1 Ing. Wilfredo J. Lezama R. Manual de Adiestramiento Sistemas de Puestas a Tierra Agosto/2009 2 ndice de Contenidos Pg. Introduccin3 Objetivo General 4 UNIDAD I: Sistema de puesta a tierra consideraciones tericas 5- 38 UNIDADII:Crecimientodepotencialenlamalladetierra(GPR)yTensionesdeseguridadyProgramaCDEGS.Compatibilidad Electromagntica 39- 48 UNIDADIII:Diseodesistemadepuestaatierrasegnlasnormas que la rigen. 49- 65 Referencias bibliogrficas 66 3 Introduccin La gestin de seguridad integral personal y equipos en las subestaciones, edificaciones y lneas de transmisin,tiene una alta dependencia del desempeo ylaeficienciadeunSistemadePuestaaTierraantessituacionesnormalesy anmalasqueocurradentrodelasinstalacionestantoenrgimenpermanente como transitorio,bien sea por descargas atmosfricas fallas de equipos y errores humanosalmomentodemaniobrarunequipo,uneficienteSistemadePuestaa Tierranosgarantizadeformasegura,yconfiableelsuministroelctricoa nuestros usuarios y la integridad del personal que labora dentro las instalaciones. EsteManualdeAdiestramientocontribuyealdesarrollodelas competencias requeridas para disear, evaluar, y ejecutar mejoras a los Sistemas de Puesta a Tierra al personal de mantenimiento, ingenieray cualquier trabajador que estinvolucrado en este campo. 4 Objetivo General Alfinalizarelcursoelparticipanteestarencapacidadde:disearsistemade puestaatierradesubestacionesylneasdetransmisin,atendiendoalos parmetros establecidos por las normas IEEE 81-1983 y IEEE 80-2000. 5 Unidad I Sistemas de Puesta a Tierra. Consideraciones Tericas Objetivo Terminal: Identificar los Aspectos Tericos relacionados conlos Sistemas de Puesta a Tierra. 6 Conceptos Bsicos de los Sistemas de Puesta a Tierra. Tierra LaTierraseconsideracomounamasagigantescaconpropiedades prcticamenteilimitadasparaabsorbercantidadesdeelectricidadestticaocarga sin cambiar su potencial, es decir, una masa que debido a sus dimensiones tiene muybajaimpedanciaomuyaltacapacitancia.Porlotanto,latierrasedefine normalmente como aquella masa conductiva con tales propiedades elctricasque el potencial es considerado como igual a cero en cualquier punto. Sin embargo, esta definicin involucra una tierra ideal, la cual en laprctica, parazonasdelimitasla superficiedelatierra,secomportademaneradiferente.Debetenersemucho cuidadoalconsiderarlatierraaunpotencialnuloocero.Siunpuntosedefine como cero potencial, entonces la aseveracin de que un punto cercano est tambin aceropotencialgeneralmenteesincorrecta.Existendospropiedadesquese considera tiene la tierra bajo el concepto de tierra ideal: la tierra es un receptor o fuente perfecta de corriente y la tierra puedeproporcionar un plano equipotencial dentro de una zona delimitada de la superficie dela misma, plano quesirvecomo referencia ideal para circuitos elctricos y electrnicos. Estas propiedades sugieren que la diferencia de potencial entre dos puntosenlatierra escerosinimportarel tipo, magnitud y frecuencia de lacorriente inyectada a la tierra; concepto que es no validoenlaprctica.Pero,culeselelementoqueevitatenerunatierraideal, desde el punto de vista elctrico?: la resistividad del suelo, la cual define en forma prctica las propiedades elctricas de la tierra. De hecho, la tierra es un conductor conpropiedadesconductivasmuyinferioresalaspropiedadesconductivasdeun elemento metlico. Resistividad del Suelo o Terreno Esla relacin entre la diferencia de potencial en un material y la densidad decorrientequeresultaenelmismo.Eslaresistenciaespecficadeuna 7 sustancia.Numricamenteeslaresistenciaofrecidaporuncubode1mx1mx 1m, medida entre dos caras opuesta, se expresa en ohmio-metros (-m). Factores que influyen en la resistividad del terreno -Composicindelterreno:Laresistividaddeunterrenovara considerablementedeacuerdoasunaturaleza.Enunterrenodado, puedenencontrarsecualquiertipodecombinacindeestratoscon caractersticasdiferentes.Esimportantedestacarquelavariacinde estratospuedenosersolamenteensentidovertical,sinoquedebidoa rellenos,cortesdelterreno,etc;puedenexistirdiferenciasdecomposicin en sentido horizontal. -Humedad:elvalorderesistividadesdependienteenformainversadel porcentaje de humedad que contiene el suelo. -Temperatura:Latemperaturaylahumedadtienenefectosimportantes