Saludos.
Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A
continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica, un
post que trata sobre: Sistemas de Puesta a Tierra.
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INTRODUCCIÓN
Todas las instalaciones eléctricas de distribución,
están vinculadas funcionalmente con el Sistema de Puesta a Tierra (SPT).
Esta vinculación se puede materializar de diversas
formas, cada una de las cuales hará que la instalación eléctrica presente
ciertas características frente a las perturbaciones que puedan suceder y la
acción de las protecciones. Entendiendo como tal a los contactos que puedan realizar
los seres vivos con cables activos o en caso de un cortocircuito, así como ante
eventos de sobretensiones eléctricas.
Ante esto descrito anteriormente uno se puede
preguntar entonces:
¿Cuáles son las funciones de los Sistemas de Puesta a
Tierra?
· Garantizar
una conexión de baja resistencia entre los equipos eléctricos y electrónicos
con las partes metálicas cercanas, con el fin de minimizar el peligro para el
personal en el caso de una falla.
· Permitir
el control de las tensiones peligrosas, mientras los relés, fusibles o
interruptores despejan la falla; mediante una conexión de baja resistencia con
la tierra (suelo) para crear una trayectoria de retorno efectiva a la corriente
de falla.
· Proporcionar
un plano de referencia común, de una impedancia relativamente baja entre los
dispositivos electrónicos, circuitos y sistemas.
· Brindar
una trayectoria conductiva preferencial para encausar sin riesgo, las
corrientes debidas a electrostática o a los rayos, entre un objeto expuesto y
el suelo.
· Reducir
los efectos de acople en modo común.
Frecuentemente, el cumplimiento de las funciones de
los SPT genera un conflicto en términos de los requerimientos de operación, de
las técnicas de implantación e incluso de los requerimientos de seguridad.
Para obtener una alta confiabilidad de los equipos y de los sistemas en general, así como una seguridad adecuada, se deben diseñar apropiadamente los SPT, partiendo de un buen entendimiento de su comportamiento electromagnético.
Requisitos mínimos que deben poseer los Sistemas de Puesta
a Tierra
·
El
valor de la resistencia debe ser el adecuado para cada tipo de instalación.
·
La
variación de la resistencia debida a cambios ambientales debe ser mínima.
·
Su
vida útil debe ser mayor de 20 años.
·
Debe
ser resistente a la corrosión.
·
Su
costo debe ser el más bajo posible, sin que se comprometa la seguridad.
·
Debe
permitir su mantenimiento periódico.
Tales requisitos de los SPT no solo se tratan de las
conexiones entre conductores sino que estos y los elementos y aparatos que
forman parte de este deben cumplir los requerimientos de las normas respectivas
y especificaciones técnicas con el fin de obtener un funcionamiento seguro y
eficaz.
Ejemplo
de Diseño del sistema de puesta a tierra.
El valor de la resistencia de la puesta a tierra para
un ambiente con características específicas de un laboratorio se selecciona en
base a las características de la instalación tal como se muestra en la Tabla 1
Tabla 1.- Valores de resistencia de puesta a tierra. [1]
|
Aplicación |
Valores máximos de resistencias de puesta a tierra. |
|
Instalaciones industriales de gran potencia |
10 Ω |
|
Industrias pequeñas |
5 Ω |
|
Hospitales. |
2 Ω |
|
Equipos electrónicos altamente sensibles. |
1 Ω |
|
Neutro de acometida en baja tensión. |
25 Ω |
Para el laboratorio por tratarse de una instalación de
poca potencia se una resistencia de
puesta a tierra de 5 Ω como máximo.
El cálculo de la resistencia de puesta a tierra de
electrodos verticales de 20 mm de diámetro se puede emplear la expresión:
(1)Donde:
r - Resistividad del suelo (W-m).
L - Profundidad del electrodo (m).
La resistividad de la tierra en el laboratorio es
de 116 W-m.
[2], Por tanto la resistencia de un electrodo de 2 m de longitud totalmente
enterrado tiene una resistencia de:
Los cálculos arrojaron que era necesario utilizar 14
electrodos separados 2,5 m entre ellos formando un polígono. Para el cálculo de
la resistencia de puesta a tierra de varios electrodos en paralelo se emplea la
expresión:
(2)Donde:
RP - Resistencia del grupo de electrodos (Ω)
R - Resistencia de un electrodo (Ω).
NV - Coeficiente de apantallamiento= 0,55 en este caso (Tabla 2).
n - Número de electrodos.
La resistencia de uno de los conductores de enlace, empleando un cable 1/0
de cobre trenzado se puede calcular por la expresión:
(3)Donde:
r - Resistividad del suelo (W-m).
L - Profundidad del conductor de enlace (m).
