lunes, 12 de abril de 2010

sistema de puesta a tierra


Tabla de contenido
1. Introducción. 4
2. Objetivos. 5
2.1 Objetivo general. 5
2.2. Objetivos específicos. 5
3. Marco Teórico 6
3.1. Definición. 6
4. DISEÑO DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. 6
5. Requisitos Generales de las Puestas a Tierra. 7
6. Materiales de los sistemas de puesta a tierra. 8
8. Mediciones. 10
9. Medición de tensiones de paso y contacto. 10



1. INTRODUCCION.

La puesta a tierra es una de las medidas de protección que garanticen un alto nivel de seguridad en las instalaciones.
En este trabajo el aprendiz conocerá todo lo referente al sistema de puesta a tierra el cual es de vital importancia en su proceso de aprendizaje como tecnólogo supervisor de redes de distribución de energía eléctrica. La puesta a tierra se basa en la propiedad de que las cargas eléctricas (electrones) siempre intentarán alcanzar valores energéticos mínimos para estar en equilibrio. La tierra es el punto de potencial cero, masa o energía mínima que mejor se adapta a los requisitos de las instalaciones eléctricas, siendo utilizada como tensión de referencia o tensión neutra. No obstante, el valor de este potencial no es constante en todos los terrenos, viéndose influenciada por corrientes telúricas u otras anomalías del substrato. Tampoco la resistividad del terreno es igual y uniforme para los distintos terrenos, dependiendo de los materiales que lo forman. Ni tan siquiera para un mismo tipo de terreno, los valores de la resistividad se mantendrán constantes a lo largo del año, variando desde valores mínimos en épocas lluviosas y húmedas, a valores máximos durante los periodos secos.




2. OBJETIVOS.
2.1 Objetivo general.
Comprender la importancia de los Sistemas de Puesta a Tierra, su uso e implementación.

2.2. Objetivos específicos.
Establecer medidas que garanticen la seguridad de las personas, de la vida animal y vegetal y por consiguiente, la preservación del medio ambiente.

Minimizar o eliminar los riesgos de origen eléctricos, a partir del cumplimiento de los requisitos civiles mecánicos y de fabricación de equipos.

Conocer la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética.

Conocer sus funciones primordiales tales como las de garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.

Aprender de que forma los equipos de protección despejan rápidamente las fallas.

servir de referencia común al sistema eléctrico, conducir y disipar con eficiencia las corrientes de falla, electro estática y de rayo. Entre otras.



3. MARCO TEORICO.
3.1. Definición.
El sistema puesta a tierra (SPT) cubre el sistema eléctrico, y los apoyos o estructuras que ante una sobretensión temporal, puedan desencadenar una falla.
Este sistema permite que en cualquier punto del sistema tanto interior o exterior, normalmente accesible a personas que puedan transitar o permanecer allí, no estén sometidos a tensiones de paso de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano, cuando se presente una falla. Teniendo en cuenta que el criterio fundamental, para garantizar la seguridad de los seres humanos es la máxima energía eléctrica que pueden soportar debido a tensiones de paso.

