SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

Presentación del tema: "SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA"— Transcripción de la presentación:

1 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

2 ANTECEDENTES TÉCNICOS
1. REGULACIONES OFICIALES La autoridad administrativa sectorial en el sector eléctrico tiene a su cargo el Código Nacional de Electricidad como instrumento de Normativa Técnica, cuyas aplicación de pautas y recomendaciones se asimila al otorgamiento de Licencias de Construcción por parte de las municipalidades con la participación de organismos especializados como el Colegio de Ingenieros del Perú. EL CÓDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD Es un compendio de Normas, recomendaciones y procedimientos para cautelar la seguridad de las personas contra el peligro del uso de la electricidad; la versión al mes de mayo de 1978 consta de cinco tomos, orientados a subsistemas, en ellos se privilegia la conexión a tierra; empezando por el Tomo 1, capítulo 3 título 3.5.1, inciso c) que considera requisito mínimo de seguridad contra accidentes eléctricos, la conexión a una toma de tierra de todas las masas de una misma instalación.

3 ANTECEDENTES TÉCNICOS
EL DECRETO SUPREMO N° 25 – 94 Es una directiva de rango superior, emitida el 7/12/94 que encarga a las municipalidades el otorgamiento de licencias de construcción, el control de las mismas y la conformidad de la obra de toda edificación dentro de su jurisdicción, proponiendo asimismo, los organismos que intervienen en la aprobación y los documentos técnicos a ser examinados, entre los cuales se cuentan los planos de instalaciones eléctricas según prescripciones del Código Nacional de Electricidad. Las edificaciones que no incluyen en sus instalaciones eléctricas interiores, la puesta a tierra con el respectivo circuito de protección que llega hasta la tercera entrada de los receptáculos de tomacorrientes, contravienen la norma e incumplen la licencia de construcción otorgada.

4 JUSTIFICACIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
Para que un sistema de energía eléctrica opere correctamente con una apropiada continuidad de servicio, con un comportamiento seguro de los sistemas de protección y para garantizar los niveles de seguridad personal es necesario que el sistema eléctrico en su conjunto posea un sistema de puesta a tierra como se muestra en la siguiente figura.

5 OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA
Los objetivos de una conexión a tierra son: Conducir a tierra todas las corrientes anormales que se originan como consecuencia de carcazas de los equipos eléctricas energizados. Evitar que aparezcan tensiones peligrosas para la vida humana en las carcazas metálicas de los equipos eléctricos. Permitir que la protección del circuito eléctrico, despeje la falla inmediatamente ocurrida ésta.

6 ¿POR QUÉ CONECTAR A TIERRA SISTEMAS Y CIRCUITOS?
Para limitar tensiones debido a: Rayos. Sobretensiones. Contactos indirectos frente a falla de aislamiento. Estabilizar la tensión durante operaciones normales (maniobras). Facilitar la operación de los interruptores de circuito (Ej. Interruptor diferencial).

7 TIPOS DE PUESTA A TIERRA
CONEXIONES TÍPICAS DE ATERRAMIENTO DEL NEUTRO DE UN SISTEMA SISTEMA ELÉCTRICO CON NEUTRO AISLADO El neutro real o virtual flota con tensión propia sobre tierra. Las tensiones están referidas a tierra a través de las capacitancias parásitas. El retorno de corriente de fallas monofásicas a tierra es de pequeña intensidad. El sistema no presenta seguridad, pero es confiable.

8 TIPOS DE PUESTA A TIERRA
CONEXIONES TÍPICAS DE ATERRAMIENTO DEL NEUTRO DE UN SISTEMA SISTEMA ELÉCTRICO CON NEUTRO A TIERRA El neutro real o punto de referencia y la tierra son solidarios. Las tensiones están referidas a tierra directamente a través del neutro puesto a tierra. El retorno de corrientes de falla es de gran intensidad. Sistema presenta seguridad, pero no confiabilidad.

9 PUESTA A TIERRA DE LOS EQUIPOS ELÉCTRICOS
Su propósito es eliminar los potenciales de toque que pudieran poner en peligro la vida y las propiedades y para que operen las protecciones por sobrecorriente de los equipos. Se logra conectando al punto de conexión del sistema eléctrico con tierra, todas las partes metálicas que pueden llegar a energizarse, mediante un conductor apropiado a la corriente de cortocircuito del propio sistema en el punto de la conexión. En la siguiente figura se observan las conexiones a tierra del sistema de las partes metálicas de los aparatos y equipos metálicos eléctricos.

