PUESTA A TIERRA: INTRODUCCION PARTICIPANTES: • ANDRES GARRAMUÑO • JUAN DOMINGUEZ • RAUL GIL • CARLOS GONZA • MIGUEL ANGILERI

NORMATIVA SOBRE LA PUESTA A TIERRA

•NORMAS I R A M •Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles RIEI -AEA

NORMATIVA SOBRE LA PUESTA A TIERRA NORMAS IRAM IRAM 768 Cordones de alambres de acero, cincados, para puesta a tierra. IRAM 1585 Bloquetes de puesta a tierra, para elementos de hormigón armado y hormigón pretensado de soporte de líneas aéreas. IRAM 2281-1 Puesta a tierra de sistemas eléctricos. Consideraciones generales. Código de práctica. IRAM 2281-2 Puesta a tierra de sistemas eléctricos. Guía de mediciones de magnitudes de puesta a tierra (resistencias, resistividades y gradientes). IRAM 2281-3 Puesta a tierra de sistemas eléctricos. Instalaciones industriales y domiciliarias (inmuebles) y redes de baja tensión. Código de práctica. IRAM 2281-4 Puesta a tierra. Sist. eléctricos, centrales, subestaciones y redes. Código de práctica. IRAM 2281-5 Código de práctica para puesta a tierra de sistemas eléctricos. Puesta a tierra de sistemas de telecomunicaciones (telefonía, telemedición y equipos de procesamiento de datos).

NORMATIVA SOBRE LA PUESTA A TIERRA NORMAS IRAM IRAM 2309 Materiales para puesta a tierra. Jabalina cilíndrica de acero-cobre y sus accesorios. IRAM 2310 Materiales para puesta a tierra. Jabalina cilíndrica de acero cincado y sus accesorios. IRAM 2314 Materiales para puesta a tierra. Jabalina electroquímica (electrodo dinámico electrolítico) y sus accesorios. IRAM 2315 Materiales para puesta a tierra. Soldadura cuproaluminiotérmica. IRAM 2316 Materiales para puesta a tierra. Jabalina perfil L de acero cincado y sus accesorios. IRAM 2317 Materiales para puesta a tierra. Jabalina perfil cruz de acero cincado y sus accesorios. IRAM 2466 Materiales para puesta a tierra. Alambres de acero recubierto de cobre trefilado duro. IRAM 2467 Materiales para puesta a tierra. Conductores de acero recubiertos de cobre cableados en capas concéntricas.

Objetivos de la Puesta a Tierra: • Habilitar la conexión a tierra en sistemas con neutro a tierra. • Proporcionar el punto de descarga para las carcasas, armazón o instalaciones. • Asegurar que las partes sin corriente, tales como armazones de los equipos, estén siempre a potencial de tierra, a un en el caso de fallar en el aislamiento. • Proporcionar un medio eficaz de descargar los alimentadores o equipos antes de proceder en ellos a trabajos de mantenimiento.

Algunas Definiciones y Conceptos Básicos Tierra de Protección Tierra de Referencia Electrodo de Tierra Malla de Tierra Resistividad del Terreno Diferencia entre conexión de Tierra y Neutro

TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: • Puesta a tierra para sistemas eléctricos. • Puesta a tierra de los equipos eléctricos. • Puesta a tierra en señales electrónicas. • Puesta a tierra de protección electrónica • Puesta a tierra de protección atmosférica (PARARAYOS)

Puesta a tierra para sistemas eléctricos: • Los neutros de los transformadores, que lo precisan en instalaciones o redes con neutro a tierra de forma directa o a través de resistencias o bobinas. • El neutro de los alternadores y otros aparatos o equipos que lo precisen. • Los circuitos de baja tensión de transformadores de medida. • Los limitadores, descargadores, autoválvulas, pararrayos, para eliminación de sobretensiones o descargas atmosféricas. • Los elementos de derivación a tierra de los seccionadores de puesta a tierra.