sobrelascapassuperficialesdelterreno,porlotanto,aprofundidades mayores se obtendrn caractersticas ms estables en el terreno. -Compactacin:Lacompactacinslotieneinfluenciacuandonoseha alcanzado la saturacin del terreno por humedad. Sistema de Puesta a Tierra (SPT) La forma de mejorar las propiedades elctricas de la tierra como elemento disipadordecorrientesanormalesquesepresentanenunsistemaelctrico conectadoalyobtenerunplanolomsequipotencialposible,selogra instalandounsistemadepuestaatierra(SPT),generalmenteconstituidopor conductoresenterradoshorizontalyverticalmente,enunaarregloquepuedeser desde muy sencillo (un solo electrodo de puesta a tierra horizontal o vertical) hasta 8 muy complejo (un arreglo de electrodos de puesta a tierra horizontales y verticales dispuestos de tal forma que formen una malla de puesta a tierra).El SPTdisea para ofrecer una trayectoria o camino definido a tierra para las corrientes anormales producidas tanto por fuentes hechas por el hombre (fallas a tierra del sistema de potencia o fuentes parsitas que crean interferencia de alta o bajafrecuencia)comoporfuentesnaturales(rayoyfuentesexternasde interferencia de baja o alta frecuencia). La tierra es un plano conductivocon valor finito, por lo que cualquier inyeccin de corriente a tierra producir voltajes dentro yalrededordelsitiodondeseinyecta,conellatenteriesgodedaoaequipoo riesgo de electrocucin a seres vivos. Por lo tanto, lainstalacin de un sistema o reddepuestaatierrabuscamejorarlaspropiedadeselctricasdedisipacinde corrientesindeseablesatierra,Ahorabien,laconexinatierradeinstalaciones elctricas para efecto de seguridad de personal se considera en un principio bsico: Lasdiferenciasdepotencialgeneradosalmomentodelainyeccinde corriente anmala entre las partes conductivas de la instalacin elctrica y la tierra deben ser reducidas a valores seguros. Voltajesexcesivospuedenproducirelrompimientodematerialdielctrico(yasea aireomaterialesslidos)o,alcerrarseuncircuitoelctricovaelementos metlicos o a travs del cuerpo de una persona, corrientes peligrosas que pueden producir dao a componentes elctricosy/oelectrnicosy riesgo de electrocucin en personas. Suministrandotantounareferenciaelctricaparainstalacioneselctricas comoladisipacindeenergaquepuedarepresentarunriesgodeelectrocucin para los seres vivos. Objetivo de un Sistema de Puesta a Tierra -Ofrecerunatrayectoriadedrenadoparaloselementosmetlicosno energizadosdelosequiposatravsdelamasadetierra,cuandoseven expuestosatensionesocorrientesanmalasoacumulacindecargas 9 electrostticas. -Permitirelflujodecorrienteenelcasodeunafallatierraconelobjetode que el equipo de proteccin opere correctamente y pueda aislar la falla. -Evitar el desplazamiento del voltaje suministrado por la fuente con el fin de garantizar la correcta operacin del equipo alimentado. -Suministrar una superficie equipotencial con el objeto de evitar o minimizar diferenciasdepotencialquepuedanserfuentesdecorrienteindeseablesy que puedan afectar el equipo electrnico sensible. Elprimerobjetivoserefierealaseguridaddelpersonal,animalesy propiedades.Paraelcasodepersonasyanimales,elobjetivoesminimizarlas corrientes que puedan circular a travs de su cuerpo cuando ste entra en contacto accidentaloincidentalmenteconalgunaestructurametlicaquepresentaimpresa una tensin con respecto a tierra. El segundo se refiere a la seguridad del sistema elctrico y sus equipos asociados. El tercero se refiere al control de los voltajes de alimentacin al nivel de tablero generalque alimentalosequiposelctricos yelectrnicos. Elcuartoserelaciona con problemas de interferencia electromagntica y la correcta operacin de equipo electrnico sensible. Esimportanteestablecerqueexistensistemastalescomoaeroplanos,radios porttiles,satlites,barcos,globosaerostticos,submarinosyplataformas marinas, entre otros, en donde la tierra no tiene el mismo papel que lo tiene para loscasosdesistemasinstaladosenelmbitodetierra;dehechoesabsurdo pensarenunaconexinatierra.Enestoscasos,elchasisoestructuradel artefacto constituye el plano equipotencial a ser considerado. Enresumen,unsistemaoreddepuestaatierradebeofreceruna trayectoriaseguraparadisiparcorrientesanormalesyreducirvoltajes peligrosos a niveles seguros, tanto para el personal y animales como para el equipo elctrico o electrnico sensible. 