Puesta a Tierra en Edificios Compatibilidad Electromagnética Grupo Nº 2 García Yohana Gudiño Susan Villarreal Elizabeth Mérida, Octubre 2003

Puesta a Tierra en Edificios de nueva construcción

1. Electrodo de tierra. 2. Líneas de enlace con tierra. 3. Puntos de puesta a tierra. 4. Líneas principales de tierra. 5. Derivaciones de líneas principales con tierra. 6. Conductores de protección. Esquema de un sistema de puesta a tierra en un edificio destinado principalmente a viviendas

Esquema de la toma de tierra

Punto de puesta a tierra y línea de enlace con tierra

Tabla 1. Conductor del electrodo de puesta a tierra para sistemas de corriente alterna Calibre del conductor mayor de entrada de acometida o su equivalente para conductores en paralelo. Calibre del conductor del electrodo de puesta a tierra. Cobre Aluminio o aluminio con recibrimiento de cobre Cobre Aluminio o aluminio con recubrimiento de cobre 2 o menor 1 o 1/0 2/0 o 3 Mayor de 3/0 a 350 350 a 600 600 a 1000 Mayor de1100 1/0 o menor 2/0 o 3/0 4/0 o 250 Mayor de 250 a 500 Mayor de 500 a 900 Mayor de 900 1750 Mayor de 1750 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 6 4 2 1/0 3/0 4/0 250

Puntos de puesta a tierra

Punto de puesta a tierra en una central de medidores

Puesta a tierra de una caja general de protección tipo BTV

- - - - 1.3.- Las nubes de tormenta. Corrientes de rayo + + + + Corrientes de aire

Corrientes de aire + + + + - - - -

- - - - - - + + + +

- - - - - - Campo Elécrtrico + + + + + +

- - - - - - Campo Elécrtrico + + + + + +

- -

Pulso generado por un rayo

Tabla 2. Características eléctricas del rayo Probabilidad de sobrepasar Duración total Número de descargas Cresta Carga Pendiente P% I(KA) Q(Coulombios) KA/us s n 50 10 1 26 73 180 6 69 330 48 74 97 0,54 1,9 35 0,09 0,56 2,7 1,8 5 12

Curva de distribución de amplitudes de corriente de rayo

Aspectos que se deben considerar cuando se proyecta la protección contra descargas de rayos: Se deben examinar las estructuras y las partes más expuestas a la caída del rayo deben ser tomadas en cuenta. Los conductores deben instalarse de manera que ofrezca la menor impedancia. El recorrido más directo es el mejor. La construcción mecánica debe ser fuerte.

Mapa mundial con la distribución de la frecuencia tormentosa

Indice de Riesgo: Ir = A + B + C + D + E + F + G Este ídice debe ser interpretado de la forma siguiente: 0 - 30: Sistema de protección opcional. 31- 60: Se recomienda una protección. Más de 60: La protección es indispensable.

USO AL QUE SE DESTINA LA ESTRUCTURA Tabla 3.1. Índice de riesgo A USO AL QUE SE DESTINA LA ESTRUCTURA VALOR DEL ÍNDICE A Casas y otras construcciones de tamaño similar. 2 Casas y otras construcciones de tamaño similar con antenas exteriores. 4 Industrias, talleres y laboratorios. 6 Edificios de oficina, hoteles, edificios de apartamentos. 7 Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos, salas de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de correos, estaciones, aeropuertos y estadios. 8 Escuelas, hospitales, guarderías infantiles y ancianatos. 10

Tabla 3.2. Índice de riesgo B TIPO DE CONSTRUCCIÓN VALOR DEL ÍNDICE B Estructura de acero con techo no metálico. 1 Concreto forzado con techo no metálico 2 Ladrillo, concreto liso o albañilería, con techo no metálico de material incombustible. 4 Estructura de acero o concreto armado con techo metálico. 5 Estructura de madera o con revestimiento de madera con techo no metálico de material incombustible. 7 Ladrillo, concreto liso, albañilería, estructura de madera con techo metálico. 8 Cualquier construcción con techo de material combustible. 10

CONTENIDO O TIPO DEL INMUEBLE Tabla 3.3. Índice de riesgo C CONTENIDO O TIPO DEL INMUEBLE VALOR DEL ÍNDICE C Inmuebles residenciales oficinas, industrias y talleres con contenido de poco valor, no vulnerable al fuego. 2 Construcciones industriales o agrícolas que contienen material vulnerable al fuego. 5 Plantas y subestaciones eléctricas y de gas, centrales telefónicas y estaciones de radio y televisión. 6 Plantas inductriales importantes, monumentos y edificios históricos, museos, galerías de arte y construcciones que contengan objetos de especial valor. 8 Escuelas, hospitales, guarderías y lugares de reunión. 10