PUESTA A TIERRA DE PROTECCIÓN: Salvo se indique lo contrario, se pondrán a tierra los siguientes elementos

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Los chasis y bastidores de aparatos de maniobra. Los envolventes de los conjuntos de armarios metálicos. Las puertas metálicas de los locales. Las vallas y cercas metálicas. Las columnas, soportes y pórticos. Las estructuras y armaduras metálicas de los edificios que contengan instalaciones de alta tensión. Los blindajes metálicos de los cables. Las tuberías y conductos metálicos. Las carcasas de transformadores, generadores, motores y otras máquinas. Hilos de guardia o cables de tierra de las líneas aéreas.

MEDICIONES DE TIERRAS: • Constitución del Terreno. • Resistividad del Terreno. • Tienen efecto la HUMEDAD y TEMPERATURA sobre la Resistividad del Terreno. • Efectos de la HUMEDAD y SALES disueltas sobre la Resistividad del Terreno. • Efectos de las VARIACIONES ESTACIONALES sobre la Resistividad del Terreno.

Efecto de la humedad en la resistividad del Terreno: Terreno:

Efecto de la sal en la resistividad del Terreno: Terreno:

Efecto de la Temperatura en la resistividad del Terreno: Terreno:

Efecto del Tipo de Suelo en la resistividad del Terreno: Terreno:

Efecto del Tipo de Suelo en la resistividad del Terreno: Terreno:

MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO:

Método de Caída de Potencial o de Tres Terminales

Método de Caída de Potencial o de Tres Terminales • Al accionar el instrumento, se genera una corriente que se inyecta por C1/P1 retornando por el y electrodo auxiliar de corriente C2 . Al pasar la corriente por la tierra , una caída de voltaje se generará entre los terminales C1/P1 y el electrodo auxiliar de potencial conectado en P2. El instrumento calcula la resistencia a través de la Ley de Ohm. • R=V/I

Método de Cuatro Terminales

Método de Cuatro Terminales • Generalmente la resistividad del terreno se mide por el método universal de cuatro puntos desarrollado por Frank Wenner en 1915. El mismo resulta el más seguro en la práctica para medir la resistividad de volúmenes extensos de suelos naturales. • En este método se clavan en el suelo 4 electrodos pequeños dispuestos en línea recta con la misma distancia “A” entre ellos y a una profundidad “B” (que no supere 1/10 de “A”) , si esto se cumple la resistividad es • ρ = 2π AR

Método de Cuatro Terminales • • ρ = 2π AR • ρ es la resistividad promedio del suelo a la profundidad A en ohm– cm, • π es la constante 3.1416 • A es la distancia entre los electrodos en cm, • R es la lectura del instrumento MEGGER en ohms.

Utilidad de la medida de resistividad La medida de resistividad permitirá: • Elegir la ubicación y la forma de las tomas de tierra y de las redes de tierra antes de construirlas. • Prever las características eléctricas de las tomas de tierra y de las redes de tierra. • Reducir los costes de construcción de las tomas de tierra y de las redes de tierra ( ahorro de tiempo para conseguir la resistencia de tierra deseada).

MÉTODOS PARA REDUCIR LA RESISTENCIA DE TIERRA. En la práctica, cuando encuentra que la resistencia de su electrodo a tierra no es suficientemente baja, Los métodos más comunes para mejorarla son: •Usando una varilla de mayor diámetro. •Usando electrodos más largas. •Colocando dos, tres o más electrodos en paralelo. •Reducción de la resistividad del suelo.

• Efectos por el largo del electrodo. Doblar la longitud de la varilla reduce la resistencia aproximadamente en un 40%. • Efectos por el diámetro del electrodo. Para la misma profundidad, doblar el diámetro de la barra copperweld o jabalina reduce la resistencia solo 10%. • Uso de electrodos múltiples. La reducción de dos electrodos de igual resistencia es próxima al 40%. Si se emplean tres electrodos la reducción es cercana al 60%, y si se utilizan cuatro será alrededor del 66%.

• Reducción de la resistividad del suelo: Los métodos principales usados para mejorar la resistividad del terreno alrededor de los electrodos son: Humedecer con agua y sales minerales (cloruro de sodio o sulfato de cobre, sulfato de magnesio), rodear con carbón vegetal triturado, en la fosa que circula el electrodo. • Tratamiento químico del suelo: es un bueno para mejorar la resistencia a tierra cuando no se pueden enterrar más profundamente los electrodos y cuando los electrodos múltiples no sean prácticos.