10 Requisitoque debe cumplir de un Sistema de Puesta a Tierra. Aspectos de seguridad. Una red de puesta a tierra con resistencia baja no es segura por s misma. Durantecondicionesanormales,elflujodecorrienteatierraproducirgradientes depotencialquepuedenserdemagnitudsuficienteparaponerenpeligroauna persona que se encuentre dentro del rea de influencia de la corriente. Asimismo, pueden producirse diferencias de potencial peligrosas entre el equipo conectado a tierra y una tierra cercana. Losaspectosdeseguridadinvolucranaspectossobrelacorrientepermisible quedebecircularporelcuerpohumanoparaasegurarlaintegridadfsicadel mismo.Porlotanto,esesencialqueelsistemadepuestaatierralimitelas tensiones de paso y de contacto a valores tolerables indicados en la normatividad aplicable. Los aspectos que deben tomarse en cuenta para realizar el anlisis de seguridad de las personas son los siguientes: -Corrienteanmalaquecirculaatierraenrelacinalreadelsistemade puesta a tierra y su resistencia con respecto a una tierra remota. -Laresistividaddelsueloyladistribucindelascorrientesdetierraque puedangenerarelevadosgradientesdepotencialenlasuperficiedela tierra. -Lapresenciadepersonasquepuedanunirdospuntoscondiferente potencial elctrico. -Laausenciadeunasuficienteresistenciadecontactoparalimitarla corriente a travs del cuerpo humano y asegurar su integridad fsica. -Duracin de la falla y duracin del contacto de la persona con el elemento fallado que pueda causarle dao. 11 Sistemas de Alta Calidad Unsistemadepuestaatierradealtacalidadelevalaconfiabilidaddel sistemaelctrico,reducecostosdemantenimientoygeneraahorrodetiempoy recursos. Para mucha gente, el instalar un sistema convencional o estndar de puesta atierraconsistededoselectrodosdepuestaatierraenterradosyLISTO!!Sin embargo, esto es inadecuado para las necesidades de hoy en da, principalmente para las instalaciones de las redes elctricas. Losrequerimientosparalosnivelesderesistenciadepuestaatierrason msprecisosdebidoalastensionescadavezmsbajasyvelocidadesms elevadas de operacin de la electrnica moderna. Por ejemplo, la industria de las telecomunicaciones establece una resistencia de puesta a tierra menor que 5 , el cual representa menos de la mitad de la resistencia exigida hace algunos aos. Lasespecificacionesvaransegnlasindustriasinvolucradas,llegando inclusoaexigirse(porejemplofabricantesdeequipodeprocesosyequipopara aplicaciones mdicas) hasta 3 de resistencia de puesta a tierra. Inclusive, se han visto requerimientos de menor de 1 en algunas especificaciones de instalacin y de servicio. Sin embargo, un sistema de alta calidad es mucho ms que lograr una baja resistencia de puesta a tierra. Un sistema de puesta a tierra de calidad ofrece un comportamientopredecible,delargotiempoyestableclimticamente,ypor supuesto, la facilidad de realizar actividades de prueba y mantenimiento. Lasactividadesdepruebasonimportantsimas,porqueelsistemade puesta a tierra se degrada, ocasionando dao en sus componentes, los cuales no son fcilmente identificables, hasta que ocurre un evento catastrfico. 12 Lanicamaneradelograrunsistemadepuestaatierradealtacalidades disearloyoptimizarloconbasesdeingeniera.Estopermitelograrlosobjetivos deseados sin elevar el costo innecesariamente. En otras palabras: Eldiseoylaoptimizacin conbasesdeingenierapermitenobtenerloque uno desea al precio justo. Resistencia de Puesta a Tierra o Resistencia de Dispersin Es la relacin entre el potencial del Sistema de puesta a tierra a medir, respecto a una tierra remota y la corriente que fluye entre estos dos puntos.La medicin de la resistencia de puesta a tierra tiene por objeto establecer el valor real de la resistencia para determinar la elevacin de la tensin en la red de puestaatierrayevaluarsitalvalorderesistenciaessuficienteparalimitarlos gradientes a valores tolerables. Para evaluar la impedancia o resistencia a tierra,: se inyecta una corriente a tierra a travs del electrodo o red que se pretende medir y de un electrodo auxiliar, llamado electrodo de corriente, al mismo tiempo que se determina la tensin creada entre el electrodo o red bajo prueba y un punto sobre lasuperficiedelterrenomedianteunsegundoelectrodollamadoelectrodode potencial Tabla Nro. 1. Valores mximos de