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Prevenciones en la puesta a tierra en instalaciones industriales




Enviado por Pablo Turmero



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    INTRODUCCIÓN La razón principal de la existencia de
    un sistema de puesta a tierra es la protección de las
    personas respecto a choques eléctricos producidos por
    contactos indirectos en una situación de falla. El uso de
    sistemas eléctricos conectados a un sistema de puesta a
    tierra generalmente lleva asociada la presencia de altas
    corrientes como consecuencia de fallas a tierra.

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    INTRODUCCIÓN Objetivos: Realizar una evaluación de
    riesgos sustentada por una inspección a las instalaciones
    de una planta real. Conseguir que, con la ayuda de la normativa
    aplicable, se puedan sugerir prevenciones en el sistema de puesta
    a tierra. Abarcar, en nuestro análisis de riesgos, otros
    tipos de factores de riesgo que no sean de carácter
    eléctrico, y sin embargo puedan afectar a quienes realizan
    labores relacionadas a los sistemas de puesta a tierra.

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
    Justificación de la puesta a tierra La puesta a tierra de
    instalaciones eléctricas está relacionada con la
    seguridad. El sistema de puesta a tierra se diseña
    normalmente para cumplir dos funciones de seguridad. 1.-
    Establecer conexiones equipotenciales. 2.- Garantizar que, en el
    evento de una falla a tierra, toda corriente de corto circuito
    que se origine, pueda retornar a la fuente de una forma
    controlada.

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA La tierra y la
    resistividad La resistividad del suelo es la propiedad que tiene
    éste para oponerse al paso de la corriente
    eléctrica y varía ampliamente a lo largo y ancho
    del globo terrestre, estando determinada por diversos factores
    como: Sales solubles  Composición propia del
    terreno  Estratigrafía 
    Granulometría  Estado higrométrico 
    Temperatura  Compactación

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Mediciones de
    resistencia de electrodos a tierra Es posible obtener el valor de
    la resistencia a tierra en sistemas de puesta a tierra ya
    existentes, para esto se tienen varios métodos de
    medición de resistencia de una toma a tierra.
    Método de Caída de Potencial Consiste en hacer
    circular una corriente eléctrica a través del
    sistema de puesta a tierra objeto de estudio, midiendo al mismo
    tiempo los valores de caída de potencial que el paso de
    esta corriente provoca entre el sistema y un electrodo de
    potencial utilizado como referencia para la medición.
    Además del electrodo de potencial, el circuito está
    constituido por un electrodo de corriente cuya finalidad es
    cerrar el circuito que permite circular la corriente por el
    sistema a medir.

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Tipos de
    sistemas de puesta a tierra Existen diversos tipos de sistemas de
    puesta a tierra siendo el propósito de los mismos lo que
    los diferencia. En este trabajo abordaremos dos de ellos: Puesta
    a Tierra de Sistemas Eléctricos. Puesta a Tierra de
    Equipos Electrónicos.

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Puesta a tierra
    de sistemas eléctricos En los siguientes sistemas en
    corriente alterna se conectará a tierra: a. Una fase, dos
    hilos: El conductor de tierra o retorno. Conexión en
    sistema: Una fase, dos hilos

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA b. Una fase,
    tres hilos: El conductor de retorno en la derivación
    central del secundario del transformador. c. Sistemas
    trifásicos que tienen un hilo común a todas las
    fases o conectados en Y: El conductor común o neutro en la
    fuente (subestación eléctrica, generador y tablero
    principal). Conexión en sistema: trifásico con un
    hilo común a todas las fases Conexión en sistema:
    Una fase, tres hilos

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA d. Sistemas
    trifásicos conectados en Delta: El conductor en la
    derivación central de cualquiera de los tres devanados de
    la fuente. Conexión en sistema: trifásico conectado
    en delta

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA El calibre del
    conductor de puesta a tierra del sistema puede ser dimensionado
    según el calibre de los conductores de alimentación
    del sistema eléctrico. La tabla 250-66 del NEC (Anexo A)
    muestra los valores correspondientes. Cuando la
    alimentación principal no esté conformada por un
    conductor por fase, sino que hay más de un conductor en
    paralelo por fase; se hace el cálculo sobre la
    sección de los conductores en paralelo.

