prácticos infinita, lo que impide que conduzcan la corriente
[5 5] Además, estas señales de alta frecuencia no seguirán nunca una vuelta muy
cerrada del conductor, porque cada doblez incrementa la reactancia inductiva De ahí,
que todos los cables de conexión a tierra de pararrayos deben tener curvas generosas en
lugar de esquinas cerradas Por ello, se recomiendan curvas con radio de unos 0 cm, y
conductores múltiples conectados en paralelo a tierra
Oomo los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia, es básico que la
impedancia a tierra sea baja para la descarga, ya que todas las partes del sistema
conectadas a tierra, elevarán y bajarán su potencial con respecto de tierra al tiempo de la
descarga Oomo ejemplo una malla de 30 x 30 m con 36 cuadrados, de cable de 0 5 cm
de diámetro tiene una inductancia de 00* º0-7 H, lo que dará una impedancia de 5
ohms bajo una onda triangular con tiempo de pico de º us [5 8]
5.3 ESTÁNDARES DE PROTECCIÓN [5 ]
Tanto en Europa (donde caen menos rayos que en nuestros países latinoamericanos),
como en Norteamérica, se ha debatido mucho sobre los métodos de protección, tanto así
que en misma Europa permanecen los dos estándares de protección, el llamado
Franklin/Faraday, que es el tradicional, y el de puntas de inicio ( en
inglés) En EUA, el estándar aprobado por la asociación contra el fuego (NFPA) es el
Franklin/Faraday y, se conoce como NFPA-780 El otro, no fue aceptado como parte
del estándar, ya que se considera de efectividad igual que una punta del tipo Franklin
En México, tenemos desde el 006 una Norma Mexicana al respecto emitida por
ANOE con el número NMX-J-5-ANOE Al no tener carácter obligatorio esta norma,
las compañías que promueven las marcas de puntas de inicio Sante-Elme
<http://www franklin-france com/ESPAGNOL/indexesp html>
y
Prevectron
<http://www indelec com/>, entre otras marcas en el mercado, están instalando sus
sistemas bajo normatividad francesa, o ninguna normatividad
Importante: De acuerdo con el artículo 55 de la Ley Federal de Metrología y
Normalización, las normas NMX sí son obligatorias para el gobierno federal y sus
dependencias, por lo que la NMX-J-5-ANOE de pararrayos sí les aplica
p +c,c c cc
c c cc c
ccc - c c
. c
c c c c c c c ( c c c c c c c c c c
- c c c- c c cc c- c c c *
c
/c ( c c c c c c c c c c c c c c c c
c c c c
c c c c c c 0 c - c c c c c c - c c c c c
c c c c c c c- cc1 c c c *
En el mundo, existen muchos Oódigos nacionales sobre Sistemas de Pararrayos, que no
concuerdan entre sí Una lista de algunos de ellos, puede encontrarse en:
http://www lightningsafety com/nlsi_bus/nlsi_pubº html
5.3.º ZONA DE PROTECCIÓN (Método Norteamericano)
En Norteamérica, los equipos y estructuras son clasificadas según su necesidad de
protección contra descargas atmosféricas Referencia: ANSI/NFPA 78-º8
PRIMERA OLASE - Las estructuras de esta clase, requieren de poca o ninguna
protección El requisito es que verdaderamente estén conectados a tierra Ejemplos de
esta
clase
son:
a) Todos las estructuras metálicas excepto tanques u otras estructuras que contengan
materiales
inflamables
b) Tanques de agua, silos y estructuras similares, construidas mayormente de metal
c) Astas bandera construidas de algún material conductor
SEGUNDA OLASE - Esta clase consiste de edificios con cubierta conductora y
estructura no conductora, tal como edificios con cubierta metálica Este tipo requiere de
conductores para conectar la cubierta a electrodos en la tierra
TEROERA OLASE - Esta clase consiste de edificios con estructura metálica y cubierta
no conductora Este tipo requiere de terminales aéreas conectadas a la estructura y fuera
de la cubierta para actuar como terminales pararrayos
OUARTA OLASE - Esta clase consiste de estructuras no metálicas, que requieren una
protección
Se
incluyen
en
esta
clase:
a) Edificios de madera, piedra, ladrillo u otros materiales no conductores, sin elementos
de
refuerzo
metálicos
b) Ohimeneas Aún con elementos de refuerzo, éstas deben tener una gran protección
contra rayos, con terminales aéreas, cables de bajada y electrodos de aterrizado
UINTA OLASE - Una quinta clase consiste de aquellas cosas cuya pérdida puede ser
de consecuencias, y que normalmente recibe un tratamiento pararrayos completo,
incluyendo terminales aéreas, cables de bajada y electrodos de aterrizado Entre éstas
están:
a)
Edificios
de
gran
valor
estético,
histórico
o
intrínsico
b)
Edificios
conteniendo
combustibles
o
materiales
explosivos
c) Estructuras conteniendo sustancias que pueden ser peligrosas si se derraman como
consecuencia
de
una
descarga
d)
Tanques
o
conjuntos
de
tanques
e)
Plantas
de
energía
y
estaciones
de
bombeo
f)
Líneas
de
transmisión
g) Subestaciones eléctricas
La técnica usada para analizar la acción de las descargas en objetos a tierra es el modelo
electromagnético desarrollado originalmente por Golde R H [5 º3] Y derivado de ese
modelo, desde º70 se emplea el método de la esfera giratoria
para calcular la zona o distancia de protección de los pararrayos [5 º] El equipo dentro
de la zona de protección debe ser conectado a la misma red de tierras para que no exista
una diferencia de potencial entre puntos en el sistema Sin embargo, aparatos
conectados a líneas eléctricas que salen del área de mismo potencial pueden dañarse de
no tener las protecciones mencionadas en el capítulo sobre equipos electrónicos
SISTEMA FRANKLIN
Benjamín Franklin fue el primero en darse cuenta que la altura era un factor importante
en el diseño de protecciones contra rayos
El rango de atracción de un pararrayos es la distancia sobre la cual un pararrayos
sencillo vertical de una altura dada sobre un plano limpio, atrae una descarga
atmosférica El espacio protegido por tal dispositivo define el lugar en que la
construcción no suele ser afectada por una descarga directa
El sistema más sencillo y más antiguo de pararrayos, es el que consiste en terminales
aéreas de cobre, bronce o aluminio anodizado terminadas en punta, llamadas puntas
Franklin, colocadas sobre las estructuras a proteger de los rayos Este sistema se aplica
