Sistemas de Puesta a Tierra (página 2)

3.3 Neutro y Tierra en el
transformador (Sistema TNS):
en este caso el neutro y mi instalación de Puesta a Tierra
se conectan en el centro de estrella del transformador y de
ahí se conecta rígidamente a tierra.

Es la forma de conexión más utilizada,
cuando el Cliente es el
propietario del transformador.

O sea que en general adoptamos los Sistemas TT
ó TNS, por las siguientes razones:

• Limitar la diferencia de potencial eléctrico
  entre todos los objetos conductores aislados.

• Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando
  se produce la misma

• Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema
  en diferentes condiciones.

4. Principios de
protección contra las Sobretensiones Externas e
Internas

Para proteger las Instalaciones en forma integral
debemos realizar lo siguiente:

• Realizar una Red de Tierra Externa (conductores
  enterrados y jabalinas) para evacuar la energía
  proveniente del rayo o de la sobretensión hacia
  tierra, de manera que esta energía no ingrese a la
  Planta.

• Realizar una Red de Tierra Interna (conductores
  conectados a partes metálicas de tableros, estructuras
  de equipos y carcazas de motores) para que en el caso de
  ingreso de alguna sobretensión, no exista diferencia
  de potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un
  mismo equipo.

• Instalar las protecciones adecuadas en cada Ingreso
  de conductores metálicos a la Planta. En una
  situación normal las mismas están inactivas y
  caso de sobretensiones se cebarán conduciendo estas
  tensiones peligrosas a tierra y de esta forma, protegiendo
  los equipos.

En síntesis
las Protecciones detectan las sobretensiones y las conducen
mediante la Red Interna a la Red
Externa, para su evacuación.

Por esto vemos que estos 3 elementos (Red Externa,
Red Interna y Protecciones) son fundamentales y se necesita que
estén los 3 presentes simultáneamente, para ser
eficaces

De nada vale tener una buena Red Externa sino tengo Red
Interna y Protecciones y viceversa. Esto se podría
asemejar a una mesa de "3 patas".

Por ello y para una mejor comprensión dividiremos
el tema en: Red Externa y Red Interna a la Planta y además
explicaremos los diferentes elementos de protección desde
el punto de vista de ingreso de las sobretensiones.

4.1. Red Externa

Tiene por finalidad evacuar la energía
proveniente de las Sobretensiones Externas ó Internas
hacia tierra, para que esta energía no ingrese al Edificio
ó no afecte a otros equipos.

Esta red externa vincula la puesta a tierra del
mástil del pararrayos, con la puesta a tierra perimetral
al Edificio de la Planta y con la puesta a tierra de la
Subestación ó pilar de acometida, mediante cable de
cobre desnudo
de 1x50mm2 y jabalinas soldadas asociadas.

a) La puesta a tierra del mástil comienza en la
cima con un pararrayos tipo Franklin ó
Piezoeléctrico ó Iónico y a
continuación existe un cable de bajada que puede ser de
cobre desnudo de 50mm2 o fleje de cobre de 30 x 2 mm2.

Esta bajada deberá ser lo más recta
posible evitando cambios bruscos de dirección y terminará en una
cámara de pararrayos cercana a la base del
mástil.

De esta cámara de pararrayos saldrá una
pata de ganso en dirección opuesta al Edificio de la
Planta ( la pata de ganso son extensiones de cable enterrado con
jabalinas soldadas ).

b) La puesta a tierra de Planta consiste en un anillo
enterrado en forma perimetral al edificio de la Planta. Este
anillo que estará formado de cable de cobre desnudo de 50
mm2 y jabalinas tipo cooperweld de 1,5m empezará y
terminará en la cámara de Edificio.

c) La puesta a tierra de la Subestación en
Sistemas TNS consiste en vincular la cámara de
Energía con la red de tierra, mediante cable de cobre
desnudo de 50mm2 .De esta cámara de Energía se
conectará el Neutro y la carcaza del
transformador.

En Sistemas TT la puesta a tierra consiste en vincular
la cámara de Energía con la red de tierra,mediante
cable de cobre desnudo de 50mm2.A esta cámara de
Energía se conectará el borne de tierra de los
descargadores autovalvulares de pilar.