10 RESISTIVIDAD DEL TERRENO
La resistividad de los suelos se expresar en Ω–m, Ω–cm ú Ω–mm, que corresponde a la resistencia que presenta un cubo de 1 metro cúbico de suelo o aguas, entre sus paredes laterales (aristas) y se representa por la letra griega ρ. La resistividad del terreno depende de su naturaleza, estratificación (capas de distinta composición), contenido de humedad, salinidad y temperatura. La resistividad de un terreno también se ve afectado por las variaciones estacionales.

11 RESISTIVIDAD DEL TERRENO
FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS En la resistividad del terreno influyen los siguientes factores y es necesario su evaluación: Naturaleza de los suelos. La humedad. La temperatura del terreno. La concentración de sales disueltas. La compactación del terreno. La estratificación del terreno.

12 RESISTIVIDAD DEL TERRENO
NATURALEZA DE LOS SUELOS Los suelos son buenos, regulares o malos conductores de la electricidad, en función de su naturaleza. El análisis y conocimiento de esta naturaleza es el primer paso para la instalación adecuada del sistema de puesta a tierra.

13 RESISTIVIDAD DEL TERRENO
RESISTIVIDADES TÍPICAS El Código Nacional de Electricidad Tomo I prescripciones generales, detalla las resistividades de los diferentes terrenos y en todo caso son valores referenciales durante el desarrollo de este curso:

14 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Para conseguir un valor bajo de resistencia de puesta a tierra es necesario saber la resistividad del terreno y su espesor respectivo, para ello debe evaluarse el comportamiento del suelo como conductor eléctrico a partir de medidas realizadas con un instrumento llamado Telurómetro. En gran parte de las ciudades del país, a la profundidad que se entierran los electrodos de puesta a tierra (máximo 3,5 m) el suelo está compuesto mayormente de dos estratos: Un estrato superficial. Un estrato subyacente. En la Fig. se observa el modelo de suelo de dos estratos donde se tiene que cada estrato posee una resistividad y su respectiva profundidad, asimismo, cada estrato tiene diferente composición de terreno.

15 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Un estrato superficial Generalmente de tierra limosa y/o tierra arenosa, con un espesor variable entre 0,3 y 1,2 m, normalmente seco en la costa y húmedo en la sierra y selva Un estrato subyacente Constituido por conglomerados finos y pedregosos en la costa, así como rocosos y pedregosos en la sierra y selva alta.

16 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
FINALIDAD DE LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD El objetivo de la medición de la resistividad tiene las siguientes finalidades: Obtener la resistividad de cada estrato o capa. Encontrar la profundidad de los estratos o capa. Ubicación óptima de las instalaciones de puesta a tierra.

17 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
FINALIDAD DE LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD El objetivo de la medición de la resistividad tiene las siguientes finalidades: Obtener la resistividad de cada estrato o capa. Encontrar la profundidad de los estratos o capa. Ubicación óptima de las instalaciones de puesta a tierra.

18 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
PRECAUCIONES PARA LA MEDICIÓN Las mediciones deben efectuarse en épocas apropiadas en la sierra en estiaje y en la costa en verano. Los electrodos de exploración deben tener un buen contacto con el terreno. Si el terreno es deslizable remover el material suelto hasta encontrar tierra firme. Si el suelo tiene capa gruesa de arena verter agua en el punto de clavado de los electrodos. Verificar el punto de contacto de la bornera de los instrumentos y la toma de los electrodos. Verificar los conductores gastados para evitar puntos de degradación del aislamiento. Verificar la presencia de corrientes inducidas. La resistencia de los electrodos auxiliares y conductores deben ser tal que no influyan en las mediciones.

19 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
MÉTODOS DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD Para un análisis real del terreno es fundamental efectuar la medición de la resistividad del terreno. Los métodos de medición se pueden clasificar en:

20 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
MÉTODO DE LOS TRES ELECTRODOS Básicamente consiste en medir la resistencia de puesta a tierra de un electrodo de dimensiones conocidas, enterrado en un terreno cuya resistividad se desea conocer. El cálculo de la resistividad aparente a una profundidad dada, puede ser realizada utilizando cualquiera de las tres ecuaciones a, b, c; aunque se puede recomendar el uso de la ecuación “c” a partir de la cual se obtiene.

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MÉTODO DE LOS TRES ELECTRODOS Este método tiene muchas limitaciones, no obstante, actualmente es utilizado por algunas compañías.