en iglesias, casas de campo, graneros y otras estructuras ordinarias
Estas terminales deben estar por lo menos 5 cm - las más pequeñas miden 30 cm sobre la estructura [5 º] y, cuando esta altura mínima se emplea, la distancia entre ellas
debe ser como máximo de 6 m
Para asegurarnos de una buena conexión y de una baja impedancia, por lo menos cada
terminal aérea debe tener dos trayectorias a tierra, y estas trayectorias deben estar
cuando más a 30 m de separadas entre sí
De acuerdo con el estándar NFPA 780 [5 º], existen dos clases de materiales
(terminales aéreas, cables, accesorios y terminales de tierra) Los materiales clase I se
utilizan para la protección de estructuras que no exceden de 3 m de altura, y, los
materiales clase II, las estructuras que si exceden dicha altura
Entre las diferencias importantes de las dos clases de materiales se tiene:
Clase I
Clase II
Terminales Aéreas, diá (mm)
,5 Oobre, º,7 Aluminio º,7 Oobre, º5, Aluminio
Oonductor principal, peso
78 g/m Ou, ºº g/m Al
558 g/m Ou, 83 g/m Al
calibre mm Ou, 50 mm Al
58 mm Ou, 7 mm Al
tamaño mínimo de alambre º7 AWG Ou, º AWG Al º5 AWG Ou, º3 AWG Al
Los tamaños de los conductores más usuales son: ó 3 hilos calibre º7 (65,6 kcm)
de cobre para conductores de uniones, 8 hilos calibre º o más grueso de cobre para
conductores principales Ouando se emplean conductores de aluminio, se debe tener
precaución en no llegarlos hasta el suelo porque sufren corrosión
Al respecto de la trayectoria, la NOM [º 3] dice que cualquier parte metálica no
conductora de corriente a una distancia menor de º,8 m del cable de los pararrayos debe
tener puentes de unión a éste para igualar potenciales y prevenir arqueos {50-6}
Los conductores terminan en tierra en sendos electrodos, y para revisar el estado de
dichos electrodos, es una práctica recomendada utilizar conectores de prueba a una
altura de º,0 a º,5 m
De acuerdo con la norma NFPA-780 [5 º], el sistema de electrodos para la protección
contra descargas atmosféricas depende también de las condiciones del suelo De ahí
que, para estructuras ordinarias menores a 3 m de altura, en:
Arcilla Profunda y Húmeda - Una simple varilla de 3 m es suficiente
Suelo arenoso - Se requieren dos o más varillas espaciadas más de 3 m
Suelo con tierra poco profunda - Se emplean trincheras radiales al edificio de 5
m de largo y 60 cm de ancho en arcilla Si la roca está más superficial, el
conductor podría colocarse sobre la roca
-c Rocas - En un suelo muy poco profundo, un cable en anillo se instala en una
trinchera alrededor de la estructura Para mejorar aún el contacto, es posible
colocar placas de al menos pies
-c
-c
-c
SISTEMA TIPO JAULA DE FARADAY
Para estructuras grandes, se utiliza una modificación al sistema Franklin de pararrayos,
al añadir a las terminales aéreas conductores que crucen sobre la estructura a proteger
como una caja de Faraday limitada sobre y a los lados de la construcción, y todo ese
conjunto resultante es conectado a cables múltiples de bajada, que a su vez se conectan
al sistema de tierras perimetral del edificio
Los edificios modernos con estructura de acero y con varillas embebidas en concreto se
acercan al concepto de la jaula de Faraday, y el riesgo de que un rayo que penetre en un
edificio protegido de esta manera es extremadamente pequeño [5 6] Aunque se debe
notar que los rieles de los elevadores no deben ser usados como el conductor de bajada
de los pararrayos, la NOM-00º-SEDE-º permite que se unan al sistema de
pararrayos [º 3] {60-37b}
Para hacer más efectiva la protección de este sistema, se usan puntas del tipo Franklin o
del tipo "paraguas" (patentadas)
5.3.2 ZONA DE PROTECCIÓN (Método de puntas de inicio)
En Francia, coexisten dos estándares para protección contra descargas
atmosféricas, la NFO º7-º00 (º7), IEO º0 -º (º0) que está
basada en la caja de Faraday mencionada en el punto 5 3 , y, la NFO
º7-º0 (Julio º5) sobre puntas iniciadoras
El estándar NFO º7-º0 es aplicable para protección contra rayos,
usando puntas iniciadoras en estructuras de menos de 60 m de alto y
de áreas abiertas E incluye la protección contra las consecuencias
eléctricas debida al flujo de corriente del rayo a través del sistema de
protección
Las puntas iniciadoras, se dice, son las que inician la descarga hacia
arriba unos cuantos microsegundos (Delta T) antes de la descarga
principal El efecto se traduce en una zona de protección de forma
parabólica alrededor de la punta, de radio (Rp) en un plano horizontal
De acuerdo con la peligrosidad de una descarga sobre la estructura a
proteger, el estándar preveé tres tipos de protección
D
=
0
m
para
un
nivel
D
=
0
m
para
un
nivel
D = 60 m para un nivel de protección III
de
de
protección
protección
I
II
Donde D es el radio de la esfera rodante del modelo
electrogeométrico, y h es la altura de la punta de emisión temprana
relativa al plano horizontal que pasa por el elemento a proteger
La tabla siguiente con los radios de protección, contempla 3 tipos de
puntas iniciadoras (5, 0 y 60 us) y, los valores de altura (h), en
metros, sobre la estructura a proteger, donde de a metros son fijos,
los demás se calculan mediante la fórmula
metros
Oonsiderando que h no puede ser mayor que la D obtenida del tipo de
protección
PUNTOS IMPORTANTES DEL ESTÁNDAR NFO º7-º0
La punta debe estar por lo menos m más alta que el área que protege, incluyendo
antenas, torres de enfriamiento, techos, tanques, etc
Si la instalación comprende algunas puntas, éstas deben estar interconectadas por un
conductor de área de por lo menos de 50 mm, a menos de que el cable esté ruteado
sobre un obstáculo estructural o arquitectónico con una diferencia de más de º 5 m
Oada punta debe estar conectada por lo menos con un conductor bajante Dos o más
bajantes se requieren si:
La proyección horizontal del conductor es más grande que su proyección
vertical
-c El sistema está instalado en una estructura más alta que 8 m
-c
-c
Es importante notar que los bajantes deben estar instalados en dos diferentes
paredes
5.4 PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS Y EDIFICIOS
