Procedimiento para la ejecución del subsistema de electrodos de 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:

1. Realizar un
estudio de las propiedades eléctricas y físicas del
lugar.

1.1. Medir la resistividad del suelo en varios puntos
del área donde se prevé su
instalación.

1.2. 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.

1.3. 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).

1.4. Revisar la información de las condiciones
climáticas locales y determinar la cantidad anual y
distribución estacional de lluvias (a partir del servicio
meteorológico local) y la incidencia de rayos (a partir
del mapa de niveles isoceráunicos).

2. Diseñar
el subsistema de electrodos de tierra.

2.1. Determinar que tipo de
subsistema es más apropiado para la
edificación.

2.2. Establecer los requerimientos
primarios que 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.

• Debe tener una
resistencia a tierra inferior o igual a 10 ?.

2.3. Considerar las condiciones del sitio y
su localización:

• Determinar si la resistividad del
suelo es baja (< 50 ?.m), media (50 a 200 ?.m) o alta (>200
?.m). Mientras mayor la resistividad del suelo más
complejo y costoso será el subsistema de electrodos de
tierra necesario para lograr la resistencia inferior a 10
?.

• 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.

2.4. La localización del subsistema
de electrodos de tierra tiene que ser tal que no sea
perjudicado por los parapetos y aleros. La ubicación y
trazado de los conductores de bajada frecuentemente son afectados
por las consideraciones arquitectónicas. El diseño
se ajustará a dichas consideraciones. El trazado de los
cables de interconexión del subsistema de electrodos de
tierra con los conductores de bajada deberá ser lo
más corto posible para evitar extensiones prolongadas
entre el conductor de bajada y el punto efectivo de tierra.
Ubique el subsistema de electrodos de tierra de modo tal que sean
posibles las conexiones convenientes con los
conductores de tierra de los sistemas
eléctrico y de telecomunicaciones del
edificio.

2.5. Sitúe los conductores de tierra
preferiblemente en áreas húmedas o cubiertas con
vegetación. La ubicación de los conductores
deberá sacar máxima ventaja de los efectos del
humedecimiento por saturación o del agua de drenajes de la
cubierta, parqueos, etc. Evitar la ubicación de las
principales partes de este subsistema de electrodos de tierra en
extensas áreas pavimentadas bajo carreteras o zonas de
parqueos.

2.6. Considerar las ventajas y desventajas
relativas de los tipos de electrodos de tierra con
vistas a seleccionar el más apropiado para satisfacer los
requerimientos del edificio.

2.7. Estimar los costos relativos para
satisfacer los objetivos con diferentes tipos de
configuraciones. Incluir los costos de materiales, de
instalación, de mantenimiento y de
actualización.

2.8. Calcular la resistencia a tierra de la
configuración seleccionada. Si esta cumple el objetivo de
diseño, complete el subsistema con todas las
interconexiones necesarias.

2.9. Frecuentemente se encontrarán
sitios no ideales que requerirán

alguna alternativa de configuración de electrodos
de tierra. Por ejemplo, pueden existir grandes formaciones
rocosas que impidan la colocación uniforme de los
electrodos verticales alrededor del sitio, el lecho rocoso puede
estar cerca de la superficie, el nivel del agua puede caer a
varios metros por debajo de la superficie del suelo, la
resistividad del suelo puede ser muy alta o los restricciones
arquitectónicos y paisajísticos pueden impedir la
ubicación de electrodos verticales en puntos
específicos. En tales casos, se podrá modificar la
configuración de electrodos de acuerdo con dichas
restricciones mientras se logre la resistencia deseada. Las
alternativas típicas son:

• Variar la cantidad de
electrodos.

• Usar electrodos más
grandes.

• Disminuir la resistividad del
suelo mediante tratamiento químico cuando no sean posibles
o económicamente efectivas las medidas
anteriores.

3. Instalar el
subsistema de acuerdo a los procedimientos
recomendados

4. Medir la resistencia a tierra del
subsistema para verificar que cumple los objetivos recomendados o
especificaciones de diseño.

Inspecciones.

Las inspecciones se realizarán como parte
integrante de la instalación durante la
construcción del edificio o estructura. Para asegurar que
su ejecución sea realizada de manera apropiada, tienen que
chequearse cuidadosamente los trabajos de
construcción desde el comienzo de la excavación
hasta la terminación de la instalación. Antes de la
aceptación del sistema, su instalación tiene que
ser validada como aceptable. Esta servirá de ayuda para la
inspección y verificación de la
instalación.

(1) Cumpla los requerimientos y recomendaciones.
Verifique que los electrodos de tierra tienen las dimensiones
especificadas. Si se utilizan electrodos verticales clavados en
el lugar, prevea el uso de sufrideras que eviten el daño
de las mismas. Cuide que no se doblen, rompan o deformen los
acoples entre secciones. Los acoples seriamente debilitados o
dañados tienen que ser remplazados antes queden por debajo
del nivel del terreno.