22 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
MÉTODO DE LOS CUATRO ELECTRODOS El principio de este método está basado en la medición de la diferencia de potencial entre dos de los electrodos, luego de haber inyectado al terreno una corriente a través de los otros dos. La corriente inyectada puede ser corriente continua conmutada o corriente alterna de baja frecuencia (menores de 200 Hz) por razones de acoplamiento entre los conductores. La ecuación fundamental para la medición de resistividad mediante cuatro electrodos, teniendo en cuenta la Fig. es:

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MÉTODO DE LOS CUATRO ELECTRODOS Si el terreno considerado es homogéneo, el valor de la resistividad medida por este método corresponderá al valor único de resistividad presente en el terreno; pero sí no es homogéneo, entonces el valor obtenido será ficticio, llamándose resistividad aparente y se designa por ρa. Existen varias configuraciones clásicas de este método, dependiendo de la forma relativa en que se ubiquen los electrodos.

24 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Configuración de Wenner Para esta configuración, los cuatro electrodos se colocan en una línea recta, con igual separación y profundidad de penetración en el terreno. El método de medición está basado en la ecuación que se muestra desarrollada por el Dr. Frank Wenner, donde los electrodos 1 y 4 (externos) se utilizan para inyectar la corriente y los electrodos 2 y 3 (centrales) sirven para medir la diferencia de potencial que al dividirse por la corriente inyectada da un valor de resistencia R. Luego:

25 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Configuración de Wenner

26 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Configuración de Wenner En la configuración de Wenner, los electrodos de corriente (C) y los electrodos de Potencial (P) pueden tener 3 arreglos alternativos, sin alterar el resultado de la resistividad que se va a medir, siempre y cuando se aplique la expresión adecuada. Estos arreglos son mostrados en la siguiente tabla, siendo el más frecuente utilizado para las mediciones el arreglo C – P – P – C.

27 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD
Arreglos alternativos en la configuración WENNER La configuración de Wenner permite una visualización más rápida de la curva, ya que la resistividad puede ser obtenida en forma más directa a partir de los valores de resistencia R leídos en el instrumento.

28 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
El cálculo de la resistencia de puesta a tierra involucra el cálculo de la misma resistencia a tierra, ya sea de un electrodo elemental, una combinación simple de electrodos, una combinación compleja de electrodos (malla de tierra) o de mallas de tierra interconectadas. La resistencia de puesta a tierra total tiene tres componentes: La resistencia del conductor conectado al sistema de puesta a tierra, que está en función de su resistividad, longitud y sección. La resistencia de contacto entre la superficie del electrodo y el suelo, este valor es usualmente pequeño si el electrodo está libre de pintura o grasa, esto se elimina efectuando un buen contacto entre el electrodo y tierra. La resistencia de la tierra alrededor del electrodo que es la resistencia principal que influirá en la resistencia total de la puesta a tierra.

29 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

30 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
ELECTRODOS VERTICALES (Jabalina)

31 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
JABALINA ENTERRADA A PARTIR DE UNA PROFUNDIDAD “T”.

32 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
ELECTRODOS HORIZONTALES La resistencia de aterramiento de un conductor o electrodo enterrado horizontalmente en el suelo a una profundidad “h” metros será:

33 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
RESISTENCIA DE MALLA Otra forma de configurar una puesta a tierra es mediante una malla entrelazada por conductores de cobre, la unión de los puntos de la malla debe ser tal que no exista calentamiento en dicha unión, con ello se pueden lograr resistencias más bajas que en las configuraciones anteriores.

34 EJECUCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
PARTES DE UNA PUESTA A TIERRA Presentan una configuración sencilla, basada en un electrodo simple embutido en un relleno dentro de una excavación, con accesorios de conexión al tablero eléctrico. El electrodo adoptado, depende de las características del suelo y de su resistividad.

35 EJECUCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
PARTES DE UNA PUESTA A TIERRA

36 EJECUCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
Conectores típicos

37 EJECUCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
LISTA DE REQUERIMIENTOS Según las características de la puesta a tierra a ser instalada, se preverá la adquisición de materiales e insumos, mano de obra y servicios conexos, a partir de las siguientes partidas con costos referenciales, en US$ dólares a noviembre de 1998.

38 EJECUCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
LISTA DE REQUERIMIENTOS Según las características de la puesta a tierra a ser instalada, se preverá la adquisición de materiales e insumos, mano de obra y servicios conexos, a partir de las siguientes partidas con costos referenciales, en US$ dólares a noviembre de 1998.