• Materiales aceptables de baja resistividad. Para situaciones especiales, hay diversos materiales, como los siguientes:
Bentonita. Puede absorber casi cinco veces su peso de agua, absorbe la humedad del suelo circundante y tiene baja resistividad aprox. 5 ohm – metro y no es corrosiva.
Marconita. Es un concreto conductivo en el cual un agregado carbonáceo reemplaza el agregado normal usado en la mezcla del concreto. Su resistividad de 2 ohm-metro.

• ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA.

• Deben poseer elevada resistencia a la corrosión. Los electrodos podrán disponerse de las siguientes formas: • Jabalinas hincadas en el terreno. • Varillas, barras o cables enterrados, dispuestos en forma radial, mallada, anular. • Placas o chapas enterradas.

• Valores recomendados por la IEEE 142-1991. • Para grandes subestaciones, estaciones de generación y líneas de transmisión, el valor debe ser de 1 ohm. • Para subestaciones de plantas industriales, edificios y grandes instalaciones comerciales, el valor debe estar entre 1 y 5 ohm. • Para un electrodo simple, el valor debe ser 25 ohm

• Conductores de puesta a tierra. El conductor de puesta atierra debe ser de cobre u otro material resistente a la corrosión, puede ser macizo o prensado, aislado o desnudo, no debe tener en toda su longitud ningún empalme.

• SOLDADURA EXOTERMICA • • Uno de los principales problemas es el incremento de la resistencia de contacto por causa de empalmes defectuosos o por sulfatación que se dan entre conductores, conductores y barras copperweld. • Cuando se realizan conexiones eléctricas mediante soldadura exotérmica y son efectuadas debidamente, presentarán propiedades eléctricas muy similares a las conexiones soldadas.

Pararrayos - Origen - El rayo es producto de la ionización del aire. - El viento ascendente produce la separación de las cargas en las nubes. Similar a la polarización. También ioniza los filos y extremos.

Pararrayos - Origen • Cuando las condiciones de humedad y carga eléctrica se combinan, se produce una predescarga. • Las cargas se desplazan a una velocidad de 50m cada 50µ µseg produciendo un canal de aproximadamente 5cm de diámetro.

Pararrayos - Origen • Si el canal se aproxima a la tierra se produce un cierre del circuito produciendo la descarga. • En este canal, al momento de la descarga se alcanzan temperaturas de aproximadamente 20.000 a 30.000 °C.

Pararrayos - Características • Otra característica del rayo es la cantidad de corriente que transporta, generando un impulso. • Por un mismo canal pueden producirse más de una descarga secundaria de menor intensidad.

Pararrayos - Características • La variación de la corriente induce una sobretensión en los conductores (alta y baja tensión) que se traslada al equipamiento conectado. • El campo magnético que produce un rayo puede alcanzar hasta 2.000 metros. • Las sobretensiones alcanzan valores entre 5 y 50 KV. • Las cargas pueden ser positivas o negativas. El 90% de las descargas son partículas negativas (descendentes)

Pararrayos - Normas • Norma que establece condiciones de protección ante rayos: • IRAM 2184-1-1: Protección de las estructuras contra las descargas eléctricas atmosféricas. – (1997) ANULADA • IRAM 2425:Riesgos de daños producidos por las descargas eléctricas atmosféricas (rayos) – VIGENTE desde 2005

Pararrayos - Normas

Pararrayos • Mapa isoceraunico – Medida de la cantidad de rayos anuales por región. • Mendoza: 20-60 rayos anuales por Km2

Pararrayos – Evaluación de necesidad Nc = 5,5.10-3 [ rayos] C [ año ] Ng = 0,04. Td1,25 [rayos a tierra] [ km2 . Año ]

Nc = frecuencia de rayos aceptada. C= C2 . C3 . C4 . C5 factores que dependen de la estructura. Ng = frecuencia de rayos a tierra. Td = cantidad de días de tormentas anuales. Se obtiene de mapas isoceráunicos.