Tabla 2.- Coeficientes de
apantallamiento para electrodos verticales y horizontales. [3]
|
|
Relación S/L |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
|||||||
|
Electrodos en círculo o
polígono |
|||||||||
|
n |
NV |
NH |
NV |
NH |
NV |
NH |
|||
|
3 |
0,75 |
0,50, |
0,77 |
0,60 |
0,88, |
0,75 |
|||
|
5 |
0,69 |
0,45 |
0,75 |
0,55 |
0,85 |
0,70 |
|||
|
6 |
0,62 |
0,40 |
0,73 |
0,48 |
0,80 |
0,64 |
|||
|
8 |
0,58 |
0,36 |
0,71 |
0,43 |
0,78 |
0,60 |
|||
|
10 |
0,55 |
0,34 |
0,69 |
0,40 |
0,76 |
0,56 |
|||
|
20 |
0,47 |
0,27 |
0,64 |
0,32 |
0,71 |
0,45 |
|||
|
30 |
0,43 |
0,24 |
0,60 |
0,30 |
0,68 |
0,41 |
|||
|
50 |
0,40 |
0,21 |
0,56 |
0,28 |
0,66 |
0,37 |
|||
|
70 |
0,38 |
0,20 |
0,54 |
0,26 |
0,64 |
0,35 |
|||
|
100 |
0,35 |
0,19 |
0,52 |
0,24 |
0,62 |
0,35 |
|||
|
Electrodos en línea recta |
|||||||||
|
2 |
0,85 |
0,82 |
0,90 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
|||
|
3 |
0,78 |
0,80 |
0,86 |
0,92 |
0,91 |
0,95 |
|||
|
4 |
0,74 |
0,77 |
0,83 |
0,89 |
0,88 |
0,92 |
|||
|
5 |
0,70 |
0.74 |
0,81 |
0,86 |
0,87 |
0,90 |
|||
|
6 |
0,63 |
0,71 |
0,77 |
0,83 |
0,83 |
0,88 |
|||
|
10 |
0,59 |
0,62 |
0,75 |
0,75 |
0,81 |
0,82 |
|||
|
15 |
0,54 |
0,50 |
0,70 |
0,64 |
0,78 |
0,74 |
|||
|
20 |
0,49 |
0,42 |
0,68 |
0,56 |
0,77 |
0,68 |
|||
|
30 |
0,43 |
0,31 |
0,65 |
0,46 |
0,75 |
0,58 |
|||
Al igual que para los electrodos la resistencia de puesta a tierra del paralelo de todos los cables de enlace está dado por:
(4)Donde:
R
- Resistencia de un cable de enlace (W).
RC
- Resistencia de puesta a tierra de los cables de enlace (W).
NH
- Coeficiente de apantallamiento para el cable de enlace= 0,34 en este caso
(Tabla 2).
En
este caso:
La
resistencia total del conjunto está dada por:
5)Para este caso:
El área disponible en el laboratorio no permite
instalar más electrodos por lo tanto se acepta este valor de resistencia de
puesta a tierra como válido, el que en la práctica debe ser menor pues la
medición de la resistividad se efectuó en una época de sequía extrema.
En caso de que en un futuro se instalan equipos que
requieren resistencias de puesta a tierra de un Ohm o menores como es el caso
por ejemplo de los equipos de medición de descargas parciales se recomienda el
empleo de suelos artificiales, en específico la Hidrosolta de 30 Ω-cm, [32] muy
empleada en la construcción de sistemas de puesta a tierra de instalaciones
donde no se dispone de área suficiente para instalar un malla de tierra.
Dada la agresividad del terreno en
la zona de instalación del laboratorio de alta tensión se recomienda emplear
para el sistema de puesta a tierra electrodos de coperweld marca KLK, PL 20 RU, LISA DE 2000x14, 6 mm [4]
que está constituida por un alma de acero al carbono de dureza Britney entre
189y 220 H con un recubrimiento de cobre electrolítico mínimo de 0,3 mm.
Para el empalme entre el conductor
de enlace y los electrodos de tierra lo más recomendable sería el empleo de
soldadura exotérmica pero dado lo
costoso de las mismas y el no disponerse en el IUTC personal adiestrado en su
empleo se seleccionó la grapa para
electrodos de tierra de la marca KLK,
KB-1625 que admite conductores de diámetro desde 25 hasta 70 mm2 (el
cable de tierra propuesto 1/0 de cobre trenzado tiene 53,48 mm2) que
se muestra en la Fig. 3.5
|
 Dimensiones en (mm) |
|||
|
A |
B |
C |
T |
|
50 |
40 |
6 |
M10 |
Fig. 1.- Grapa de tierra seleccionada marca KLK, KB-1625. [4]
Como terminal conector de tierra se seleccionó
también el de la marca KLK, EC 70-6 que admite 6 conductores de diámetro desde
25 hasta 70 mm2 del tipo que se muestra en la Fig. 2. Este conector
garantiza la equipotencialidad necesaria para todos los equipos del laboratorio
debe ser instalado en la pared posterior del laboratorio a 30cm del altura
respecto al piso.
Fig. 2.- Terminal conector de tierra marca KLK, EC
70-6. [33]
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ayuden con información sobre diversos temas de la misma, consúltalos y sigue mi
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Referencias:
1.-
Portales eléctricos.com, Articulo 15 “Puesta a Tierra”. Disponible en:
http://portalelectricos.com/retie/cap2art15.php. [1]
2.-
Procesos de la investigación realizados por el autor y revisado por el tutor,
Venezuela-Cabimas 2013. [2]
3.-
Sistemas de puesta a tierra TEMA 8, CONFERENCIA Nº 30. ASIGNATURA: Alta
tensión. Material Didáctico. Dr. Juan Almirall Mesa. La Habana-Cuba. [3]
4.-
Catalogo de materiales de puesta a tierra de la KLK. [4]
5.-
Material didáctico para clases.