En síntesis la Red Externa deberá contar
con una tierra unificada donde se vincularán: la
cámara de Pararrayos con la cámara de Edificio,
mientras que la cámara de Energía lo hará
con el punto más cercano del anillo perimetral y de esta
manera quedará todo unificado. Esto significa que no
existirán "Tierras Independientes".

En terrenos de alta resistividad, es difícil
bajar la resistencia por
debajo de un determinado límite. Habrá que
contentarse con un valor un poco
superior, pero sí con una buena
unificación.

Si es necesario bajar un valor de resistencia,
deberá agregarse conductor de cobre desnudo de 50mm2 y
jabalinas tipo cooperweld soldadas a dicho cable.

Para realizar estas soldaduras se deberá utilizar
el molde apropiado y una carga de soldadura.

Una buena soldadura es brillante, no es porosa y queda
del mismo color que los
elementos a unir. En caso de soldaduras defectuosas (recocida,
fracturadas o con poca sección de contacto) lo mejor es
rehacerlas.

Un consejo útil es no hacer las
soldaduras sobre cables de energía, ya que en el momento
de soldarse se llega a unos 1200 °C y es sumamente peligroso
para las vainas o coberturas exteriores de los mismos.

Otro hecho importante es saber que cuando se deforman
los moldes, lo mejor es cambiarlos (vida útil promedio 100
a 150 soldaduras).

Conclusiones

• Red externa común, es decir "Tierras
  Unificadas" y No "Tierras Independientes".

• Bajo valor de resistencia (la mayor parte de la
  Sobretensión se derivará a tierra y menos
  entrará / transitará por la
  Instalación).

• Hacer "Anillo" si se puede, no es
  excluyente.

• Uso de conexiones soldadas en cables y jabalinas
  (mejores contactos y menos mantenimiento).

• Uso de cámaras de inspección donde se
  justifique (puntos singulares), el resto de la
  instalación de cables y jabalinas puede ir enterrado
  sin cámaras.

• Usar cable desnudo y no aislado en pvc (esto
  favorece el drenaje a tierra).Sección mínima
  normada: 50mm2 Cu.

• En casos de instalaciones de tierras "viejas"
  interconectarlas con las nuevas, ya que ayudan

• Tratar de usar un mismo material para el cable como
  para las jabalinas.

• Montar el pararrayos lo más alto posible
  (mayor carpa de protección).

• De ser factible cercar en la bajada de pararrayos
  (altas tensiones de paso en caso de descargas)

4.2. Red Interna

La red interna del Edificio consiste en tener todos los
equipos e instalaciones a un mismo potencial, para que en el caso
de ingreso de alguna sobretensión no exista diferencia de
potencial entre un equipo y otro, o entre partes de un mismo
equipo.

Los objetivos
básicos que se buscan son los siguientes:

• Asegurar que las personas en el lugar estén
  libres de riesgos de choques eléctricos de voltaje
  peligrosos.

• Suministrar capacidad de conducción de
  corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada
  para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el
  sistema de protección de sobre corriente sin provocar
  fuego o explosiones.

• Contribuir a un funcionamiento óptimo del
  sistema eléctrico

Para construir esta Red Interna se parte de una reja
principal de distribución que se conecta a la Red
Externa y desde la cual se vinculan en forma independiente
(radial) mediante cable de cobre unipolar aislado en PVC los
siguientes equipos ó partes de
instalación:

• Borne de tierra de Tablero Principal de
  CA.

• Borne de tierra de cada Tablero Seccional de CA
  tanto sea de Fuerza Motriz ó de Iluminación y
  Tomas. A partir de estos Tableros se pondrán a tierra,
  cada motor y tomacorriente con tierra.

• Borne de tierra de equipo de Grupo
  Electrógeno (de poseer) y sus elementos asociados
  (tanque, cañería, etc.).

• Borne de tierra de equipo de Radio (de
  poseer).

• Borne de tierra de equipo de Central
  Telefónica (de poseer).

• Borne de tierra de protección para cables
  telefónicos y modem.

• Borne de tierra de protecciones de
  transmisión.

• Estructura metálica de la nave.

• Estructura metálica de tanques.

• Cañerías metálicas de gas, agua
  y desagües.