Pararrayos – Evaluación de necesidad Nd= Ng . Ae . 10-6 [rayos directos ] [ año ] Nd= Frecuencia esperada de rayos en la estructura Ae = área colectora equivalente de una estructura (m2)

Nd < Nc

No hace falta instalar un pararrayos

Pararrayos – Cálculo del tipo de sistema • Si Nd > Nc hay que instalar un pararrayos • SPCR (sistema para control de rayos) • Ec >

1 – Nc /Nd Eficiencia de un spcr.

Pararrayos – Cálculo del tipo de sistema

Valores críticos eficiencia de un SPCR requerida en función de Nd vs Nc

TIPOS DE PARARAYOS • DE PUNTA O FRANFKLIN • DE TIPO ACTIVO • TIPO PIEZOELECTICO • DE TIPO CEBADO ELECTONICO • DE TIPO RADIOACTIVO • RETICULAR O JAULA DE FARADAY Entre otros

DE PUNTA O FRANKLIN construidos en bronce o cobre , en los extremos lleva insertos de wolframio , para soportar altas temperaturas

DIFERENTES TIPOS Franklin

DE TIPO ACTIVO (o ionizante)

ACTIVO

Principio de funcionamiento: • Producida la tormenta se genera un campo eléctrico entre la nube y tierra • Este campo eléctrico es utilizado para cargar una batería de capacitores ,a través de unos sensores ubicados en la parte superior • Esta energía almacenada es puesta a disposición para producir una ionización en la parte superior del pararrayos obligando a establecerse un canal para la conducción del rayo, el que es disipado a tierra a igual que los pararrayos convencionales • Ventajas : no utiliza fuentes externa de alimentación • Libre mantenimiento • Aumenta el radio de cobertura casi un 50%

Radios de cobertura: 

• r= 2   +  2   Altura en metros

radio de cobertura

5

15

10

30

20

38

30

42

40

46

TIPO PIEZOELECTRICO

TIPO PIEZOELECTRICO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Durante una tormenta y previa a la misma se producen grandes ráfagas de viento. • La cabeza captora del pararrayos posee unas vías de circulación de aire que atravesando una serie de tubos tipo Venturi provocan en el mástil una corriente de aire . • Dentro del mástil se encuentran una serie de cristales piezoeléctricos a lo largo del mismo , los que vibran por causa de la corriente de aire que fluye por el mástil. Convirtiendo la vibración en una tensión de unos 25.000 volts • Esta tensión ioniza la cabeza del pararrayos ,logrando acelerar y facilitar la descarga a través del pararrayos

• Ventajas : libre mantenimiento, alta eficacia ,gran durabilidad, aumento de la zona de cobertura

TIPO CEBADO ELECTONICO

TIPO CEBADO ELECTONICO • POSEEN UN DISPOSITIVO ELECTRONICO QUE LIBERA IMPULSOS DE ALTA FRECUENCIA LOS QUE IONIZAN UNA CORONA ALLEREDEDOR DE LA PUNTA , ESTA IONIZACION HACE ATRAER Y FACILITAR EL CAMINO LAS DESCARGAS ATMOSFERICAS A TRAVÉS DEL PARARRAYOS • SE UTILIZAN EN TORRES DE COMUNICACIONES • EL SISTEMA ES ALIMENTADO (GENERALMENTE) POR CELDAS FOTOVOLTAICAS • VENTAJAS: MUY EFECTIVOS • DESVENTAS: MAYOR MANTENIMIENTO

Pararrayo radioactivo

Tipo radioactivo • Consta de una varilla en cuyo extremo se encuentra una caja con un isotopo radiactivo , encargado de ionizar el aire a su alrededor a través de partículas alfa, obteniendo un área de protección esférico-cilíndrico, favoreciendo la generación del canal de conducción hacia la tierra . • Muy efectivo, se aumenta la zona de protección. • Desventaja: alto costo. • Contaminante al medio ambiente, su uso es cuestionado( en algunos países se los esta retirando

Tipo jaula de Faraday • Se los utiliza en espacial, para proteger edificios destinados al almacenaje de productos tóxicos, radioactivos, edificios históricos, laboratorios, etc. • Consiste en un reticulado con conductores que se distribuyen en forma superficial en todo el edificio , estos mismos son puestos a tierra a través de varias tomas interconectadas entre si.

Tipo jaula de faraday

EFICACIA DEL PARARRAYOS

Torre Eifel

Descargas en embarcaciones