4. DISEÑO DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.
En el capitulo II artículo 15 encontramos los parámetros necesarios para el diseño de un sistema de puesta a tierra entre los cuales tenemos que el diseñador de sistemas de puesta a tierra para centrales de generación, líneas de transmisión de alta y extra alta tensión y subestaciones, deberá comprobar mediante el empleo de un procedimiento de calculo, reconocido por la practica de la ingeniería actual, que los valores máximos de las tensiones de paso y de contacto a que puedan estar sometidos los seres humanos, no superen los umbrales de soportabilidad siendo así, para efectos del diseño de una puesta a tierra de subestaciones se deben calcularlas tensiones de paso de contacto y transferencias, las cuales deben tomar como base una resistencia del cuerpo de 1000 ohmios y cada pie como una placa de 200 cm2 aplicando una fuerza de 250 N para esto se sugiere un procedimiento básico el cual es en siguiente:
Investigar las características del suelo, especialmente la resistividad.
Determinar la corriente máxima de falla a tierra, que debe ser entregada por el operador de red en media y alta tensión para cada caso particular.
Determinar el tiempo máximo de despeje de la falla para efectos de simulación.
Investigar el tipo de carga.
Calcular preliminar la resistencia de la puesta a tierra.
Calcular las tensiones de paso, contacto y transferidas en la instalación.
Evaluar el valor de las tensiones de paso, contacto y transferidas calculadas con respecto a la soportabilidad del ser humano.
Investigar las posibles tensiones transferidas al exterior, debidas a tuberías, mallas, conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización, además del estudio de las formas de mitigación.
Ajustar y corregir el diseño inicial hasta que se cumpla los requerimientos de seguridad.
Presentar el diseño definitivo.
En instalaciones de uso final con subestación de uso final con subestación tipo poste el diseño de la puesta a tierra puede simplificarse, pero deben tenerse en cuenta los parámetros de resistividad del terreno, corrientes de falla que se pueden presentar y los tipos de cargas a instalar. En todo caso se deben controlar las tensiones de paso y de contacto.
5. Requisitos Generales de las Puestas a Tierra.
Ahora se estudiaran los requisitos necesarios para la instalación del sistema de puesta a tierra, Esto según el reglamento que lo rige (RETIE). Este sistema de puestas a tierra debe cumplir con los siguientes requisitos:
Capitulo II artículo 15.2. Los elementos metálicos que no forman parte de las instalaciones eléctricas no podrán ser incluidos como parte de los conductores de puesta a tierra.
Los elementos metálicos principales que actúan como refuerzo estructural de una edificación deben tener una conexión eléctrica permanente con el sistema de puesta a tierra general.
Las conexiones que van bajo nivel del suelo en puestas a tierra, deben ser realizadas mediante soldadura exotérmica o conector certificado para enterramiento directo y demás condiciones de uso conforme a la guía norma IEEE 837 o la norma NTC 2206.
Para verificar que las características del electrodo de puesta a tierra y su unión con la red equipotencial cumplan con el presente reglamento, se deben dejar puntos de conexión y medición accesibles e inspeccionadas al momento de la medición. Cuando para este efecto se construyan cajas de inspección, sus dimensiones deben ser mínimo de 30 cm x 30 cm, o de 30 cm de diámetro si es circular y su tapa debe ser removible.
No se permite el uso de aluminio en los electrodos de las puestas a tierra.
En sistemas trifásicos de instalaciones de uso final con cargas no lineales, el conductor de neutro debe ser dimensionado con por lo menos 173% de la capacidad de corriente de las cargas no lineales del diseño de las fases, para evitar sobre cargarlo.