resistencia de puesta a tierra. UsosValor Mximo de Resistencia de puesta a tierra EstructurasdeLneasde Transmisin 20 Subestacionesdealtayextraalta tensin 1 13 Continuacin Tabla Nro. 1. Valores mximos de resistencia de puesta a tierra. Tipos de Sistema de Puesta a Tierra El estndar IEEE-665-1995 define diferentes arreglos de conexin a tierra para plantasgeneradoras,enespecialparalosserviciospropiosdeestasplantas.Sin embargo,estosarreglostambinseaplicanparalasinstalacionesde subestacionesenmediatensin,ysobretododesubestacionesquealimentan cargas lejanas. -La conexin a tierra del neutro (p.ej., conexin slida a tierra, a travs de resistencia,etc.)tienelafuncindeestablecerlareferenciadelsistema elctrico. La conexin a tierra del neutro generalmente se haceen el punto neutro de la fuente de suministro (generador o transformador). -Laconexinatierradeseguridadtienelafuncindeprotegeralas UsosValor Mximo de Resistencia de puesta a tierra Subestaciones de media tensin en postes y de media tensin de uso interior 10 Proteccin contra rayos4 Neutro de acometida en baja tensin25 Descarga Electrostticas25 Equipos electrnico sensibles5 14 personasyalapropiedaddeposiblesdaosocasionadosporfallas.Las conexiones a tierra de seguridad se hacen las partes metlicas del sistema que normalmente no estn energizadas pero que puede llegar a estarlo bajo condiciones anormales de operacin. -La conexin a tierra para equipo asegura una trayectoria de retorno de baja impedancia para las corrientes de tierra en el caso de que se presente una fallaelctricaentrelosconductoresenergizadosylasenvolventesdelos equipos. Si tal trayectoria de retorno es confiable, laproteccin del circuito elctrico ser capaz de interrumpir la falla en un corto tiempo. Sistema de Puesta a Tierra en Subestaciones de C.A. Eltratamientoparaelsistemadepuestaatierraensubestaciones elctricasessimilarcuandoellasestnubicadasyaseaenunsistemade distribucin, de transmisin o de generacin de energa elctrica.Generalmente, elobjetivoprimarioparaestetipodeinstalacionesloconstituyeelaspectode seguridad,debidoalaselevadascorrientesquepuedengenerarseanteuna eventual falla del sistema. Por lo tanto, los aspectos que deben analizarse en este tipo de estudios son los siguientes: -Lmites para las tensiones de paso y de contacto que puedan afectar al ser humano o a seres vivos en general. Con esto se pretende asegurar que la persona en la vecindad del sistema de puesta a tierra no estar expuesta a condiciones de electrocucin o dao que pueda poner en riesgo su vida. -Suministrarlosmediosparaconducirlascorrientesanmalasatierrabajo condicionesnormalesydefallasinexcederloslmitesdeoperacindel sistemaydelequipoinvolucradoquepuedanafectarlacontinuidaddel servicio. En forma prctica,loscontrolesquedebenexistirparagarantizarlaseguridad del sistema de puesta a tierra deben considerar los siguientes elementos: 15 -Lapuestaatierraintencional,queconstituyenloselectrodosyconductores enterrados a una cierta profundidad. -Lapuestaatierraaccidental,temporalmenteestablecidaporunapersona expuesta al gradiente de potencial en la vecindad del sistema de puesta a tierra. Nuevamente, aquesimportanteindicarqueelconceptodequecualquier electrodo enterrado constituye un sistema de puesta a tierra adecuada resulta ser una prctica peligrosa, siendo la causante de prdidas humanas, ya que una baja resistencia de puesta a tierra no garantiza, por s sola, ser un medio de seguridad. No existe una simple relacin entre la resistencia de puesta a tierra del sistema y lacorrientemximaalacuallapersonapuedeestarexpuesta.Porlotanto,una subestacinconunaelevadaresistenciadepuestaatierrayconundiseo adecuadoyoptimizadopuedesermsseguraqueotraconunvalormenorde resistencia pero con un diseo inadecuado Sistema de puesta a tierra en Centrales Hidroelctricas Unacentralhidroelctricaesunainstalacincompleja,dondesetiene equipodiverso,talescomo:dispositivosyelementosdealtatensin,torresde transmisin,subestacioneselctricas,cuartodemquinas,readeinterruptores, equipoelectrnicosensibleconfinadoencuartosdecontrolyestructurasmetlicas inherentesalainstalacin.Cadaunadeellasnecesitaunaredespecficade puesta a tierra, ya que las necesidades son diferentes. El diseo debe empezar por las mediciones de resistividad del terreno para