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    TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Puesta a tierra
    de equipos electrónicos El esquema convencional para
    equipos electrónicos se muestra en la siguiente figura.
    Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de
    computadores personales (PCs)  donde únicamente
    existe alumbrado y algún otro equipo eléctrico, tal
    como en los pequeños comercios o en las viviendas. Sistema
    convencional – no aislado

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    Sistema de tierra aislada TEORÍA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA
    A TIERRA Existe también el esquema de puesta a tierra
    aislada que consiste en que el terminal de puesta a tierra del
    tomacorriente que alimentará a equipos electrónicos
    vaya aislado hasta el punto de conexión con la puesta a
    tierra del sistema eléctrico.

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    Conexión de tomacorrientes de tierra aislada TEORÍA
    DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Así se ayuda a reducir
    el ruido de modo común, que es cualquier señal
    indeseable que es común a todos los conductores del
    circuito simultáneamente con respecto a tierra.

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    MARCO LEGAL: REGLAMENTOS Y NORMATIVAS APLICADAS A LOS SISTEMAS DE
    PUESTA A TIERA Aplicación del código
    eléctrico nacional (NEC) 110.9.- Rango de
    interrupción. 250.4(A)(2).- Conectando los equipos
    eléctricos a tierra. 250.30(A)(1).- Puesta a tierra de
    sistemas derivados de corriente alterna. 250.50.- Sistema de
    electrodos de puesta a tierra. 250.66.- Calibre del conductor a
    la varilla de tierra. 250.80.- Electro canales y tableros de
    servicio.

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    MARCO LEGAL: REGLAMENTOS Y NORMATIVAS APLICADAS A LOS SISTEMAS DE
    PUESTA A TIERA Norma NOM-001 250-32.- Carcasas y canalizaciones
    de la acometida. 250-43(a).- Armazones y estructuras de tableros
    de distribución. 250-71(b).- Puente de unión con
    otros sistemas. 250-81.- Sistema de electrodos de puesta a
    tierra. 250-91(a).- Conductor del electrodo de puesta a tierra.
    Otras normas internacionales IEEE Std 141-1993 Recommended
    Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants.
    5.8.3.1.- Protección de sobre intensidad de fase. 7.3.1.-
    Puesta a tierra de equipos de cómputo. 7.5.2.- Valores
    aceptables recomendados.

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    MARCO LEGAL: REGLAMENTOS Y NORMATIVAS APLICADAS A LOS SISTEMAS DE
    PUESTA A TIERA IEEE Std 142-1991 Recommended Practice for
    Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 5.5.1. –
    Conexión mono punto. IEEE Std 1100-2005 Recommended
    Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment 8.5.-
    Consideraciones de puesta a tierra. IEEE Std 80-2000 Guide for
    Safety in AC Substation Grounding 10.4.- Puesta a tierra de
    tableros.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Diagrama unifilar y análisis
    de cortocircuito

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Calculo de cortocircuito
    monofásico (falla a tierra) utilizando método punto
    a punto Datos del transformador: Potencia = 500KVA %Z
    transformador = 4.4

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    Tabla de corrientes de corto circuito monofásico
    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Reconocimiento del sistema de puesta
    a tierra existente La planta de Fleischmann-Ecuador, ubicada en
    Durán, cuenta actualmente con un sistema de puesta a
    tierra compuesto por un electrodo en el cuarto de transformadores
    y un grupo de electrodos en el área de oficina.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR En las siguientes imágenes se
    puede observar la situación física del electrodo en
    el cuarto de transformadores.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR En la siguiente imagen se muestra la
    barra a la cual está conectado el electrodo y se hace la
    toma de tierra para el transformador y la celda de media
    tensión.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR En los exteriores del área de
    oficinas se encuentran tres electrodos de puesta a tierra
    conectados en forma triangular. Sistema de puesta a tierra para
    equipos de cómputo – exteriores oficinas

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Medición actual del sistema
    Para realizar la medición del sistema de puesta a tierra
    existente se utilizó el método de la Caída
    de Potencial o del 62%. El equipo de medición utilizado es
    el telurómetro modelo 4610 de la marca AEMC Instruments y
    el procedimiento seguido fue el sugerido en el manual del
    mencionado equipo. Equipo de medición AEMC 4610