Tabla 3.4. Índice de riesgo D GRADO DE AISLAMIENTO VALOR DEL ÍNDICE D Inmuebles localizados en un área de inmuebles o árboles de la misma altura, en una gran ciudad o bosque. 2 Inmuebles localizados en un área con pocos inmuebles de la misma altura. 5 Inmueble comlpletamente aislado que excede al menos dos veces la altura de las estructuras o árboles vecinos. 10

Tabla 3.5. Índice de riesgo E TIPO DE TERRENO VALOR DEL ÍNDICE E Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar. 2 Zona de colinas. 6 Zona montañosa entre 300 y 1000 m. 8 Zona montañosa por encima de 1000 m. 10

ALTURA DE LA ESTRUCTURA Tabla 3.6. Índice de riesgo F ALTURA DE LA ESTRUCTURA VALOR DEL ÍNDICE F Hasta 9 m. 2 de 9 m a 15 m. 4 de 15 m a 18 m. 5 de 18 m a 24 m. 8 de 24 m a 30 m. 11 de 30 m a 38 m. 16 de 38 m a 46 m. 22 de 46 m a 53 m. 30

NÚMERO DE DÍAS DE TORMENTAS POR AÑO Tabla 3.7. Índice de riesgo G NÚMERO DE DÍAS DE TORMENTAS POR AÑO VALOR DEL ÍNDICE G Hasta 3. 2 de 3 a 6. 5 de 6 a 9. 8 de 9 a 12. 11 de 12 a 15. 14 de 15 a 18. 17 de 18 a 21. 20 más de 21. 21

Ejemplo práctico para obtener el índice de riesgo: Un edificio residencial de 10 pisos, de 32m de altura, ubicado en Mérida (1600m sobre el nivel del mar), con estructura de concreto, paredes de bloque y arcilla frisado con mampostería, ubicado en un área donde hay pocos inmuebles de su tamaño.

Según las tablas anteriormente expuestas se obtiene lo siguiente: A = 7 para edificio residencial. B = 2 para edificio de concreto, paredes de bloque de arcilla. C = 2 para edificio residencial. D = 5 para área con pocos inmuebles de su tamaño. E = 10 para altura sobre el nivel del mar meyor a 1000m. F = 16 para altura del edificio entre 30 y 38m. G = 11 para los días de tormenta en el año, 12 estimados. Ir = 53. Resultando entre 30 y 60. Por consiguiente es recomendado instalar protección con pararrayos.

Pararrayos de puntas. Descripción e instalación.

Cobertura de protección del pararrayos de puntas

Dispositivos de pararrayos en forma de malla (máxima abertura de 10x20m) y derivados situados a distancia unos de otros de 20m como máximo

Conductores pararrayos dispuestos en edificios de más de 30m de altura

En edificios con alturas superiores a 43m Depósitos de hidrocarburos Chimeneas de fábricas Depósitos de hidrocarburos

Depósitos de gases líquidos

Iglesias

Redes equipotenciales de cuartos de baños y aseo. Elementos fundamentales para la protección de las personas en cuartos de baño y aseo. Volumen de prohibición Volumen de protección Redes equipotenciales

Redes equipotenciales de cuartos de baño y aseo

Puestas a tierra de antenas de TV. Daños ocasionados por caídas de rayos sobre antenas mal instaladas.

Caída de un rayo sobre una antena de T.V exterior

Instalación de antenas. Situación de antena de TV dentro del campo de protección del pararrayo

Equipo De Captación U-V-F-M

Detalle de la conexión a la red de puesta a tierra del edificio

Embarrado de protección de la centralización de contadores Unidades fundamentales de una centralización. Unidad funcional de medida Unidad funcional de entrada y fusibles Unidad funcional de salida y protección.

Embarrado de protección de una centralización de contadores

Cálculo de la puesta a tierra de edificios de nueva construcción Parámetros de interés Resistencia de puesta a tierra del edificio en conjunto. Valores máximos que nos garantizan la seguridad de las personas en caso de corrientes de defecto. Tipo de instalación Resistencia (ohm) Principalmente vivienda 80 máx Con pararrayo 15 máx De máxima seguridad 2 a 5 De ordenadores 1 a 2

Cálculo de la longitud en planta de la conducción enterrada

Cálculo para la puesta a tierra de un edificio de nueva construcción según la NTE – IEP : Parámetros de interés Longitud en planta de la conducción enterrada en metros. Naturaleza del terreno. Si el edificio lleva o no pararrayos.