poder determinar las caractersticas del sistema de puesta a tierra. Generalmente, paracentralesmuygrandes,serecomiendaqueelvalordelaresistenciade puesta a tierra no exceda el valor de 1 Ohm. Esimportanteconsiderarquelaprofundidaddeloselectrodosy conductoresdepuestaatierraalcancenniveleshmedospermanentes,siempre 16 queseaposible.Nuevamente,lacalidaddelosmaterialesrevisteunagran importanciaparaasegurarunmayortiempodeservicio.Paratalefecto,debe considerarse el rea cerca de la cortina (generalmente hmeda) para colocar una o dos redes de puesta a tierra, la cual puede ser usada para la puesta a tierra del equipoubicadoenla cortinayserunpuntodeconexinparalareddepuesta a tierra de la casa de mquinas. Lasuniones entreredes de puesta a tierradebenestarinterconectadas por medio de dos conductores de unin, uno en cada extremo de la red, con el fin de garantizarlauninequipotencial,ancuandounodeellossufraunaaverao dao, que genere un punto de discontinuidad. Debeseleccionarsecuidadosamenteeltamaodelconductor,deacuerdo las siguientes condiciones: (a) debe soportar los esfuerzos mecnicos encontrados durantelaetapadeconstruccin,(b)soportarcorrientesdefallasinquesufra daoevidenteolatente,(c)Noexcederlos50Vdetensinenelcablecuando circule la corriente de falla. Debeconsiderarseenlainstalacinladisponibilidadyfacilidadenlas actividadesdeinspeccin,pruebasymantenimiento,conelfindegarantizarque los criterios utilizados en el diseo permanezcan durante el tiempo de servicio del sistema de puesta a tierra. Sistema de puesta a tierra en estaciones de generacin Eldiseodelasestacionesdegeneracinelctricasoncomplicadas considerandosuextensinenreasabiertasconmltiplesedificiosytensiones asociadas,efectosdetierradeinfraestructuraenterrada,mquinasrotatorias, reas abiertas extensas, sistemas auxiliares con tensiones mltiples y la necesidad hoy en da de asegurar una tierra limpia cuando se involucran sistemas de control. Porlotanto,esimportanteque, adiferenciadeltratamientoanalticopara lassubestacioneselctricas,elingenierodiseadortengaunaherramientapara 17 realizarclculosmanualesutilizandoprincipiosycriteriosuniversalesdelos sistemas de puesta a tierra. Losobjetivoscuandosediseaunsistemadepuestaatierrapara estacionesdegeneracinson:lapuestaatierradelneutrodelgenerador,la puesta a tierra del equipo asociado y la puesta a tierra de seguridad. Lapuestaatierradelneutrodelgenerador(slidamenteaterrizado,por medio de una impedancia, etc.) se realiza para obtener la referencia de tierra del sistemaelctrico.Estaconexinserealizaenelpuntoneutrodelgeneradoro transformador. La puesta a tierra del equipo asegura una baja impedancia de retorno para las corrientes por tierra producto de una falla ocurrida entre los conductores vivos y laenvolturametlicadelequipo.Siseaseguraestatrayectoriaderetorno,se aseguratambinquelosdispositivosdeproteccinoperarnselectivamenteya tiempo para liberar la falla. Lapuestaatierradeseguridadserealizaparaprotegeralpersonalde posibles daos. Esta conexin se realiza en aquellas partes donde generalmente no circula corriente, pero con riesgo de llevar corriente ante condiciones anormales. Sistema de puesta a tierra en subestaciones Metal Clad Estetipodesubestacionestienelacaractersticadeestarformadapor mdulosconelobjetodeaislartodosloscomponentes,talescomo instrumentacin, bus principal y entradas y salidas. Contienegeneralmentetodosloselementosasociadostalescomocontrol, instrumentacin, medicin, relevadores, proteccin y dispositivos de regulacin. 18 Desde el punto de vista de puesta a tierra, sta se encuentra incluida en la subestacin elctricamente conectadajuntoconlas estructuras delos mdulosen los cuales se encuentran ubicados los dispositivos o equipos primarios. Es necesario que en todos los puntos de conexin entre el bus de tierra y elcuerpodelensamblajeseretirentodoslosaislamientosorecubrimientosno conductivos,talescomopintura,conelobjetodeasegurarunacontinuidad elctrica. Elbusdetierraparacadagrupodebetenerfacilidadesdeconexinpara otros elementos necesarios dentro o fuera de la subestacin. Lasconexionesalbusdepuestaatierradebenrealizarsedetalmanera quenoseanecesarioabrirelbusdepuestaatierrapararetiraralgunaconexin hecha en el bus de puesta a tierra. Lasconexionesatierradebenrealizarseparatodosloselementosque puedanserretirados(nofijos)paraasegurarquelosmarcosymecanismos correspondientessiguenconectadosatierrahastaqueelcircuitoprimarioyel elemento removible es colocado a una distancia de seguridad. Cuando se ubiquen envolventes de instrumentacin, medicin, relevadores y equipo similar, debe asegurarse la correcta conexin a tierra al bus de puesta a tierra. Debeasegurarselacorrectaconexindelbusprincipaldepuestaatierra delasubestacinconlareddepuestaatierra,porlomenosendospuntos diferentes, con el objeto de asegurar continuidad en caso de la prdida de uno de los conductores de conexin. 