5.4.º PROTECCIÓN DE TORRES DE COMUNICACIÓN [5 ]
Se ha visto que las torres metálicas de comunicaciones incrementan sustancialmente la
densidad de descargas en el lugar donde son instaladas La probabilidad se incrementa
aproximadamente con el cuadrado de la altura de la torre [5 ºº]
Variaciones considerables existen en la forma de como proteger una torre Una manera
es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ahí un conductor de cobre
por toda la longitud de la torre Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto,
se corroe el acero - 0 38 Volts de la celda galvánica - y, la inductancia del cable tan
largo crrea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a
tierra Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte
superior con conectores adecuados para su conexión al acero estructural
Y, como conexión a tierra, electrodos de tierra horizontales llamados contraantenas o, el
anillo de tierra utilizado por la puesta a tierra de los equipos electrónicos
Note que cuando se usan arreglos de puntas sobre antenas de radio, el plano de tierra
cambia, por lo que el patrón de emisión radial cambia también y el arreglo puede evitar
la recepción en ciertas zonas
Para disipar rápidamente la energía de los rayos que pegan en las torres, y con ello,
elevar menos el potencial de tierra del sistema y para bajar el riesgo a las personas
cuando esas torres están en zonas densamente pobladas, se acostumbra colocar
radialmente conductores enterrados horizontalmente bajo las mismas técnicas de
aterrizado equipotencial empleado en las subestaciones de potencia, los que reciben el
nombre de contraantenas Estas contraantenas pueden ser menores de 30 m si el suelo es
adecuado y los electrodos son efectivos
Si un rayo toca una torre, la torre conducirá la mayoría de la corriente a tierra La
corriente remanente será conducida por las retenidas, alambrado de las luces de alerta y
por el blindaje del cable coaxial
La NOM [º 3]{800-º3} dice "cuando sea factible, se debe mantener una separación de
por lo menos º80 cm entre los conductores visibles de sistemas de comunicación y los
conductores de pararrayos"
Incrementando la distancia entre la torre y el edificio del transmisor y usando blindajes
tipo Faraday se puede reducir el impacto de la descarga en el equipo
La entrada del cable de comunicaciones al edificio debe ser a través de un cabezal de
tierras
La conexión a este cabezal debe ser por lo menos de área igual a la sección transversal
de los cables coaxiales Una trenza de 3 a 6 pulgadas de ancho es usualmente empleada
en este uso
Las conexiones a tierra del cable coaxial se colocan en los cables de la antena a una
altura de 50m
y a cada 30 m hacia arriba después de esa altura Otra conexión va en la base de la torre
y la otra en el cabezal de tierras La altura de 50 m es crítica debida al hemisferio de
descarga del rayo ya mencionado Además, es preferible colocar el cable de señal por
dentro de la estructura metálica de la torre para reducir la corriente en su blindaje
Las luces de alerta solamente requieren de supresores de picos en las líneas de conexión
eléctrica, los que también se deben aterrizar en el cabezal
5.4.2 PROTECCIÓN DE TANQUES [5 ]
Oiertos tanques están autoprotegidos contra rayos, como se menciona en [5 ] Por
ejemplo, un tanque que es eléctricamente continuo y de por lo menos 3/º6" de grueso
no puede ser dañado por las descargas directas Pero, el tanque debe estar sellado contra
el escape de vapores que puedan incendiarse [5 º]
Los tanques se conectan a tierra para alejar la energía de una descarga directa así como
para evitar las cargas electrostáticas Tanques mayores de 6 metros de diámetro en
concreto, asfalto o en tierra están sin duda conectados a tierra [5 ] Tanques menores a
esa medida, necesitan un medio adicional para conectarlos a tierra Esto puede lograrse
de tres maneras La más simple es conectarlos a sistemas de tuberías que no tengan
uniones aisladas El segundo método consiste en conectar un mínimo de electrodos
espaciados no más de 30m entre ellos radialmente al tanque Y, por último, el método
más novedoso es el de emplear el acero de refuerzo del muro de contención de
derrames Ver en el capítulo de Materiales, los electrodos empotrados en concreto
5.4.3 PROTECCIÓN DE ÁRBOLES
Los árboles que crecen aislados o que tienen una altura tal que sobrepasan cualquier
estructura, son un blanco de las descargas atmosféricas Por ello, para esos casos se
recomienda protegerlos como si fuesen una estructura
5.4.4 PROTECCIÓN DE LÍNEAS AÉREAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La probabilidad de que un rayo caiga en una torre de transmisión, ha sido ampliamente
estudiada y, se han obtenido las siguientes ecuaciones empíricas de los resultados
encontrados
Las líneas aéreas reciben descargas por º00 km de línea, según la relación empírica
encontrada por Eriksson [5 º5]
donde
H es la altura de la línea
b el ancho de la línea
Ng es la densidad de rayos
De lo anterior se desprende que una línea alta recibe mayor número de descargas que
una baja
También, se ha encontrado que las corrientes de descargas son mayores (>80 kA) en los
lugares de índice isoqueráunico alto [5 º0]
Los distintos componentes de una línea están definidos por sus características de
voltaje-tiempo o nivel básico de impulso (Y: iniciales en inglés) Si la descarga
probable tiene un voltaje que excede éstas, un flameo (! ) aparecerá
El método de diseño tradicional de líneas de transmisión consideraba un flameo
(! ) por año, para lo cual se tomaba en cuenta el nivel isoqueráunico de la zona
multiplicado por alguna constante (0,5 a 0,5) y, por otro lado, se tomaban en cuenta los
parámetros probables de una descarga de fuentes como Golde [5 º3]
La protección contra descargas atmosféricas de líneas aéreas de energía eléctrica se
logra colocando un hilo puesto a tierra sobre ellas, llamado hilo de guarda y, mediante
apartarrayos El ángulo de protección obtenido al colocar un hilo de guarda es de 30
grados siempre y cuando el hilo se conecte a una tierra de baja resistencia (5 ohms o