39 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
TIPO DE PRUEBA Existen básicamente dos tipos de pruebas. Las demás son variaciones de éstas. Aunque muy parecidos, los resultados de las mediciones no son exactamente los mismos. Los métodos son: Método de caída de potencial: Llamado también tres puntos, 62%, etc. Método directo: También conocido como dos puntos.

40 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
CONSIDERACIONES PARA LA MEDICIÓN La instalación debe estar desenergizada. Se deben retirar todas las conexiones a la puesta a tierra. La medición se efectúa utilizando un instrumento especial (telurómetro). Si las circunstancias no permiten alinear el electrodo que se está midiendo (E), el electrodo de potencia (P) y el electrodo de inyección de corriente (C), el electrodo P debería estar a la mitad entre E y C y el ángulo interior que tiene a P como vértice debe ser mayor o igual a 100°.

41 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
MÉTODO DE LOS TRES ELECTRODOS También denominado método de caída de potencial o método del 62%, este es uno de los más utilizados en la medición de resistencia de puesta a tierra y lo representamos en forma esquemática en la figura 6.5. E es el electrodo de tierra a medir y P y C son los electrodos auxiliares que permiten conocer la corriente que circula entre los electrodos E y C y la diferencia de potencial entre E y P. Si la intensidad de corriente es I y la diferencia de potencial es V, el cociente V/I dará el valor de la resistencia del electrodo E. El principio de este método está basado en la medición de la diferencia de potencial entre dos de los electrodos, luego de haber inyectado al terreno una corriente a través de los otros dos. La corriente inyectada puede ser corriente continua conmutada o corriente alterna de baja frecuencia (menores de 200 Hz) por razones de acoplamiento entre los conductores. Si el electrodo de intensidad de corriente está, por ejemplo, a una distancia D1 del electrodo E a medir, siendo esta distancia tal que los campos de acción de estas resistencias se superponen, si se realiza una serie de medidas con el electrodo auxiliar de tensión P a diferentes distancias de E, resultará una curva del tipo EFG.

42 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
Si el electrodo auxiliar de intensidad de corriente C lo colocamos a una distancia D2 de forma que las zonas de influencia no se interfieran, resultará una curva del tipo EFABM, con una parte AB prácticamente horizontales. La resistencia correspondiente a esta parte horizontales es la verdadera resistencia del electrodo E que deseábamos medir.

43 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
ESQUEMA DE PRINCIPIO PARA LAS MEDIDAS APROXIMADAS Se considera el suelo como si tuviese resistividad uniforme (ρ) y se aplica el principio de “Caída de Potencial”, con un circuito de corrientes (C1, C2) y un circuito de potencial (C1, P2) definiéndose tres puntos esenciales. C1 : Electrodo de puesta a tierra. P2 : Electrodo de potencial. C2 : Electrodo de referencia. La puesta a tierra figura a través de su radio hemisférico equivalente (ro).

44 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
RADIO HEMISFÉRICO EQUIVALENTE Con la expresión teórica de la resistencia de dispersión (Rj) del electrodo en suelo natural, se determina (ro) al compararla con el parámetro equivalente (Rt) que se obtiene con medidas bajo el principio de caída de potencial, es decir, (Rj = Rt). Considerando los electrodos propuestos resultará:

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46 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
RADIO HEMISFÉRICO EQUIVALENTE Con la expresión teórica de la resistencia de dispersión (Rj) del electrodo en suelo natural, se determina (ro) al compararla con el parámetro equivalente (Rt) que se obtiene con medidas bajo el principio de caída de potencial, es decir, (Rj = Rt). Considerando los electrodos propuestos resultará:

47 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

48 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
DISTANCIAS DE MEDIDA APLICABLES A LOS ELECTRODOS PROPUESTOS HORIZONTAL VERTICAL

49 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
DISTANCIAS DE MEDIDA APLICABLES A LOS ELECTRODOS PROPUESTOS La precisión de la medida central se estima contando con los otros dos valores lateral es medidos a la misma puesta a tierra.

50 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
VALORES DE RESISTENCIA La principal función de las puestas a tierra consiste en garantizar la seguridad de las personas, eso hace que en todo diseño se fije una resistencia objetivo. Por lo tanto, los valores que recomendamos a continuación son obtenidos de la experiencia cotidiana, sin que necesariamente obedezcan a una norma específica o a una meta obligatoria.

51 MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
ACABADO EXTERIOR Y SEÑALIZACIÓN Acabado exterior de las puestas a tierra. Señalización de la puesta a tierra

52 MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
FUNCIONAMIENTO DE UNA PUESTA A TIERRA Funcionamiento permanente Funcionamiento ocasional