(2) Compruebe la resistencia de los electrodos
verticales a medida que sean clavados. Use el método de
caída de potencial para determinar la resistencia a tierra
de éstos cuando alcancen la profundidad de diseño.
Calcule la resistencia del total de electrodos verticales de la
red. Este cálculo tiene que indicar si el subsistema de
electrodos planificado alcanzará la resistencia de
10 ? (o menos). En la medida que sean clavadas los
electrodos verticales, continué verificando las
resistencias individuales de estos mediante medición. Este
procedimiento le permitirá tomar la decisión sobre
la necesidad de ajustar la cantidad de electrodos (adicionando o
sustrayendo) hasta lograr la resistencia deseada.

(3) Observe que los cables que interconectan los
electrodos verticales sean del área de sección
transversal correcta (50 mm2). Inspeccione todas las conexiones
entre secciones de cable y entre cable y electrodos. Todas las
conexiones que queden enterradas y posteriormente inaccesibles
serán preferiblemente soldadas. Destine las abrazaderas o
conexiones atornilladas para localizaciones que sean
accesibles.

(4) Verifique que se hayan tomado provisiones para la
interconexión del subsistema de electrodos de tierra con
las líneas metálicas de la edificación, los
tanques soterrados y otras estructuras metálicas
enterradas.

(5) Verifique que se han instalado derivaciones o cables
de las dimensiones apropiadas para las conexiones al conductor de
bajada de pararrayos, tierra del sistema eléctrico y
tierra de telecomunicaciones. Asegúrese que las
derivaciones usadas para los conductores de bajada del pararrayos
no se usan como parte de los subsistemas de referencia de
señal y de protección contra falla.

(6) Una vez que el sistema completo sea instalado, mida
la resistencia a tierra del sistema usando el método de
caída de potencial.

(7) Asegúrese que todos los cambios
o modificaciones están adecuadamente indicadas en los
diagramas de la instalación.

(8) Guarde copia de todos los diagramas,
estudios iniciales del sitio, listas de verificación y
datos de pruebas recolectados durante la
construcción.

Pruebas.

Las pruebas serán realizadas por
personal debidamente cualificado y entrenado.

(1) Cuando se mide el subsistema de
electrodos de tierra deben velarse las siguientes
precauciones de seguridad:

? Cuando se mida resistencia, tenga cuidado al realizar
la conexión de los terminales de los cables al instrumento
de medición y evite el contacto de las manos con los
terminales y electrodos de referencia. Recuerde que durante las
condiciones de falla pueden producirse tensiones peligrosas entre
el subsistema de electrodos de tierra y el punto distante que
está siendo probado.

? La mayor parte de la resistencia a tierra se
desarrolla próxima a sistema de tierra debido al "efecto
de semiesfera". Alrededor de un electrodo de tierra
semiesférico, la resistencia del suelo es la suma de las
resistencias serie de las capas virtuales de suelo, localizadas
progresivamente hacia afuera a partir del electrodo. La capa
más cercana tiene el área de circunferencia o
sección transversal más pequeña, de modo que
tiene la mayor resistencia. Las capas exteriores que le suceden a
ésta tienen áreas progresivamente más
grandes y, por tanto, resistencias más bajas. En la medida
que el radio del electrodo aumenta, el incremento de resistencia
por unidad de radio disminuye hasta casi cero. Cuando ocurre una
falla a tierra, la mayor parte de la caída de
tensión se produce próxima al subsistema. Debe
tomarse precaución cuando se aproxima a una tierra
viva.

? En las estaciones donde el cercado no está
conectado a la tierra de la misma, puede desarrollarse una
tensión peligrosa bajo condiciones de falla entre ambas.
No toque dichas partes simultáneamente.

? Las sobretensiones en las líneas de
transmisión pueden inducir valores peligrosos en los
terminales de prueba que descansan bajo las líneas. Debe
tenerse cuidado al manipular dichos terminales.

? Las mediciones no deben efectuarse
durante una tormenta eléctrica.

? Como medida de protección para el operador se
recomienda el uso de guantes de goma y botas aislante capaces de
protegerlo contra cualquier tensión peligrosa.

(2) La red de electrodos de tierra completa se
medirá en cada localización donde los documentos de
proyecto de la instalación especifiquen un valor
máximo de resistencia a tierra, en el terminal de tierra
del panel de entrada de servicio y en las arquetas de
inspección. Mida la resistencia a tierra luego de
transcurridos 2 días completos después de la
última lluvia y sin el suelo haber sido humedecido por
algún otro medio de drenaje o escape natural,
químicamente tratado o aplicado algún otro medio
artificial de reducción de la resistividad
natural.

Autor:

Ing. Frank Amores Sánchez

Especialista PCI, APCI.