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Resultados obtenidos Medición
    en Cuarto de Transformadores Distancia al electrodo de corriente
    (distancia “a”) a = 36 m. Distancia al electrodo de
    potencial (aproximadamente 62% de “a”) 62% de a =
    21.8 m.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Resultados obtenidos Medición
    en Exteriores de Oficinas Distancia al electrodo de corriente
    (distancia “a”) a = 42 m. Distancia al electrodo de
    potencial (62% de “a”) 62% de a = 26m.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Verificación del cumplimiento
    de normas Dispositivos de protección contra cortocircuitos
    y rangos de interrupción. NEC 110.9.- Rango de
    interrupción. IEEE Std 141-1993 Recommended Practice for
    Electric Power Distribution for Industrial Plants. – 5.8.3.1
    Protección de sobre intensidad de fase. Las normas antes
    mencionadas requieren parámetros que sí se cumplen
    en la instalación inspeccionada, ya que los disyuntores
    estaban correctamente dimensionados para la carga que
    alimentaban. Además cumplen con la capacidad de manejo de
    la corriente de falla dado que, según el análisis
    de cortocircuito la mayor corriente esperada es de alrededor de
    20 kA y los disyuntores instalados manejan hasta 63 kA en caso de
    falla.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Valores de Resistencia de Puesta a
    Tierra IEEE Std 141-1993 Recommended Practice for Electric Power
    Distribution for Industrial Plants.- 7.5.2 Valores aceptables
    recomendados. Según la norma citada, las tomas de puesta a
    tierra si cumplen con los requerimientos tanto del NEC como de la
    IEEE al contar con valores menores a los 2? como se pudo observar
    en las tablas de resultados de las mediciones.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Interconexión de Sistemas de
    Puesta a Tierra NEC 250.30(A)(1).- Puesta a tierra de sistemas
    derivados de corriente alterna. NEC 250.50.- Sistema de
    electrodos de puesta a tierra. NOM-001 250-71(b).- Puente de
    unión con otros sistemas. NOM-001 250-81.- Sistema de
    electrodos de puesta a tierra. IEEE Std 142-1991 Recommended
    Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power
    Systems.- 5.5.1 Conexión mono punto. El sistema actual en
    los equipos de cómputo no cumple las normas ya que se
    encuentra totalmente separado de la puesta a tierra del Sistema
    Eléctrico (Cuarto de Transformadores) siendo requisito la
    unión en un solo punto de ambos sistemas para obtener una
    única referencia y equipotencialidad. Esto además
    permite el buen funcionamiento de los equipos de respaldo de
    energía eléctrica (UPS).

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Conductores para la conexión
    de electrodos de Puesta a Tierra NEC 250.66.- Tamaño del
    conductor a la varilla de tierra. NOM-001 250-91(a).- Conductor
    del electrodo de puesta a tierra. El conductor de puesta a tierra
    del Cuarto de Transformadores no cumple con lo especificado en la
    tabla 250.66 del NEC ya que como alimentadores de entrada existen
    2 conductores 350MCM por fase, lo que equivaldría en la
    tabla a la clasificación entre 600 y 1000MCM, teniendo
    como calibre mínimo de conductor de puesta a tierra un 2/0
    en cobre. En la actualidad existe un cable de calibre 1/0 desnudo
    y en mal estado. En contraste, el sistema de puesta a tierra de
    equipos de cómputo (área de oficinas) si cumple con
    esta especificación, ya que los conductores que alimentan
    al panel principal de dicha área son de calibre 4/0, uno
    por cada fase. El calibre del conductor existente para la
    conexión a los electrodos es 2/0 con lo cual se cumplen
    las normas.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Puesta a tierra de tableros,
    canalizaciones y estructuras metálicas. NEC 250.4(A)(2).-
    Conectando los equipos eléctricos a tierra. NEC 250.80.-
    Electro canales y tableros de servicio. NOM-001 250-32.- Carcasas
    y canalizaciones de la acometida. NOM-001 250-43(a).- Armazones y
    estructuras de tableros de distribución. IEEE Std 1100
    2005 Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic
    Equipment.- 8.5 Consideraciones de puesta a tierra.
    IEEE_Std_80-2000_guide_for_safety_in_AC_substation_grounding.-10.4
    Puesta a tierra de tableros.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Todas las normas citadas arriba
    coinciden en que los tableros, las canalizaciones
    metálicas, las carcasas de los equipos, y en general toda
    parte o estructura metálica que en caso de falla pueda
    energizarse debe ser conectada a tierra. Estas normas sí
    se cumplen en la celda de media tensión y la carcasa del
    transformador, ya que se encuentran conectados al sistema de
    puesta a tierra. Sin embargo, el tablero del disyuntor principal
    y el tablero de distribución principal que se encuentran
    en el mismo cuarto no están conectados al sistema de
    puesta a tierra, ni tampoco lo están el resto de tableros
    que se encuentran alrededor de la planta, por lo que en esos
    casos no cumplen con la normativa expuesta.

