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Sistemas de tierra fisica




Enviado por Pablo Turmero



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    Introducción En el diseño y proyecto de las
    instalaciones destinadas al suministro o utilización de la
    energía eléctrica, una de las mayores
    preocupaciones de los ingenieros de diseño ha sido como
    conectar a tierra los equipos eléctricos de una manera
    segura y apropiada. El problema existe en todos los campos de la
    Ingeniería eléctrica, desde las bajas corrientes a
    tierra de los equipos electrónicos, hasta las altas
    corrientes a tierra de las grandes subestaciones en extra alta
    tensión. Todos los objetos metálicos que encierren
    conductores eléctricos o que probablemente queden
    energizados por corrientes eléctricas originadas por
    fallas del sistema eléctrico, descargas
    electrostáticas o por descargas atmosféricas, deben
    quedar firmemente conectados a tierra para garantizar la
    seguridad del personal, reducir la probabilidad de incendios y
    asegurar la protección de los equipos para lograr su
    funcionamiento normal. Si los objetos están firmemente
    conectados a tierra, se facilitará la operación de
    los dispositivos de sobrecorriente de falla a tierra y se
    permitirá que las corrientes de retorno provenientes de
    filtros de interferencia electromagnética y supresores de
    sobretensiones conectados entre línea y tierra o entre
    línea y chasis, fluyan de manera adecuada.

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    Funciones principales de los sistemas de tierra 1. Proveer un
    medio seguro para proteger al personal en la proximidad de
    sistemas o equipos conectados a tierra, de los peligros de una
    descarga eléctrica bajo condiciones de falla. 2. Proveer
    un medio para disipar las corrientes eléctricas a tierra,
    sin que se excedan los límites de operación de los
    equipos. 3. Proporcionar una conexión a tierra para el
    punto neutro de los equipos que así lo requieran
    (generadores, transformadores, reactores, etc.). 4. Proporcionar
    un medio de descarga y desenergización de equipos antes de
    proceder a tareas de mantenimiento. 5. Facilitar mediante la
    operación de relevadores y otros dispositivos de
    protección, la eliminación de fallas a tierra en el
    sistema.

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    Componentes básicos de una red de tierras Elementos de la
    red de tierras: – Conductores – Varillas o electrodos de tierra –
    Conectores o juntas Conductores. Los conductores empleados en los
    sistemas de tierra son generalmente cables concéntricos
    que interconectados forman la red de tierras. Su función
    también es conectar a tierra los equipos eléctricos
    del sistema. Materiales. Cobre Cobre estañado Copperweld
    Acero inoxidable Acero galvanizado Aluminio

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    Componentes básicos de una red de tierras Varillas o
    electrodos de tierra. Estos elementos se introducen en el terreno
    con el objeto de alcanzar zonas más húmedas en el
    subsuelo y por lo tanto con valores de resistividad
    eléctrica menores. Materiales: Copperweld Acero inoxidable
    Acero galvanizado Aluminio La selección del material de
    las varillas o electrodos dependerá de las
    características de corrosión que presentan al estar
    enterrados. El copperweld es el material mas empleado en las
    varillas de tierra, ya que combina las ventajas del cobre con la
    alta resistencia mecánica del acero, tiene buena
    conductividad, resistencia a la corrosión y resistencia
    mecánica para ser clavada en el terreno. El
    diámetro y longitud de las varillas se determinará
    por su resistencia mecánica y por el valor de resistencia
    eléctrica que presentan al estar enterradas.

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    Componentes básicos de una red de tierras Conectores o
    juntas. Son los elementos que además de unir entre si a
    los conductores que forman la red de tierras, conectan las
    varillas y electrodos de tierra y los conductores de puesta a
    tierra de los equipos a dicha red. Tipos. – Conectores a
    presión Conectores atornillables Conectores de
    compresión – Conectores soldables Son aquellos que
    mediante una reacción química exotérmica, el
    conductor y el conector forman una sola conexión
    molecular. Por su naturaleza, este tipo de conectores soportan la
    temperatura de fusión del conductor.

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    Características de los elementos de una red de tierras
    Cada elemento de la red de tierras deberá tener las
    siguientes características: a) Resistencia a la
    corrosión. Para retardar su deterioro en el ambiente donde
    se instalen b) Conductividad eléctrica. De tal manera que
    sustancialmente no contribuya con diferencias de potencial en la
    red c) Capacidad de conducción de corriente. Suficiente
    para soportar los esfuerzos térmicos durante las
    condiciones mas adversas impuestas por la magnitud y
    duración de las corrientes de falla d) Resistencia
    mecánica. De tal manera que soporte los esfuerzos
    electromecánicos y el daño físico.

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    Disposiciones básicas de las redes de tierras Sistema
    radial. Este sistema es el más simple para la
    conexión a tierra de los equipos. Consiste en instalar uno
    o varios electrodos de tierra a los cuales se conectan los
    conductores derivados de cada uno de los equipos.

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    Disposiciones básicas de las redes de tierras Sistema en
    anillo. El sistema en anillo se obtiene colocando en forma de
    anillo un conductor de un calibre determinado alrededor de la
    superficie ocupada por los equipos. A este anillo se conectan las
    derivaciones para la conexión a tierra de cada uno de los
    equipos usando un conductor de calibre más delgado. En los
    vértices del anillo se instalan varillas o electrodos de
    tierra.