menos) Hay que notar que esta protección no protege a los equipos
Los árboles altos y cerca de las líneas protegen las líneas de transmisión contra
descargas atmosféricas En el oeste de los EU y Oanadá con derechos de vía en lugares
boscosos, las líneas a veces no llevan hilo de guarda y con los árboles son protegidas
Por último, hay que considerar que cuando existen gasoductos u oleoductos
subterráneos en paralelo con líneas de transmisión, el uso de hilos de guarda reducen en
gran medida los voltajes inducidos en los tubos
Para líneas de distribución, el uso únicamente del hilo de guarda es económicamente
aceptable en donde el terreno por donde pasa la línea tiene una baja resistividad En
cambio, se utilizan los apartarrayos sin hilo de guarda en terrenos donde se tiene
resistencia a tierra de electrodos de más de 5 ohms
5 º Oaso de estudio º - Laboratorio de Oak Ridge Tennessee [5 º8]
La red eléctrica del laboratorio en media tensión está alimentada en º3,8 kV y se tienen
líneas en toda una gama de estructuras, desde º3,8 kV hasta en estructuras para voltajes
de subtransmisión (6 kV) Oomo los edificios están ubicados en una zona rural en
promontorios, las líneas reciben descargas atmosféricas frecuentemente
En una tabulación de disparos contra descargas de cada línea en los últimos 0 años, se
encontró que las líneas con menos salidas por maniobras de "recierre" de los
"restauradores" son aquellas que tienen el tipo de construcción de voltaje más alto que
el que les corresponde Lo que ahora se llama "Oonstrucción Resistente a Rayos" (ver
fotografías siguientes) que consiste primordialmente en niveles más altos de aislamiento
y ángulos más pequeños de protección
5 Oaso de estudio - Oomplejo Silao de General Motors de México
En paralelo con el patio del ferrocarril corre una línea de º km de longitud en postes de
concreto de º3,8 kV, la cual alimenta subestaciones en su mayoría sobre postes en el
perímetro del complejo La configuración de los conductores es en línea recta sobre
aisladores clase º5 kV colocados sobre la cruceta normal de la misma clase
(configuración T) Las estructuras de la línea es lo más elevado en decenas de metros
Al estar la línea protegida únicamente por cortacircuitos fusibles las descargas
atmosféricas cercanas abrían frecuentemente el circuito durante la temporada de lluvias
Oomo solución, se propone protegerla mediante un hilo de guarda aterrizado
únicamente en los remates colocado sobre puntas metálicas en las extremidades de los
postes, sin mover ni hacia arriba, ni hacia abajo las estructuras originales
5.4.5 PROTECCIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Las subestaciones de potencia son protegidas por puntas pararrayos colocadas sobre las
estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas que rematan en la subestación Los
hilos de guarda están conectados directamente a la malla de tierra de la subestación
En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla ( ), la mismas estructuras forman
una jaula de Faraday de protección
Para el cálculo de las zonas de protección se emplea el método de la Esfera Rodante
tratado en el punto 5 3 º
Las subestaciones de distribución no son protegidas contra una descarga atmosférica
directa, porque se ha comprobado que los rayos caen mayormente sobre las líneas
5.4.6 PROTECCIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS EN MEDIA Y ALTA
TENSIÓN.
5.4.6.º Apartarrayos [5 º7]
Las descargas estáticas producen en los conductores una onda de sobrevoltaje viajera en
los dos sentidos, en su viaje a tierra Ouando esta onda llega a una discontinuidad en el
circuito, que puede ser un ramal sin uso, la onda de voltaje se refleja y en ciertos lugares
puede llegar a ser de hasta del doble de la amplitud original Por lo anterior, los
apartarrayos, que son aparatos eléctricos que dirigen a tierra los sobrevoltajes, deben
colocarse uno por fase y lo más cerca posible del equipo a proteger, como
transformadores, interruptores, reguladores de voltaje, etc para ser mayor su
efectividad
Los apartarrayos están definidos por sus características de "flameo" y por su voltaje
cuando entran en operación Estas características se coordinan con las de los otros
aislamientos para definir la clase de nivel básico de impulso (Y)
La NOM-00º-SEDE-005 [º 3] {80-} observa que el conductor de puesta a tierra
directa del apartarrayos de un sistema de distribución, podrá interconectarse al neutro
del secundario siempre y cuando éste último tenga una conexión a una tubería metálica
subterránea de agua, o, siempre y cuando sea un sistema secundario multiaterrizado Y,
que los conductores no se lleven en cubiertas metálicas a menos de que se conecten a
éstas en sus dos extremos {80-5}
5.4.6.2 Ouernos de Arqueo ( " )
La teoría detrás de este método es que si el circuito de distribución va a arquear de un
modo o de otro, un circuito con un alto nivel básico de impulso (Y) con un lugar
predefinido de bajo nivel causará que el arqueo suceda en ese punto Esto requiere de un
interruptor para abrir la falla en 60 Hz Oon la llegada de los restauradores automáticos
de alta velocidad este método de protección ha llegado a ser bastante utilizado
principalmente en países europeos
Las desventajas son el ajuste mismo de la distancia de arqueo, y las fallas por presencia
de aves principalmente
5.4.6.3 Restauradores (| )
En la fotografía un restaurador en SF6 tipo estación marca Siemens
5.4.7 PROTECCIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS EN BAJA TENSIÓN.
5.4.7.º Supresores de sobrevoltajes o de picos (TVSS)
Los supresores se seleccionan de acuerdo a su clase de protección Así, en un servicio
con una capacidad de corto circuito muy alta, el supresor debe tener una capacidad para
conducir grandes corrientes a tierra
En cambio, los supresores que se utilizan junto a las cargas sensibles a los sobrevoltajes,
son de pequeña capacidad
Y, dichos supresores deben ofrecer una protección coordinada para ser efectiva
Para detalles sobre la protección de cables en comunicaciones ver: 3 3 PROTEOTORES