Es de destacar que en Plantas
más complejas por estar dispuestos los equipos en
distintas Salas, el criterio será el mismo .Desde la reja
principal de distribución se alimentará en forma
independiente una barra de cobre por Sala, desde la cual se
conectarán a tierra sólo los equipos de esa
Sala.

Conclusiones

• Tener en cuenta que con la Red Interna estamos
  "Poniendo el Equipo a Tierra". Con esta medida
  evitamos "daños personales y
  materiales".

• Realizar conexiones "Radiales" y No "En Serie".En
  configuraciones en Serie si algo se afloja, pierdo
  continuidad "aguas abajo".

• Poner a tierra en forma centralizada (a partir de 1
  barra única) ,evitando las puestas a tierra por carga
  (mayor mantenimiento, mayor resistencia, etc.) .

• Usar cables aislados en PVC ó desnudos. En
  caso de cables aislados usar código de colores (verde
  ó verde / amarillo).

• En caso de utilizar Placas de Tierra Secundarias y
  haya mucha distancia, verificar las secciones de los
  conductores de la Red Interna.

• Evitar usar secciones de cables muy chicas (a menor
  sección mayor inductancia) .

4.3. Protecciones

Para Descargas Directas

Un rayo es una transferencia de cargas generalmente,
entre una nube y la tierra.
Cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra, se
establece una trayectoria ionizada escalonada, produciendo una
corriente elevada de descarga (valor medio 20 KA).

Los rayos tienden a seguir la ruta de menor resistencia
hacia tierra y con frecuencia esta trayectoria se encuentra en
objetos altos o metálicos. En determinados casos un objeto
"alto" podría ser un edificio, una torre, una casa, un
tanque ó una persona.

En cierto modo el pararrayos "atrae" los rayos. Lo que
no es cierto, es que sin él el rayo caerá en "otra
parte".O sea que la función
del pararrayos es proporcionar un camino de menor resistencia que
el aire hacia
tierra.

Por lo expuesto el Pararrayos es la única
protección contra las descargas atmosféricas
(rayos).

Tipos de pararrayos: Franklin, Piezoeléctrico
ó Iónico.

• ? Ubicación: partes más elevadas
  de las Instalaciones ó estructura específica
  para tal fin.

• ? Cantidad: es dependiente de las superficies y
  alturas a proteger.

En Plantas de poca superficie un pararrayos Franklin (de
puntas) podría andar. Protege un radio igual a su
altura de instalación.

En Plantas de poca altura y gran superficie optar por
pararrayos Piezoeléctrico ó Iónico (gran
radio de cobertura).

• a) Por Transmisión

Este tipo de protecciones son para proteger los equipos
de Tx contra descargas directas ó indirectas, ya que la
antena siempre está ubicada al exterior sobre uno de los
puntos más altos de la Planta (mástil ó
estructura).

Si no coloco estos protectores tendré problemas en
los Radios y en sus equipos asociados.

Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada
cable coaxil ó guía de onda, que vincula la antena
con el equipo de radio mismo:

• Una que protege el exterior del cable llamada Kit de
  Tierra y se instala sacando la cobertura del
  cable.

• Otra que protege el interior del cable llamado
  Protector de Coaxil y se instala interrumpiendo (cortando) el
  cable.

Estas protecciones son multi impacto, es decir que
aguantan varias descargas antes de inutilizarse.

Sus características principales son las
siguientes:

Kit de tierra

• - Uso: transmisión.

• - Destino: cada coaxil ó guía de
  onda.

• - Tipo o denominación: Uni- kit 2
  CC

• - Cantidad por cada coaxil o guía de
  onda: mínimo 2 ( 1 cuando el cable se separa del
  mástil ó torre y la otra junto al
  pasamuro.

• - Corriente de descarga: 20 KA.

Protector de coaxil

• - Uso: transmisión.

• - Destino: cada coaxil.

• - Tipo o denominación: su código
  depende de la potencia y frecuencia del radio.

• - Cantidad por cada coaxil : 1

• - Corriente de descarga: 20 KA.

c) Por Energía

Este tipo de protecciones son para proteger los equipos
que se alimentan con C.A. contra descargas directas ó
indirectas, ya que los cables de alimentación de las
Empresas
Distribuidoras de Electricidad
constituyen verdaderas "antenas
naturales".