6. Materiales de los sistemas de puesta a tierra.
Citando en reglamento vemos que:
Los materiales de puesta a tierra deberán ser certificados y cumplir los siguientes requisitos.
15.3.1 (RETIE) Electrodos de puesta a tierra.
Para efectos del presente Reglamento serán de obligatorio cumplimiento que los electrodos de puesta a tierra, cumplan los siguientes requisitos, adoptados de las normas IEC 60364-5-54, BS 7430, AS 1768,
UL 467, UNESA 6501F y NTC 2050:
La puesta a tierra debe estar constituida por uno o varios de los siguientes tipos de electrodos:
Varillas, tubos, placas, flejes o cables.
b. Se podrán utilizar electrodos de cable de acero galvanizado, siempre que se garanticen las condiciones de seguridad establecidas en este Reglamento.
c. Los fabricantes de electrodos de puesta a tierra deben garantizar que la resistencia a la corrosión del electrodo, sea de mínimo 15 años contados a partir de la fecha de instalación. Para certificar este requisito se podrá utilizar el método de la inmersión en cámara salina durante 1000 horas o usando muestras de suelo preparadas en laboratorio, utilizando arena lavada, greda limpia u otro medio uniforme conocido en electrolitos de solución ácida débil en concentración, que permita simular los suelos más corrosivos donde se prevea instalar los electrodos de acuerdo con la norma ASTM G 162 o la norma ASTM G 1.
d. El electrodo tipo varilla o tubo debe tener mínimo 2,4 m de longitud; además, debe estar identificado, con la razón social o marca registrada del fabricante y sus dimensiones; esto debe hacerse dentro los primeros 30 cm desde la parte superior.
e. El espesor efectivo de los recubrimientos exigidos en la Tabla 23, en ningún punto debe ser inferior a los valores indicados.
f. Para la instalación de los electrodos se deben considerar los siguientes requisitos:
El fabricante debe informar al usuario si existe algún procedimiento específico para su Instalación y adecuada conservación.
La unión entre el electrodo y el conductor de puesta a tierra, debe hacerse con soldadura Exotérmica o con un conector certificado para enterramiento directo.
Cada electrodo debe quedar enterrado en su totalidad.
El punto de unión entre el conductor del electrodo de puesta a tierra y la puesta a tierra debe ser Accesible y la parte superior del electrodo enterrado debe quedar a mínimo 15 cm de la superficie. Este ítem no aplica a electrodos enterrados en las bases de estructuras de líneas de transmisión ni a electrodos instalados horizontalmente
El electrodo puede ser instalado en forma vertical, horizontal o con una inclinación adecuada, Siempre que garantice el cumplimiento de su objetivo, conforme al numeral 3 del literal c del de la sección 250-83 de la NTC 2050

7. Mediciones.

15.5.1 (RETIE) Medición de resistividad aparente.
Existen diversas técnicas para medir la resistividad aparente del terreno. Para efectos del presente
Reglamento, se puede aplicar el método tetraelectródico de Wenner, que es el más utilizado para aplicaciones eléctricas. Igualmente, se podrán utilizar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.

La ecuación exacta, utilizada es:


4πaR
P= 1+ 2a ⁄ √(a²+4b²) - a ⁄ √ a²+b²



ρ es la resistividad aparente del suelo en ohmios metro
a es la distancia entre electrodos adyacentes en metros.
b es la profundidad de enterramiento de los electrodos en metros.
R es la resistencia eléctrica medida en ohmios, calculada como V/I
Cuando b es muy pequeño comparado con a, se tiene la siguiente expresión:

ρ = 2πaR

8. Medición de tensiones de paso y contacto.

Las tensiones de paso y contacto calculadas deben comprobarse antes de la puesta en servicio de subestaciones de alta tensión y extra alta tensión, así como en las estructuras de transmisión localizadas
en zonas urbanas o que estén a menos de 20 m de escuelas o viviendas, para verificar que se encuentren dentro de los límites admitidos. Para subestaciones deben comprobarse hasta un metro por fuera del encerramiento y en el caso de torres o postes a un metro de la estructura.
En la medición deben seguirse los siguientes criterios adoptados de la IEEE-81.2 o los de una norma técnica que le aplique, tal como la IEC 61936-1.
Las mediciones se harán preferiblemente en la periferia de la instalación de la puesta a tierra. Se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas queden falseadas como consecuencia
de corrientes espurias o parásitas circulantes por el terreno.
Los electrodos de medida para simulación de los pies deberán tener cada uno una superficie de 200 cm2 y ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N.
Consecuentemente, y a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto de dichas corrientes, por ejemplo, método de inversión de la polaridad, se procurará que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y preferiblemente no inferior a 50 amperios para centrales y subestaciones de alta tensión y 5 amperios para subestaciones de media tensión.
Los cálculos se harán suponiendo que existe proporcionalidad para determinar las tensiones máximas posibles.
Se podrán aceptar otros métodos de medición siempre y cuando estén avalados por normas técnicas internacionales, NTC, regionales o de reconocimiento internacional; en tales casos, quien utilice dicho método dejará constancia escrita del método utilizado y la norma aplicada.



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