DE OABLES DE INSTRUMENTAOIÓN Y DE OOMUNIOAOIONES
5.5 PRUEBAS DE SUSCEPTIBILIDAD A DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.
Existen máquinas como los aviones que no pueden fallar a consecuencia de una
descarga atmosférica Por esa razón, se debe probar su susceptibilidad a falla en
laboratorios especiales bajo normativa especial Ejemplo de un laboratorio:
www retlif com
Actualmente la industria aeroespacial no tiene un estándar único para pruebas, por lo
que algunos de los estándares comúnmente aplicados son:
-c
-c
-c
-c
-c
-c
-c
Boeing D6-º6050-5
EUROOEA/ED-ºE
FAA AO:0-º36
MIL-STD-º757
RTOA/DO-º60
SAE ARP5º/5º3
SAE AEL
5.6 REDES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO
Para cualquier análisis de ingeniería se requiere del número de descargas por unidad de
tiempo y unidad de área, o la densidad de descargas (GFD por las siglas en inglés de
Ground Flash Density) regional expresada normalmente como un promedio anual Este
parámetro se puede obtener localmente utilizando contadores de descargas o cualquiera
de las versiones de los sistemas de localización de rayos comerciales
Los contadores de descargas están limitados a unos kilómetros, mientras que los
sistemas de localización pueden obtener datos de áreas mucho más grandes Los
sistemas utilizan un número finito de antenas remotas para detectar los campos eléctrico
y magnético al tiempo de la descarga, y, de estos datos se puede determinar el lugar de
la descarga
Durante muchos años, los servicios meteorológicos del mundo han anotado los días
tormenta o niveles queráunicos Un día tormenta es un día en que un trueno es
escuchado Los datos queráunicos son compilados en cartas geográficas con líneas de
igual nivel queráunicos o líneas isoqueráunicas
Oon los años, se han propuesto relaciones matemáticas entre los días tormenta al año
(Td) registrados y la densidad de descargas a tierra (Ng) (descargas a tierra/unidad de
área/unidad de tiempo)
[5 º5]
Durante los sesenta se desarrolló el contador vertical aéreo de descargas atmosféricas
El OIGRE 500 Hz, el cual fue rápidamente adaptado como el estándar mundial Otros
trabajos en Sudáfrica desarrollaron el contador de descargas RSA º0, el cual
rápidamente fue aceptado y renombrado OIGRE º0 kHz En los setenta, varios sistemas
para contar descargas fueron inventados utilizando mediciones eléctricas y magnéticas
La importancia de la densidad para el diseño de protecciones contra rayos fue
reconocida por la | Y (EPRI) en º8, en su | EPRI contrató con la Universidad de Nueva York la obtención de datos
de la densidad en los estados americanos contiguos a través de una red de localización
de rayos (SUNY US)
En México, la OFE y el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) han mantenido los
datos de índices isoqueráunicos Pero, en Japón se ha descubierto que los valores
isoqueráunicos obtenidos hace años, han perdido algo su validez con los cambios
climáticos [5 º0]
En los Estados Unidos, desde º80, EPRI y el ! $ auspiciaron estudios sobre descargas atmosféricas que dieron como resultado la
a a (NLDN) Su propósito fue recolectar datos de
rayos nubes-tierra por un periodo de ºº años o más, para coincidir con el ciclo de
manchas solares, con la intención original de localizar incendios potenciales forestales,
iniciados por rayos en zonas remotas del país
La NLDN es un sistema probado de detección de rayos, grabando el instante de tiempo,
localización, polaridad y amplitud de cada uno de ellos Los datos históricos proveen de
una referencia histórica que puede ser utilizada para confirmar la caída de un rayo y,
obtener los mapas de densidad de rayos utilizados para proyectar el riesgo de los rayos
Esta información está siendo utilizada por compañías eléctricas y de telecomunicaciones
para planear instalaciones de protección y, en tiempo real, para preparar cuadrillas de
mantenimiento de emergencia cuando alguna tormenta importante se avecina La
cobertura actual (005) es la de los 8 estados contiguos de los Estados Unidos y, parte
de las provincias canadienses y estados mexicanos limítrofes
En º la red NLDN fue desincorporada del gobierno de los Estados Unidos y, pasó a
ser operada por una división del " https://thunderstorm vaisala com/
Este nuevo sistema ha introducido la densidad de rayos a tierra (GFD por sus siglas en
inglés) con no de rayos a tierra/km/año como unidad de medida
Mapa de isodensidad de rayos en la República Mexicana elaborado en ºº por OFE
6.º ELECTROSTATICA
Las cargas electrostáticas se crean en líquidos o polvos que tienen una rigidez
dieléctrica elevada, y pueden llegar a ser de varios kilovolts de magnitud
6.2 MEDIDAS GENERALES CONTRA LA ELECTROSTATICA
En el caso de manejo de productos en polvo a granel, se especifica conectar todas las
partes metálicas entre sí, para lo cual se utilizan cables multihilos de temple suave o
trenzas metálicas desnudas Estos conductores permiten el movimiento de electrones
entre las diferentes partes, y no interfieren con las lecturas de instrumentos como celdas
de carga El calibre es importante desde el punto de vista de rigidez mecánica, no de
capacidad de corriente
El sistema de uniones metálicas entre los distintos componentes puede hacerse en
conjunto con el diseño del sistema de tierras de potencia, para evitar cables en paralelo,
y tener siempre los calibres adecuados
Ouando esta puesta a tierra no es suficiente para evitar la acumulación de cargas
electrostáticas, en la industria se emplean los siguientes mecanismos que igualan o
disminuyen la creación de potenciales de naturaleza electrostática
-c
Oepillos de alambre muy delgado de bronce
-c
Ionizadores de aire
Tienen forma de cañón de aire, barra, barrera de aire, etc Trabajan con una
fuente de O D de 5000 a 8000 Volts
Ejemplo: en materiales laminados plásticos
-c
Barbas metálicas en contacto con el material
Ejemplo: cartoncillo impreso
-c
Humidificadores
Ejemplo: en el manejo de fibras textiles sintéticas, y de harinas de maíz
6.3 PROTECCION DE TANQUES
Para evitar las descargas electrostáticas que pudieran poner en peligro las instalaciones
en el caso del almacenaje en tanques de productos inflamables, las normas especifican
la instalación de por lo menos un cable flexible con conexión al mismo sistema de
tierras del tanque, con conector de tipo pinza para igualar potenciales de todos los
vehículos que carguen o descarguen producto al o del tanque
Los tanques y tuberías de fibra de vidrio o de material plástico presentan problemas
serios porque estos materiales no son conductores Sin embargo estos materiales son
muy susceptibles de presentar problemas debido a la electroestática y, por ello, sus
válvulas y accesorios metálicos en caso de conducir un fluido no conductor de
electricidad, deben ser puestos a tierra para drenar cualquier carga En caso de ser
necesario, un electrodo suspendido dentro del tanque y conectado a la red de tierras
perimetral drenará cualquier carga interna
Es importante observar que ciertos fluidos que se descargan libremente dentro de
tanques crean cargas electrostáticas grandes, por lo que lo adecuado es colocar la
descarga debajo del nivel del líquido
En el caso de tanques con recubrimiento no conductor, y donde se tiene instrumentación
(pH, ORP, etc ), se recomienda tener electrodos de instrumentación con puesta a tierra
(Ground Loop Interrupt), para evitar que las cargas fluyan a través de electrodos y
circuitos electrónicos causando lecturas falsas y reduciendo la vida útil de los
electrodos
7.º LA TIERRA Y LA RESISTIVIDAD [5 ]
El factor más importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la
resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y diseñar la
puesta a tierra de sistemas
La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es
conocida además como la resistencia específica del terreno En su medición, se
promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya
que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se
denomina "Resistividad Aparente" que para el interés de este trabajo, será conocida
simplemente
como
"Resistividad
del
Terreno"
En la NOM-0-STPS-º se define el término resistividad, como la resistencia que
ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado
De acuerdo con la NOM-008-SOFI-º3, Su representación dimensional debe estar
expresada en Ohm-m, cuya acepción es utilizada internacionalmente
La resistividad del terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre,
estando determinada por:
-c
-c
-c
-c
-c
-c
-c
Sales solubles
Oomposición propia del terreno
Estratigrafía
Granulometría
Estado higrométrico
Temperatura
Oompactación
7 º º SALES SOLUBLES
La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos;
ésto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas Oomo ejemplo, para
valores de º% (por peso) de sal (NaOl) o mayores, la resistividad es prácticamente la
misma, pero, para valores menores de esa cantidad, la resistividad es muy alta
7 º OOMPOSIOIÓN DEL TERRENO
La composición del terreno depende de la naturaleza del mismo Por ejemplo, el suelo
de arcilla normal tiene una resistividad de 0-500 ohm-m por lo que una varilla
electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de º5 a 00 ohms
respectivamente En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o
más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos º00 ohm o menos con una
sola varilla electrodo es virtualmente imposible
7 º 3 ESTRATIGRAFÍA
El terreno obviamente no es uniforme en sus capas En los 3 m de longitud de una
varilla electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos En XX se
encuentran ejemplos de diferentes perfiles de resistividad
7 º GRANULOMETRÍA
Influye bastante sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad
del contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de los
granos de la tierra Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y
de que ésta sea mayor que la de la arcilla
7 º 5 ESTADO HIGROMÉTRIOO
El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable Su valor varía con el
clima, época del año, profundidad y el nivel freático Oomo ejemplo, la resistividad del
suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos
del º5% del peso de éste Pero, un mayor contenido de humedad del º5% mencionado,
causa que la resistividad sea prácticamente constante Y, puede tenerse el caso de que en
tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el
sistema de tierras Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la
resistividad en el peor de los casos
7 º 6 TEMPERATURA
A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese
aumento se nota aún más al llegar a 0° O, hasta el punto que, a medida que es mayor la
cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los
electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra
7 º 7 OOMPAOTAOIÓN
La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo Por ello,
se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles
7.2 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO.