19 Puesta a tierra de generadores sncronos La puesta a tierra de los generadores sncronos utilizados en la produccin deenergaelctricatieneelobjetivodeprotegerloselementosconstitutivosdel mismo para asegurar su integridad fsica y la continuidad del sistema elctrico. Existes diversos esquemas de conexin a tierra: -Slidamente aterrizado. -Aterrizado con baja impedancia. -Aterrizado con baja resistencia. -Aterrizaje resonante. -Aterrizado con alta resistencia. -Flotado. Lapuestaatierraconaltaresistenciapuederealizarsemediante transformadores de distribucin o mediante resistencias especiales de conexin de neutro. Lapuestaatierraconbajaresistenciapuedelograrsemedianteresistencias conectadasalneutrodelgenerador,ascomolapuestaatierraconbaja inductanciapuedeobtenersemedianteunaterrizamientoGFN(GroundFault Neutralizar). Los tipos de puesta a tierra del neutro del generador tienen un impacto directo enlosesquemasadecuadosdeproteccindelosgeneradores,loscuales generalmente estn formados por relevadores que monitorean la falla y envan las seales para la apertura del circuito o accin preventiva. Porejemplo,losesquemasdeproteccinparageneradoresqueutilizan mtodosdepuestaatierrayaseadealtaresistenciaoresonante,son generalmentesensiblesparadetectarfallasdefaseatierraenelsecundariode los transformadores conectados al generador. 20 Unavezqueelesquemadeproteccindetectaunafallaquepuedeproducir dao al generador, ste es desconectado del sistema, ya que la premisa es cuidar algeneradorantecualquierotraalternativadeoperacin.Unodelosriesgosde operarelgeneradorconunapuestaatierradebajaimpedanciaeseldao ocasionadoal ncleo,mientrasque elriesgode operarlocon una puesta atierra de alta impedancia es la posibilidad de una segunda falla. Sistema de puesta a tierra en instalaciones de baja tensin (distribucin) Elsistemadepuestaatierraparasistemasdedistribucinycircuitosde C.A. en baja tensin tiene cuatro propsitos principales: -Proteccin contra sobre voltajes. El rayo, sobre tensiones transitorias o el contactonointencionaldelneasdealtatensinpuedencausar elevaciones de tensin peligrosas en los sistemas de distribucin. La puesta atierraofreceunatrayectoriaalternaenelsistemaelctricodelhogar, oficina, trabajo o industria para reducir el dao por tales eventos -Referenciaparalatensin.Existenmuchasfuentesdeelectricidad. Cadatransformador puede considerarse como una fuente separada. Si noexistieraunareferenciacomnparatodasestasfuentes,sera sumamente difcil calcular las relaciones de tensin entre ellas. La tierra es el elemento ms grande que existe en el planeta que puede utilizarse como una superficie o volumen conductivo -Operacin de dispositivos de proteccin. La puesta a tierra proporciona una trayectoria de retorno de baja impedancia a la fuente para las corrientes de falla. -Seguridaddelaspersonas.Estaeslaprincipalraznparalapuestaa tierra en redes de distribucin y circuitos de baja tensin. Cuando todas las 21 partesmetlicasdelosequiposelctricosestnconectadosatierrayel aislamiento interno del equipo falla, no se presentan tensiones peligrosas en laenvolventedelequipo.Cuandoestosucede(elconductorenergizado tocalaenvolventedelequipo)elcircuitoelctricoestefectivamente cortocircuitadoylosfusiblesoperaninmediatamente,eliminandolas tensiones peligrosas. Independientemente delusoque seleasignealsistemadepuestaatierra, NUNCA debe comprometerse la seguridad de las personas. Sistema de puesta a tierra cuartos de control y computadoras Laconexinatierrahatenidoenlaprcticadiversosenfoques,siendoel principal la seguridad, pero siguiendo a sta la funcin de proteccin a los equipos einstalaciones,yfinalmentelacuestindefuncionalidaddelosequipos.Todas estas