Sistemas Puestos A Tierra.docx

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

INGENIERÍA ELECTRICA

MATERIA:

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES

GRUPO:

8FV RESUMEN:

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

ALUMNO:

JIMENEZ DIAZ ROBERTO

MATRICULA:

E15080095 PROFESOR(A):

ING. JAVIER ALEJANDRO NAAL GIL

FECHA: 27/01/19

Sistemas puestos a tierra. Puesta a tierra de los sistemas eléctricos. Los sistemas eléctricos que son puestos a tierra se deben conectar a tierra de manera que limiten la tensión impuesta por descargas atmosféricas, sobretensiones en la línea, o contacto no intencional con líneas de tensión mayor y que estabilicen la tensión a tierra durante la operación normal Puesta a tierra de sistemas Sistemas de corriente alterna que deben ser puestos a tierra. Los sistemas de corriente alternan deben ser puestos a tierra como se indica en (a), (b), (c) o (d) siguientes. Se permitirá que sean puestos a tierra otros sistemas. Si dichos sistemas están puestos a tierra, deben cumplir con las disposiciones aplicables de este Artículo. a) Sistemas de corriente alterna de menos de 50 volts. Los sistemas de corriente alternan de menos de 50 volts deben ser puestos a tierra si se presenta alguna de las siguientes condiciones:  Cuando son alimentados por transformadores, si el sistema de alimentación del transformador es de más de 150 volts a tierra.  Cuando son alimentados por transformadores, si el sistema de alimentación del transformador no está puesto a tierra.  Cuando están instalados como conductores aéreos en exteriores. b) Sistemas de corriente alterna de 50 a menos de 1000 volts. Los sistemas de corriente alternan de 50 a menos de 1000 volts que alimentan el alambrado de los inmuebles y los sistemas de alambrado de éstos, deben ser puestos a tierra si se presenta alguna de las siguientes condiciones:  Cuando el sistema puede ser puesto a tierra, de manera que la tensión máxima a tierra en los conductores de fase no sea mayor de 150 volts.  Cuando el sistema es de 3 fases, 4 hilos conectado en estrella, en el cual el conductor neutro se utiliza como un conductor de circuito.  (3) Cuando el sistema es de 3 fases, 4 hilos conectado en delta, en el cual el punto medio del devanado de una fase se usa como un conductor de circuito. c) Sistemas de corriente alterna de 1 kV o más. Los sistemas de corriente alternan que alimentan equipo portátil o móvil deben ser puestos a tierra como se especifica en 250-188. Cuando se alimentan otros sistemas diferentes de los portátiles y móviles, se permitirá que sean puestos a tierra.

Sistemas de corriente alterna de 50 a menos de 1000 volts que no requieren ser puestos a tierra. a) Generalidades. Se permitirá, pero no se exigirá que los siguientes sistemas de corriente alterna de 50 a menos de 1000 volts estén puestos a tierra.  Los sistemas eléctricos usados exclusivamente para alimentar hornos eléctricos industriales para fusión, refinación, templado y similares.  Los sistemas derivados separados usados exclusivamente para rectificadores que alimentan variadores de velocidad industriales.  Los sistemas derivados separados alimentados por transformadores con una tensión en el primario menor a 1000 volts, siempre y cuando se cumplan todas las condiciones siguientes: a. b. c.

El sistema se usa exclusivamente para circuitos de control. Las condiciones de mantenimiento y supervisión aseguran que solamente personal calificado darán servicio a la instalación. Se requiere continuidad de la energía para control.

Los errores comunes La tierra es una masa gigantesca con propiedades ilimitadas para la absorbe cantidades de electricidad estática o carga sin cambiar su potencial, la masa que debido a sus dimensiones tiene una baja impedancia.

La resistividad del suelo La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina "Resistividad Aparente" que, para el interés de este trabajo, será conocida simplemente como "Resistividad del Terreno".

La resistividad del terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por:       

Sales solubles Composición propia del terreno Estratigrafía Granulometría Estado higrométrico Temperatura Compactación

SALES SOLUBLES: La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos; esto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas. Como ejemplo, para valores de 1% (por peso) de sal (NaCl) o mayores, la resistividad es prácticamente la misma, pero, para valores menores de esa cantidad, la resistividad es muy alta. COMPOSICIÓN DEL TERRENO: La composición del terreno depende de la naturaleza del mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40-500 ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 ohms respectivamente. En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 ohmm o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100 ohm o menos con una sola varilla electrodo es virtualmente imposible. ESTRATIGRAFÍA: El terreno obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos. En XX se encuentran ejemplos de diferentes perfiles de resistividad. GRANULOMETRÍA: Influye bastante sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y de que ésta sea mayor que la de la arcilla.