La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y
grueso de la roca en estudios geofísicos, así como para encontrar los puntos óptimos
para localizar la red de tierras de una subestación, sistema electrónico, planta
generadora o transmisora de radiofrecuencia Asimismo puede ser empleada para
indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas
En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión
En este punto es necesario aclarar que la medición de la resistividad del terreno, no es
requisito para hacer una malla de puesta a tierra Aunque para diseñar un sistema de
tierras de gran tamaño, es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para
lograr la instalación más económica
El perfil de la resistividad del suelo determinará el valor de la resistencia a tierra y la
profundidad de nuestro sistema de puesta a tierra
Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros
países: telurómetro) o $ de tierras de cuatro terminales
Los aparatos de mayor uso, de acuerdo a su principio de operación, pueden ser de tipos: del tipo de compensación de equilibrio en cero y el de lectura directa
Los terrómetros deben inyectar una corriente de frecuencia que no sea de 60 Hz para
evitar se midan voltajes y corrientes que no se deban al aparato sino a ruidos eléctricos
Por ejemplo, si estamos cerca de una subestación o de una línea en servicio, y vamos a
realizar mediciones de resistividad y resistencia de tierra, con un aparato de 60 Hz,
dichos sistemas van a inducir corrientes por el suelo debido a los campos
electromagnéticos de 60 Hz y darán una lectura errónea
De igual manera sucede cuando los electrodos de prueba están mal conectados o tienen
falsos contactos, darán señales falsas de corriente y voltaje Si hay corrientes distintas a
las que envió el aparato, éste leerá otras señales de voltaje y corriente que no son las
adecuadas
También estos aparatos de repente tienen oscilaciones en sus lecturas y no es posible
leerlas
Un aparato inteligente, lleva conductores blindados, coaxiales, tiene sistemas de filtraje,
de análisis y mide lo que halla, pero esa información la analiza, la filtra y luego la
deduce Por ejemplo, para hacer una medición manda una señal de º00 Hz y mide;
luego manda otra señal de º50 Hz y vuelve a medir y puede seguir enviando otras altas
frecuencias hasta que los valores van siendo similares, forma una estadística y obtiene
un promedio
Los terrómetros son analógicos o digitales y deben contener carretes de cable calibre
º AWG normalmente Para enrrollamiento rápido se recomienda construir un sistema
devanador que permita reducir el tiempo de la medición También traen electrodos de
material con la dureza suficiente para ser hincados en la tierra con marro Son de una
longitud aproximada de 60 cm y un diámetro de º6 mm Además de lo anterior se hace
necesario contar con una cinta no metálica de 50 m aproximadamente
Los terrómetros tienen cuatro terminales de corriente (Oº, O) y de potencial (Pº,
P) y están numerados en el aparato Oº Pº P O Los terrómetros deben estar
certificados y probados en el campo con una resistencia antes de realizar las mediciones
Oomo la medición obtenida por un terrómetro es puntual, se deben hacer mediciones en
un sentido, en otro a 0 grados del primero, y, en el sentido de las diagonales En la
medición de resistividad de un terreno, es común encontrar valores muy dispares,
causados por la geología del terreno, por lo que es una práctica común de una tabla con
lecturas, el eliminar los valores que estén 50% arriba o abajo del promedio aritmético de
todos los valores capturados
$ de Ouatro Terminales Oortesía AVO International
7 º MÉTODO DE WENNER
En ºº5, el Dr Frank Wenner del(( ! desarrolló la teoría de este
método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre
Oon objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los electrodos
en el suelo Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad
de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre
electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma
apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase
de contacto que se haga con la tierra
El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja
frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos Oº y O mientras que el potencial
que aparece se mide entre dos electrodos Pº y P Estos electrodos están enterrados en
línea recta y a igual separación entre ellos La razón V/I es conocida como la resistencia
aparente La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la
geometría del electrodo
En la figura se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la
corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través
de los electrodos interiores La resistividad aparente está dada por la siguiente
expresión:
Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre
electrodos (A) O sea A > 0B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:
La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad
promedio de un hemisferio de terreno de un radio igual a la separación de los
electrodos
Oomo ejemplo, si la distancia entre electrodos A es de 3 metros, B es 0 º5 m y la lectura
del instrumento es de 0 3 ohms, la resistividad promedio del terreno a una profundidad
de 3 metros, es de 8 ºº ohm-m según la fórmula completa y de 8 º05 ohms-m según la
fórmula simplificada
Se recomienda que se tomen lecturas en diferentes lugares y a 0 grados unas de otras
para que no sean afectadas por estructuras metálicas subterráneas Y, que con ellas se
obtenga el promedio
7 MÉTODO DE SOHLUMBERGER
El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también
emplea electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de
potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de
los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na)
de la separación base de los electrodos internos (a)
La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este
método de medición se muestra en la figura
El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las
resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones
como con el método Wenner Se utiliza también cuando los aparatos de medición son
poco inteligentes Solamente se recomienda hacer mediciones a 0 grados para que no
resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas
7.3 PERFIL DE RESISTIVIDAD
Para obtener el perfil de resistividad en un punto dado, se utiliza el Método de Wenner
con espaciamientos entre electrodos de prueba cada vez mayores Por lo general, para
cada espaciamiento se toman dos lecturas de resistividad en direcciones perpendiculares
entre sí
La gráfica resultante de trazar el promedio de las mediciones de resistividad (R) contra
distancia entre electrodos (a) se denomina perfil de resistividad aparente del terreno
7.4 DATOS DE RESISTIVIDAD DE SUELOS TÍPICOS
MATERIAL
RESISTIVIDAD (ohm-metro)
Permafrost
Asfalto Seco
Asfalto Mojado
Ooncreto Seco
Ooncreto Mojado
Oompuesto GAP seco
Oompuesto GAP con 30% de agua en masa
3500 - 000
*º0 e6 - 30*º0e6
º0000 - 6 * º0 e6
º00-8000
º-º00
0 03
0 0º5
7.4.º DATOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO DE LA CIUDAD DE LEÓN,
GTO. (@ 3 metros de profundidad)
OERRO DE LAS HILAMAS (Rocoso)
OERRO GORDO (Rocoso)
OOLONIA PARUE MANZANARES (Arenoso)
ESTAOIÓN DEL FERROOARRIL (Arcillas)
TEONOLÓGIOO DE LEÓN (Arcillas)
PARUE HIDALGO (Antiguo ojo de agua)
0 ohm-m
80 ohm-m
º ohm-m
8 ohm-m
7 ohm-m
3 ohm-m
7.4.2 DATOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO DE OTROS LUGARES
IRAPUATO, GTO (LAPEM) a º 6 m de profundidad
ºº-7 ohm-m
7.5 EJEMPLOS DE PERFILES DE RESISTIVIDAD
7.5.º Capa superficial arcillosa y húmeda, capa inferior rocosa: perfil de
resistividad ascendente. Lugar: Parte norte de la zona urbana de León, Guanajuato
Para simular su comportamiento se requiere de por lo menos utilizar los valores de capas
7.5.2 Capa superficial muy seca, capa inferior arenosa: perfil de resistividad
descendente. Lugar: Zona urbana de Aguascalientes, Ags Para simular su
comportamiento se requiere de por lo menos utilizar los valores de capas
7.5.3 Terreno rocoso y seco. Perfil de resistividad plano. Lugar: Zona del cerro de la
Bufa en Zacatecas, Zacatecas Para simular su comportamiento se puede utilizar la
resistividad promedio
Existen programas para elaborar modelos del terreno con los datos de las mediciones
La figura de ejemplo es del programa | p+ | p de la compañía
Safe Engineering Services and Technologies Ltd
ºº. Preguntas Frecuentes
Y OBJETIVO. El objetivo de esta lista es recopilar la experiencia de los Ingenieros que
proyectan, instalan y operan los sistemas de tierras y de puesta a tierra, para beneficio
de la profesión
3. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRONICOS
3.º ¿Qué ventajas tiene utilizar cable contra conductores sencillos para conectar
un motor?
Si es un motor alimentado de un arrancador normal, es lo mismo, pero, cuando se están
utilizando inversores electrónicos, el ruido eléctrico emitido es mucho menor, y se debe
la distribución uniforme de los conductores, incluyendo el de puesta a tierra dentro del
cable
5. PUESTA A TIERRA DE PROTECCION ATMOSFERICA
5.º ¿Son mejores los pararrayos ionizantes?
Después de años de aplicación, no existe una respuesta definitiva porque sus
detractores han encontrado que en algunos casos funcionan igual que las puntas
Franklin
5.2. ¿Se requiere poner una varilla electrodo en cada poste de alumbrado?
Esta práctica se hace por las compañías eléctricas americanas, ya que normalmente los
postes de alumbrado llevan también circuitos de distribución con el neutro corrido y, el
neutro lo van aterrizando a lo largo de la trayectoria en algunos postes
No es necesario para los postes de alumbrado, aunque se pensara su uso como
pararrayos, ya que el poste está aterrizado de facto
7. MEDICIONES DE RESISTIVIDAD PARA DISEÑO
7.º. En caso de desconocerse la resistividad de un terreno y, de carecer de
aparato, cómo efectuamos un cálculo práctico para elaborar nuestro sistema de
tierras?
El método de Wenner de cuatro puntos trabajando con electricidad a 60 Hz, nos
proporciona una lectura aproximada y conservadora
7.2. Cuando se encuentra roca, ¿qué método se sugiere para mejorar la
resistividad del terreno?
Romper la roca e introducir bentonita o un compuesto comercial como el GEM
w. MATERIALES DE PUESTA A TIERRA
w.º. ¿Porqué se usa 4/0 en subestaciones, si en cálculos obtenemos calibres
mucho menores?
En realidad, es la experiencia de muchos ingenieros de las compañías eléctricas
la que ha dictado esa norma y, se hace para que soporte holgadamente los
esfuerzos mecánicos de una falla donde la protección no opere
satisfactoriamente y para que no obstante los efectos de corrosión, siempre
exista una buena tierra
w.2. En la línea w del Metro de la ciudad de México se empleó aluminio para la
red de tierras, lo que no aprueba la Norma NOM-00º-SEDE-º999?
Es una violación a la sección 50-83e de la Norma citada, pero, ésta no tiene
vigencia en las compañías de trenes eléctricos Adicionalmente se comenta que
el subsuelo de la Oiudad de México permite el uso de dicho metal y éste se usó
para abaratar la instalación
w.3. Existen en el mercado electrodos de puesta a tierra patentados. ¿Son buenos?
Por lo general sí y en su aplicación se ahorra mucho tiempo de instalación, pero
no quiere decir que trabajen en forma diferente a los que mejorando el terreno se
pudieran tener
w.4. ¿Cuál es la separación mínima entre electrodos para que el efecto mutuo sea
bajo?
Se considera en las normas aplicables que una distancia igual o mayor a 3 0 m
entre electrodos de 3 0 m de largo es apropiado, y, en lo general, se utiliza la
regla de la mitad de la suma de las longitudes de cualquier tipo de electrodo
w.5. En libros de texto se menciona el uso de la sal como medio químico para
mejorar la resistividad, ¿es correcto?
Así fue la práctica hasta hace unos años en que se estudió el caso La sal se
diluye por presión osmótica en el terreno, y ésto, al principio, mejora la
resistividad del terreno Pero, al paso del tiempo, la corrosión que sufrió el metal
en contacto con la sal y la disminución paulatina de la concentración salina,
elevan nuevamente la resistividad La bentonita, con su propiedad de retención
de agua, es lo más recomendado actualmente para mejorar un terreno, siempre
y cuando se mantenga húmedo
w.6. ¿Porqué se permite conectar una varilla con un calibre 6 AWG de Cobre, sin
importar la corriente de falla o, calibre de conductores de acometidas?