funciones nosiempreson exigidas porlasnecesidades deunainstalacin, perogeneralmentelossistemaselctricosinteractanconotrossistemaspara lograrunsistematotal,destamaneradebentomarseencuentalas caractersticas de cada subsistema para que stos sean compatibles. Entre los subsistemas de conexin a tierra figuran principalmente: 1) el de seguridaddelaspersonas,2)eldeproteccincontradescargas,3)elde referencia para seal y 4) el subsistema de electrodos. Cada uno de ellos impone ciertascaractersticasaldiseodelsistemadeconexinatierra,porloquees necesariocoordinarcadaunadestascaractersticasenlaintegracindeun sistema de conexin a tierra total. La divisin de un sistema de conexin a tierra en subsistemas funcionales es necesaria para propsitos de anlisis y estudio, sin embargo en el momento de diseodebehaberunaintegracindelosdiferentessubsistemasconsus respectivascaractersticas.Esporesoqueesnecesarioelanlisisquepermita conocerestascaractersticasyhallarsucompatibilidad.Porejemplo,el 22 subsistemadeconexinatierradeseguridadslorequierequelosequiposy partesmetlicasseanpuestosatierraparaevitarpotencialespeligrososy circulacindecorrientesatravsdelcuerpo.Mientrasqueelsubsistemade referenciaparasealrequierecumplirconlosrequisitosdelsubsistemaanterior peroademsdebebuscarseunesquemaqueevitelapropagacinde interferencia.Enestecasoparecehaberconflictosentreunsubsistemayotro debido a que generalmente en el subsistema de seguridad no se toman en cuenta los criterios para evitar interferencia de seales, lo cual conduce en la mayora de los casos a hacer modificaciones que hacen inseguros los sistemas deconexin a tierraexistentes,acambiodehacerlosfuncionales,esdecir,libresde interferencia. Uno de los problemas principales es el uso de las tierras separadas o uso deelectrodosindependientesnointerconectados.Estaprcticainadecuadaesla que da origen a la necesidad de un sistema integral de conexin a tierra. Sistema de puesta a tierra para la proteccin contra tormentas elctricas Desdeelpuntodevistadeproteccincontratormentaselctricasdebe utilizarseunSPTqueminimicelaelevacindepotencialparareducirriesgosde electrocuciny la formacin de arcos laterales entre partes metlicas que pongan en peligro al personal y al equipo en la trayectoria de los conductores de bajada. El SPT debe integrarse por un arreglo de 3 electrodos por cada conductor debajadacuando stosnoseinterconectenentrespor medio deunconductor enterrado.Cuandoloselectrodosdepuestaatierradelosconductoresde bajadaseinterconectenentresmedianteunconductorenterradopuedeutilizarse un arreglo de uno o ms electrodos de puesta a tierra. El SPT debe integrar, incluir e interconectar todos los sistemas dentro de la instalacin(SPTE,sistemasdeenergaelctrica,sistemasdetelecomunicaciones, entre otros). Considrese la unin equipotencial. 23 ConelfindemantenerlaelevacindepotencialdelSPTanivelesseguros,se recomiendaqueelvalordelaresistenciadepuestaatierrasemantengaen nivelesno mayoresque10Ohms.Estevalorderesistencia debecumplirse para cadaarreglode3electrodosporconductordebajada,cuandostosnose encuentren interconectados. Los elementos que deben formar un SPT son: -Electrodos de puesta a tierra. -Conductores desnudos para unir los electrodos. -Conexiones soldable. Pruebas en campos para efectuarmediciones de parmetros del SPT. Medicin de resistividad del terreno Los clculos de la malla de tierra en una subestacin, estn basados en el conocimientodelvalorderesistividaddelterreno.Enalgunoscasossepretende estimarelvalordeesteparmetro,bienseaporsimpleinspeccindelterrenoo porextrapolacindemedicionesrealizadasensueloscercanos.Sinembargo, debido a la cantidad de factores que afectan la resistividad, este procedimiento no eselmsadecuado,yaquepuedenobtenersevaloresquedeterminenmallas sobredimensionadas (no econmicas) o subdimensionadas (inseguras). Por tanto, es necesario realizar mediciones que den una idea exacta no slo del valor de la resistividadpromediodelterreno,sinodelaresistividaddelosestratosque puedan estar incluidos dentro del rea de influencia de la malla a ser diseada. Mtodo de Wenner ElmtododeWennereselmstilparadiseoselctricos,tambin conocido como el mtodo de los 4 electrodos y consiste en colocar los electrodos 24 equidistantesaunadistanciaa,simtricamenterespectoalpuntoenelquese deseamedirlaresistividaddelsuelo,nosiendonecesarioquelaprofundidadde loselectrodosauxiliares,sobrepaselos30cm.Elaparatodemedidaesun telurmetroclsicode4terminales,siendolosdoselectrodosexternoslosde inyeccin de corriente de medida (C1 y C2) y los dos centrales los electrodos de medida de potencial (P1 y P2), como se observa en la Figura Nro. 1. . Figura Nro. 1. Circuito de Medicin Aplicando el Mtodo Wenner.