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    ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
    FLEISCHMANN – ECUADOR Puesta a tierra de equipos de
    cómputo. IEEE Std 141-1993 Recommended Practice for
    Electric Power Distribution for Industrial Plants.- 7.3.1 Puesta
    a tierra de equipos de cómputo. Sí se cumple esta
    norma ya que los servidores, los UPS’s y los equipos de
    cómputo en general están conectados a tierra y
    tienen su propio sistema de puesta a tierra ubicado en las
    cercanías al área a proteger.

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    PREVENCIONES EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Para llevar a cabo
    el análisis de riesgos se utilizará el
    método propuesto por William T. Fine. El método
    Fine es del tipo probabilístico, es decir que, mediante la
    ponderación de diversas variables de la inspección
    nos permite obtener un grado de peligrosidad de cada riesgo,
    estableciendo magnitudes que determinan la urgencia de las
    acciones preventivas. Una vez obtenidas las magnitudes se ordenan
    según su grado de peligrosidad. Este método es
    útil aplicarlo en puestos de trabajos concretos y
    definidos.

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    PREVENCIONES EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA El grado de
    peligrosidad se determina en base a tres factores: Consecuencias:
    Se definen como el daño, debido al riesgo que se
    considera, más grave razonadamente posible, incluyendo
    desgracias personales y daños materiales.
    Exposición: Es la frecuencia con la que se presenta la
    situación de riesgo, siendo tal que el primer
    acontecimiento indeseado iniciaría la secuencia del
    accidente. Probabilidad: posibilidad de que, una vez presentada
    la situación de riesgo, se origine el accidente.
    Habrá que tener en cuenta la secuencia completa de
    acontecimientos que desencadenan en el accidente. La
    fórmula para calcular el Grado de Peligrosidad (GP) es la
    siguiente:   GP = Consecuencias x Exposición x
    Probabilidad

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    PREVENCIONES EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Análisis de
    riesgos del sistema actual. Este análisis de riesgos se
    realizará en los dos puntos específicos
    inspeccionados en la planta, a saber el Cuarto de Transformadores
    y las Oficinas (Equipos de Cómputo). Se utilizará
    como guía la clasificación y procedimientos
    proporcionados por el GTC 45 (Guía Técnica
    Colombiana).

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    PREVENCIONES EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
    Identificación de factores de riesgo en el cuarto de
    transformadores. Factores de Riesgo Eléctricos. 1. El
    sistema de puesta a tierra está comprendido por un solo
    electrodo de puesta a tierra. Según el valor de corriente
    de cortocircuito obtenida, un solo electrodo no garantiza dar un
    desfogue eficaz de esta corriente en caso de falla, pudiendo dar
    origen a niveles de voltajes elevados y peligrosos en las
    instalaciones. 2. El conductor de conexión al electrodo de
    puesta a tierra del sistema actual es de calibre 1/0 y se
    encuentra en muy mal estado. Estas condiciones del conductor de
    puesta a tierra no garantizan la adecuada conducción de la
    corriente de falla al electrodo.

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    PREVENCIONES EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Factores de Riesgo
    Eléctricos. 3. El panel que contiene el disyuntor
    principal no está conectado al sistema de puesta a tierra,
    lo que implicaría una condición peligrosa al poder
    originarse un contacto indirecto en caso de una falla con la
    estructura del tablero. 4. El electro canal que lleva los
    conductores de alimentación desde el transformador hasta
    el tablero del disyuntor principal no está puesto a tierra
    lo que puede producir un peligro en caso de una falla de
    aislamiento de los conductores.

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    LA VERSIÓN DE DESCARGA

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