ESTADO HIGROMÉTRICO: El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15% mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos. TEMPERATURA: A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese aumento se nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que, a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra COMPACTACIÓN: La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles. MÉTODO DE WENNER. En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre. Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.

MÉTODO DE SCHLUMBERGER

El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a). La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la figura.

El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.

Subsistema de puesta a tierra El subsistema de electrodos de tierra es la parte del sistema de puesta a tierra que establece la conexión eléctrica con el terreno y permite el funcionamiento de las protecciones contra rayo y falla eléctrica de los equipos, garantiza la seguridad personal y la minimización del ruido. Tiene que diseñarse de acuerdo con las características del sitio y los requerimientos del edificio, tiene que ser instalado adecuadamente y deben tomarse las medidas necesarias para asegurar que ofrezca una conexión de baja resistencia a lo largo de toda la vida del edificio o estructura. Para lograr estos los objetivos, la ejecución del subsistema de electrodos de tierra debe hacerse siguiendo los siguientes pasos: Medir la resistividad del suelo en varios puntos del área donde se prevé su instalación. Identificar las características geológicas más importantes del sitio que ayuden a establecer: • Distribución de los tipos principales de suelo por estratos. • Formaciones rocosas importantes • Presencia de fuentes de agua subterráneas • Profundidad del manto freático • Tomar muestras de suelo mediante perforaciones practicadas en el lugar, estudiar los mapas locales y entrevistarse con empresas constructoras, perforadoras de pozos y otras personas con vistas a obtener toda la información deseada. • Evaluar a partir de la información obtenida cuales características pueden influir en el diseño e instalación del subsistema. Identificar las características físicas que influyen en la ubicación del subsistema e indicarlas en el diagrama general del edificio (por ejemplo: ubicación de calles o carreteras pavimentadas, zonas de parqueo, drenajes naturales y artificiales y ubicación de objetos metálicos enterrados tales como tuberías y tanques). Revisar la información de las condiciones climáticas locales y determinar la cantidad anual y distribución estacional de lluvias (a partir del serviciometeorológico local) y la incidencia de rayos (a partir del mapa de niveles isoceráunicos).

Diseñar el subsistema de electrodos de tierra. Establecer los requerimientos que se debe cumplir: • Para una instalación ubicada en un área de alta incidencia de rayo, el subsistema tiene que ser capaz de disipar de manera segura la energía del rayo sin que ocurra fusión de los conductores o sobrecalentamiento del suelo. También deben minimizarse las tensiones de paso en las áreas donde pueda haber presencia de personas. • Si existe un sistema de radiocomunicaciones donde el plano de tierra de antena tiene que servir como subsistema de electrodos de tierra, éste debe tener una baja impedancia a radiofrecuencia. • Tener en cuenta ubicación del manto freático en la zona, pues es sumamente deseable alcanzarlo. Los factores a considerar son su profundidad con relación a la superficie y su disponibilidad respecto a grandes variaciones estacionales. El diseño será tal que haga y mantenga el contacto de los electrodos con un suelo que permanezca húmedo o mojado durante todo el año, si es posible. • Considerar las grandes formaciones rocosas cerca de la superficie pues éstas influyen considerablemente en el tipo y la disposición de los electrodos de tierra. En regiones donde el lecho rocoso es poco profundo, no deben usarse electrodos verticales sino horizontales como conductores, mallas o placas. Las grandes rocas salientes o los cantos sub-superficiales pueden obligar a la adopción de alternativas respecto al trazado de conductores o a la colocación de varillas. No es necesario incurrir en costosas perforaciones en roca para insertar varillas o cables debido a que la resistividad de la roca es tan alta que estos electrodos podrían no ser efectivos.

Conductores equipotenciales En una instalación de tierras, se denominan conductores equipotenciales a aquellos que conectan eléctricamente todas las masas metálicas de la estructura de un edificio o de un recinto, con el fin de evitar diferencias de potencial entre ellas. El conjunto forma una red equipotencial unida a la red de tierra del edificio. El conductor principal de equipotencial dad: El conductor principal de equipotencial dad debe tener una sección no inferior a la mitad de la del conductor de protección de sección mayor de la instalación, con un mínimo de 6 mm2. Sin embargo, su sección puede ser reducida a 2,5 mm2, si es de cobre.

El conductor suplementario de equipotencial dad: Si el conductor suplementario de equipotencial dad uniera una masa a un elemento conductor, su sección no será inferior a la mitad de la del conductor de protección unido a esta masa. La unión de equipotencial dad suplementaria puede estar asegurada, bien por elementos conductores no desmontables –tales como estructuras metálicas no desmontables– bien por conductores suplementarios, o por combinación de los dos.