Elflujodecorrienteenunmedioestbasadoenelprincipiode conservacin de la carga, ms conocido como ecuacin de continuidad. Esto debeinterpretarsecomoqueladensidaddelacorrienteenelsuelodecrece regularmentecuandoaumentalaprofundidadenlaverticaldelosdos electrodos centrales de medida del potencial, ya que la corriente penetratanto 25 mscomoestnalejadoslosdelainyeccin.Enunsuelohomogneola profundidad de exploracin (h) est comprendida entre a y 0.75a. En la practica se puede admitir que la resistividad aparente es, bsicamente la de las capas comprendidas entre la superficie del suelo y la profundidad a la cual la densidad de corriente se ha reducido a la mitad del valor en la superficie, es decir, la profundidad de investigacin es 0.75 a. El eje del sondeo elctrico vertical y en consecuencia, de medida de resistividad, se encuentra en el medio delsistemasimtricocompuestoporloscuatroelectrodos;esdecir,entrelos dos de potencial. Para obtener la resistividad, se aplica la siguiente ecuacin, que puede ser simplificadacomoaparece,silaprofundidaddeenterramientoes1/20dela separacin de electrodos: R aa a a a ~+ = tt 212121 12 Donde; : Es la resistividad aparente del terreno en (.m). R: Es la resistencia medida por el telurmetro en (). a: Es la distancia entre los electrodos en (m). Comolosresultadosdelamedicinsonnormalmenteafectadosporlos materiales metlicosenterrados,serecomiendarealizarlamedicinvariasveces cambiandoelejedeloselectrodosunos90.Cambiandolaprofundidadyla distancia de los electrodos se puede tener un valor de resistencia ms aproximado al real y con ello un mejor diseo del sistema de puesta a tierra a construir. 26 Lamedicindelaresistividaddelsueloescomnmentedistorsionadaporla existenciadecorrientesdetierraysusarmnicas.Paracorregiresto,los telurmetros tienen un sistema de control de frecuencia que permite seleccionar la frecuencia de medicin con la menor cantidad de ruido y as obtener una medicin clara. Procedimiento y recomendaciones Una vez conocido el rea donde se ubicar la subestacin, las mediciones deben efectuarse en las direcciones mostradas en la figura Figura Nro. 2. Direcciones recomendadas para realizar las mediciones de resistividad. Estasmedicionesseinicianconunaseparacinde3a5m,segnseala profundidadnecesariadeloselectrodosparadarlesfirmezaalenterrarlos.Las mediciones se debern realizar aumentando la separacin entre electrodos de 2 a 3 m, y debern continuarse hasta cubrir una longitud de 1,5L. Luego se graficar enelcampoparacadamedicinelvalorderesistividadaparente( a)versusla 27 separacininterelectodica(A),afindedeterminarelpuntodondelacurvase vuelve asinttica. Modelo de dos capas Engenerallossuelospresentancomportamientosmulticapas,peroenla prctica actual, una representacin muy aproximada del suelo se logra suponiendo que se divide en dos capas, la primera de las cuales tiene una profundidad (h) y la segundauna profundidadinfinita,comose muestraenla figuraN3.3. Tomando en cuenta, que siempre debe ser el profesionalismo del ingeniero el que le permita hacer estos ajustes. Figura N 3. Modelo de las dos capas. De la figura N 3, tenemos que: 1: Es la resistividad de la primera capa (-m). 2: Es la resistividad de la segunda capa (-m). h: Es la profundidad de la primera capa (m). Caractersticas de las medidas de resistividad Cualesquieraqueseaelmtododemedidas,losparmetrosaser graficadosenformadepuntossonlaresistividadaparenteyelespaciamiento entreloselectrodos;resultandomayormenteesquemasdesuelodedoscapas 1 2 h 28 tendenciasascendentesodescendentescuyapendienteesdefinidaporambas resistividadesqueasuvezdependendelaformacingeolgica,delsitioydel clima imperante, ver figura Nro. 4. Figura N 4. Caractersticas de resistividad equivalente obtenidas por el mtodo simplificado De la figura Nro. 4, tenemos que: Suelo Homogneo ( 1 =2 ) Suelo de dos Capas ( 1 >2 ) Suelo de dos Capas ( 1