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    Disposiciones básicas de las redes de tierras Sistema de
    malla. El sistema de malla consiste, como su nombre lo indica, en
    un arreglo de conductores perpendiculares e interconectados
    formando una malla o retícula a la cual se conectan las
    derivaciones de conexión a tierra de cada uno de los
    equipos. En las esquinas, en el perímetro, o por toda la
    malla, se instalan varillas o electrodos de tierra. Este sistema
    se emplea generalmente en subestaciones de potencia.

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    Resistencia a tierra de una varilla En un suelo uniforme de
    resistividad , la resistencia a tierra de una varilla de
    diámetro d, enterrada una longitud L, esta dada por la
    ecuación: Donde: R = Resistencia a tierra de la varilla,
    en Ohms = Resistividad del terreno, en Ohms-metro L = Longitud de
    la varilla, en metros d = Diámetro de la varilla, en
    metros Referencia: IEEE Std 142-2007. Recommended Practice for
    Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

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    Resistencia a tierra de un grupo de varillas Cuando se conectan
    en paralelo varias varillas de tierra, el valor de resistencia a
    tierra que presenta el conjunto es menor que el valor de
    resistencia a tierra que presenta una sola varilla. Si se conecta
    a una varilla existente otra varilla en paralelo, el valor de
    resistencia a tierra de las dos no es la mitad del valor que
    tenga una de ellas, a menos que se encuentren separadas una
    distancia igual a varias veces la longitud de una varilla. Una
    regla práctica es que en los grupos formados por 2 y hasta
    24 varillas, éstas queden ubicadas en línea recta,
    formando un triángulo o un cuadrado o que se ubiquen sobre
    el perímetro de un circulo y separadas entre si una
    distancia igual a la longitud de la varilla.

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    Resistencia a tierra de un grupo de varillas El valor de la
    resistencia a tierra de un grupo de varillas esta dada por la
    ecuación: Donde: = Resistencia a tierra del grupo de
    varillas, en Ohms R = Resistencia a tierra de una sola varilla,
    en Ohms n = Número de varillas en el grupo F = Factor dado
    por las normas (ver tabla) Referencia: IEEE Std 142-2007.
    Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial
    Power Systems

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    Resistencia a tierra de un grupo de varillas Se muestran en la
    siguiente tabla los valores del factor F de acuerdo con el numero
    de varillas en el grupo. Referencia: IEEE Std 142-2007.
    Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial
    Power Systems

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    Puesta a tierra de los sistemas eléctricos y
    electrónicos Equipos eléctricos en baja
    tensión. La puesta a tierra de los equipos
    eléctricos en baja tensión se realiza mediante un
    sistema en anillo. A este anillo se conectan las barras de tierra
    de tableros de distribución en BT, gabinetes de equipo
    eléctrico, tableros de alumbrado, etc. La puesta a tierra
    de los equipos eléctricos alimentados por estos elementos
    se realiza mediante conductores aislados o desnudos que se
    conectan a dichas barras o directamente al sistema en anillo
    localizado en el área. Debe existir siempre una
    interconexión entre la red de tierras de los equipos
    eléctricos y la red de tierras de los sistemas
    electrónicos. La puesta a tierra de los equipos
    eléctricos deberá cumplir con los requerimientos de
    los artículos 250 y 710-7 de la Norma Oficial Mexicana
    NOM-001-SEDE-2005. Equipos y sistemas electrónicos. La
    puesta a tierra de estos equipos puede hacerse con un sistema
    radial o un sistema en anillo. La función principal de la
    red de tierra para los equipos y sistemas electrónicos es
    proporcionar un valor de referencia cero para dichos equipos.
    Este valor de referencia se obtiene cuando el valor de
    resistencia a tierra de la red es cercano a cero. Dependiendo de
    los valores de resistividad del terreno, el sistema radial puede
    estar formado por una sola varilla de tierra o por un grupo de
    varillas interconectadas.

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    Sistemas de tierra – Detalles de instalación

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    Puesta a tierra de los sistemas electrónicos Esta red de
    tierras se conecta mediante un cable aislado a una barra de cobre
    soportada sobre aisladores que se instala en el cuarto donde se
    ubican los equipos y sistemas. A la barra se le denomina barra de
    tierra aislada y al sistema se le denomina sistema de tierra
    aislada. A esta barra se conectan los cables aislados (IG) de la
    referencia de tierra de los equipos, como se muestra en las
    figuras 1 y 2. La malla de referencia de señales es un
    complemento de la red de tierras electrónica y su
    principal función es evitar la interferencia hacia y desde
    el área de ubicación de los equipos y sistemas
    electrónicos. Puede emplearse la estructura
    metálica del piso falso como malla de referencia de
    señales o puede fabricarse la malla con cintas de cobre,
    como se muestra en las figuras 3 y 4.

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    Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra
    FIGURA 1. EL CONDUCTOR DE TIERRA (AISLADO) PASA A TRAVES DEL
    TABLERO DE DISTRIBUCIÓN

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    Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra
    Figura 2. METODO DE ALAMBRADO DEL CONDUCTOR DE TIERRA (AISLADO)
    CON FUENTE DERIVADA SEPARADA

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    Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra
    Figura 3. ESTRUCTURA DEL PISO FALSO EMPLEADA COMO MALLA
    DEREFERENCIA DE SEÑALES

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    Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra
    Figura 4. MALLA DE REFERENCIA DE SEÑALES FABRICADA CON
    CINTAS DE COBRE

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    Bibliografía – Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005
    Instalaciones Eléctricas (utilización) – NFPA 70
    National Electrical Code 2008 – ANSI / IEEE Std 142 – 2007
    IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and
    Commercial Power Systems – IEEE Std 1100 – 2005 IEEE Recommended
    Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment

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