Porque se ha demostrado que la resistencia del electrodo hacia tierra es la
limitante, por lo que aunque se desee, no puede conducir mayor corriente
w.7. ¿Porqué se prefiere la tubería del agua fría a la caliente?
Porque la tubería de agua fría, en la mayoría de los casos, tiene una trayectoria
menor a tierra y, está más en contacto con ésta
w.w. El conductor de puesta a tierra de las acometidas, se está cubriendo para
evitar su robo con un tubo conduit. ¿Es correcto que se deje aislado?
Ni la NOM-00º-SEDE-º ni el NEO se oponen a que sea aislado este
conductor, pero, es un hecho que si no se aterriza en ambos extremos el tubo
metálico, el conductor presentará una reactancia mucho muy elevada a la
corriente de falla, y es una violación a dichas normas
9. DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRA
9.º. En el caso de una subestación de pedestal, cuyo transformador tiene una
conexión delta-estrella, ¿es suficiente una varilla de tierra como dice la NOM00º-SEDE-º999?
Definitivamente no; y se debe instalar una red de tierras completa porque una
falla en el primario a tierra dentro del gabinete eleva a niveles muy peligrosos el
potencial de paso y de contacto - Realice el cálculo si existe duda - La Norma
debería especificar que es suficiente únicamente en subestaciones cuyo
transformador está conectado Estrella-Estrella con neutro corrido- Ya se hizo
la observación a la Secretaría de Energía para añadir la nota en futuras
ediciones de la Norma 9.2. ¿En qué influyen los hilos d e guarda en el cálculo de la red de tierras de una
subestación?
Oomo los hilos de guarda unen las estructuras más importantes solo influyen en
la corriente de falla que circulará por la malla, pero las recomendaciones que se
siguen como Norma ( en Norteamérica empleamos la IEEE-Std º-ºº )[º º]
son muy conservadoras, y así se especifica E implícitamente consideran un
factor de aumento futuro del nivel de corto circuito
9.3. En subestaciones industriales, ¿cuál es el número usual de puntos de puesta
a tierra de cada equipo?
Por confiabilidad, dos, y conectados a cables distintos de la red de tierras
9.4. ¿Cuál es profundidad de la malla de tierra?
Tradicionalmente la Facultad de Ingeniería de UNAM ha enseñado que 0,60 m,
lo que ha hecho escuela en México Pero, el cálculo debe decir si es correcta o
no esa profundidad
En los Estados Unidos, en los últimos años se han utilizado 0,5 m (º 5 pies)
9.5 En subestaciones en desniveles, ¿qué pasa con las mallas de tierras?
El diseño se divide en partes, aunque unidos en los extremos Y en casos
extremos, cuando los buses están independientes, son dos o más diseños
independientes
9.6. ¿Qué hacer si se tiene una red mal diseñada en una subestación en operación?
Se deberá construir otra considerando la no existencia de la anterior Y la
práctica sugiere unir con cables las dos mallas donde el cálculo lo requiera
9.7. Las subestaciones en azoteas, ¿requieren o no red de tierras?
Para aterrizarlas se emplea el procedimiento de tierra remota, y en donde se
instalen los electrodos sí se tiene que considerar el potencial de paso y de
contacto Pero, en la azotea no
9.w. ¿Se usa por motivos estéticos el tezontle o grava en subestaciones?
De ninguna manera El uso de piedra de alta resistividad y con gran distancia
de contacto, en la capa superior de una subestación permite mallas menos
costosas y, resuelve el problema de un potencial de paso o contacto muy
elevado El asfalto también es un material de alta resistividad y se usa
alternativamente pero, cuidado, la capa debe ser profunda para que sea efectiva
- Referencia: ANSI/IEEE Std 80-º86 - [ 3]
9.9. ¿En caso de obtenerse en subestaciones interiores un potencial de paso o
contacto muy elevado?
Se recomienda una película de plástico entre la malla de tierras y la losa de
concreto, para bajar dicho potencial - Referencia: IEEE Std 80-000 - [ 3]
9.º0. ¿Con qué valor de X/R se realiza el cálculo de corto circuito, si la compañía
suministradora no lo proporciona?
Emplear X/R = 0
9.ºº. Si una planta industrial tiene una malla que une todos los edificios y
estructuras, ¿se puede tener otra malla independiente dentro de la primera?
Sí, siempre que esa malla tenga sus propios electrodos y, se tenga una
separación considerable entre ellas
9.º2. ¿Qué se hace, en el caso de tener potencial de transferencia por la pantalla
de un cable?
Se usa multiaterrizar la pantalla del cable, porque la pantalla no fue diseñada
para conducir corriente de falla 9.º3. ¿Qué corriente de malla tomo para un sistema de tierra de un frigorífico
local, cuya resolución calculo muy costosa por lo elevado de la corriente de
cortocircuito del sistema de BT, 2w600 A?
Las mallas de tierra se calculan de acuerdo con la corriente probable de malla
que pueda circular por ellas Y, esta corriente por el suelo, se presenta cuando no
existe un retorno franco por un conductor metálico Tal es el caso de fallas en las
líneas aéreas en sistemas trifásicos 3 hilos, las cuales son muy escasamente
utilizadas en baja tensión La capacidad de cortocircuito mencionada es muy
elevada si es la corriente máxima que puede circular por la malla Si ese es el
caso, se puede dar la vuelta al problema, cambiando el tipo de canalización, para
que en una falla probable, la corriente de falla circule por conductor de puesta a
tierra
9.º4. Y, ¿cuándo existen corrientes circulantes entre mallas?
Eso significa que se violó el principio de darle salida a la corriente de falla por
transformador - Ref: ANSI/IEEE Std 80-000 -- [ 3]
º2. MEDICIONES DE RESISTENCIA A TIERRA PARA MANTENIMIENTO
º2.º. ¿Es necesario al medir la resistencia de los electrodos a tierra que los tres
puntos se encuentren en línea recta?
Es necesario que los puntos se encuentren separados varias veces la longitud del
electrodo para que la gráfica muestre el aplastamiento en la "S", pero si el local
tiene problemas para colocar los electrodos en linea recta, se pueden efectuar
mediciones con los electrodos en "L" ( a 0 grados) y las lecturas obtenidas son
muy cercanas a las reales, aunque un poco menores
º2.2. ¿Cómo se puede medir la resistencia a tierra de una malla muy grande
(refinerías, plantas generadoras, etc.)?
En la práctica, mediante la unión de varias gráficas resultantes del método de
tres puntos Todas ellas deben intersectarse en un valor cercano a la resistencia
buscada
j j
jc
j&j&& jj j jj º c
jj