Si no coloco estos protectores tendré problemas
en los Equipos de Alta Tecnología (Tableros
Inteligentes, Computadoras,
plaquetas, etc.).

Existen 2 tipos de protecciones que trabajan sobre cada
fase y el neutro:

• Una que está ubicada cerca del medidor
  llamada Descargadores Autovalvulares y se utiliza
  principalmente para sobretensiones de larga
  duración.

• Otra que se instala dentro del Tablero Principal de
  CA y se utiliza principalmente para todo tipo de
  sobretensiones.

Estas protecciones son multi impacto, es decir que
aguantan varias descargas antes de inutilizarse y tienen
indicador de inutilización.

Sus características principales son las
siguientes:

Descargador autovalvular

• - Uso: energía.

• - Destino: cruceta en pilar de
  acometida.

• - Tipo o denominación: MP / MP
  MOSA.

• - Cantidad: 1 por fase más 1 para el
  neutro.

• - Corriente de descarga: 2,5 KA.

Protector derivación con "indicación de
estado"

• - Uso: energía.

• - Destino: cada del Tablero Principal de
  C.A.

• - Tipo o denominación: Citel DS 402
  ó DS 404.

• - Cantidad: 1 (son bipolares ó
  tetrapolares).

• – Corriente de descarga: 40 KA.

• - Puede pedirse con contactos secos para
  alarma.

• - Cambia de color al inutilizarse (pasa de
  verde a rojo en algunas marcas).

• - Vienen módulos de recambio para cada
  polo o el neutro.

d) Por cables telefónicos

Este tipo de protecciones son para proteger los equipos
que se vinculan a Conductores Telefónicos contra descargas
directas ó indirectas, ya que los cables de
alimentación de las Empresas de Telecomunicaciones constituyen verdaderas "antenas
naturales".

Si no coloco estos protectores tendré problemas
en la Central Telefónica, Central de Alarmas,
Computadoras, etc.

Existen 1 tipo de protección que trabaja sobre
cada par telefónico y sus características
principales son las siguientes:

• - Uso: circuito normal de cables
  telefónicos tanto de ingreso como egreso.

• - Cantidad: 1 por par de abonado.

• - Tensión nominal: 230 V+/-
  10%.

• - Corriente de descarga: 10 KA.

• - Tiempo de actuación: 30
  nanoseg.

Medición
de la resistencia a tierra

Para medir la resistencia de esta Red Externa se utiliza
un instrumento llamado Telurímetro cuyo principio de
funcionamiento se basa en el hincado de 4 jabalinas a saber: las
2 extremas para la circulación de una corriente y las 2
centrales para la medición de tensión, de manera que
el instrumento directamente indique el valor de resistencia, es
decir el cociente entre tensión y corriente.

Regularmente se utiliza el método de
las 3 jabalinas y para ello el borne E del instrumento se conecta
a la jabalina ó punto a medir, mientras que los bornes S y
H se conectan a los cables provenientes de 2 jabalinas auxiliares
dispuestas alineadas entre sí y a cierta cantidad de
metros del instrumento. Después se pone el selector en Re
3 polos y pulsando " START " se lee el valor de
resistencia.

El instrumento viene en una valija junto a
todos sus accesorios

El valor de la resistencia a tierra no debe exceder los
10 ohmios. Este límite superior es una directiva, pero
para muchas instalaciones los valores de
resistencia requeridos pueden ser mucho menores.

En plaza también se encuentran Pinzas Medidoras
de Resistencia a Tierra

Este método de medida es innovador
ya que ofrece la posibilidad de medir la resistencia sin
necesidad de desconectar nada.

Normas y
Bibliografía consultada

Norma Iram 2281: Código
de Práctica para Puesta a Tierra de Sistemas
Eléctricos.

Norma Iram 2309 y 23150: Materiales
para Puesta a Tierra.

Norma ANSI / IEEE Std. 142-1991:
Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial
Power Systems.

Norma NF C17 102 sobre
Pararrayos.

Normas del Instituto Argentino de Seguridad.

Catálogos de Protecciones varias:
OBO / CITEL / POLYPHASER / SHUNNER, etc.

Autor:

Alfredo Roitbarg

Docente E.E.T. N°478 "Dr.
Nicolás Avellaneda"

Santa Fe – Argentina