Cálculo de la toma de tierra adecuada

Puesta a tierra en instalaciones eléctricas de obra Partes de la puesta a tierra de una obra. Acometida. Armario de protección y salida. Cuadro general de mando y protección. Circuitos internos. Instalación de puesta a tierra

Elemento a conectar en la Instalación de puesta a tierra provisional. Grúa torre. Armario de protección y salida. Cuadro general de mando y protecció Circuitos internos. Instalación de puesta a tierra

Esquema de puesta a tierra de una grúa y una hormigonera

Puesta a tierra en edificios existentes Electrodos Caja General de Protección Derivaciones Individuales Red de Tierra Puesta a Tierra

Posibles soluciones para la Puesta a Tierra de Edificios Existentes Electrodos Artificiales Picas Placas Cables enterrados Elementos de Construcción Tomas de Tierra de Hecho Tomas de Tierra con Cimentaciones de Hormigón Armado Puesta a tierra con vigas metálicas

Soldadura entre si de las varillas metalicasde los pilares o las cimentaciones

Métodos de medida y control de las instalaciones de tierra

Objetivos: No existan peligrosas diferencias de potencial. Se permita el paso a tierra de las corrientes de falla (o de defecto) y/o de las descargas de origen atmosférico.

Conocimientos previos al cálculo de la resistencia de tierra Resistividad (ρ) Método de Wenner Sistema simétrico

El Concepto de Resistencia a Tierra dr  2 1

Método de medida sencillo para “R” Conocido ρa Se reduce a: K.r=ρ K1.r=R

Tabla Nº 1. Cálculo sencillo de “ ” y “R” Intervalo “a” [m] Profundidad “h” [m] Lectura “r”=V/I Resistividad Resistencia Coeficiente “K”=2na =r.K [Ω.m] Coeficiente “K1” R=r.K1 [Ω] 2 1,5 12,58 7,49 4 3 25,16 8,44 6 4,5 37,75 8,98 8 50,20 9,36 10 7,5 62,90 9,65 12 9 75,40 9,89 14 10,5 88,00 10,10 16 100,60 10,30 18 13,5 113,50 10,45 20 15 125,66 10,57 22 16,5 138,23 10,70 24 150,80 10,80

Métodos de medida de resistencia a tierra

Método del electrodo auxiliar de resistencia despreciable

Método de los dos electrodos auxiliares

Método de la caída de tensión Electrodo de Tierra Sonda de Tensión Sonda de Corriente

Método de la caída de tensión Curvas para calcular la resistencia de tierra de un electrodo

Método de la caída de tensión  V Iv = 0 P C E x y d a b Vf

Método de la caída de tensión La resistencia medida será: el valor verdadero de la resistencia en E:

Método de la caída de tensión Regla del 61,8 % Si los electrodos P y C están alineados se cumple que: d  x+ y Despejando “y” y sustituyendo se obtiene: Ecuación que tiene como solución x = 0,618.d y x = -1,618.d

Método de la caída de tensión Perfil de voltaje en la medición Vf D (a) (b) V D3 D2 D1 x V zona de influencia del SCT zona de mínima pendiente

Equipos de medición de resistencia a tierra Telurómetro

Medición con picas auxiliares envueltos en bayetas húmedas

Comprobador de tierras Megger

Comprobador de tierras Megger

Comprobador de tierras Megger en el laboratorio de máquinas

Equipos para mediciones eléctricas comerciales Otros equipos de medición… Controladores de tierra… Verificador de atadura a tierra…

Consejos prácticos para la instalación y mantenimiento de una buena toma de tierra en edificios de nueva construcción o edificios existentes

Consejos para el emplazamiento de los electrodos Conductividad máxima Difusión de las posibles corrientes de fuga Evitar que circulen gradientes de potencial elevados No dejar al aire los electrodos Muros, rocas, etc. mayor de 3m

Consejos para el emplazamiento de los electrodos Evitar corrientes parásitas Debajo de la cimentación del edificio Soldadura aluminotérmica Aislar los conductores de protección con igual sección que los de fase.

Consejos para el emplazamiento de los electrodos Un sistema con una pobre puesta a tierra es lo mismo que no tener protección alguna…

Consejos prácticos para el mantenimiento de la resistencia de puesta a tierra de una toma de tierra Métodos más utilizados: Tratamientos con sales (2 años máx) Tratamientos con geles (6 a 8 años) Tratamientos por abonado electrolítico del terreno (10 a 15 años)

Esquemas de Puesta a Tierra

Esquema global de p.a.t en edificios

Partes que comprenden un sistema de p.a.t Elementos de una puesta a tierra

Esquema global de p.a.t

Ejemplo de un sistema de p.a.t (vista en planta)

Esquema de un sistema de p.a.t (vista en alzado)

Detalle de un punto de p.a.t

Ejemplos de sistemas de p.a.t

Ejemplos de sistemas de p.a.t

Ejemplos de sistemas de p.a.t