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.
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.
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.
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
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.
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.
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
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
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
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
FLEISCHMANN – ECUADOR Diagrama unifilar y análisis
de cortocircuito
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
FLEISCHMANN – ECUADOR
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
Tabla de corrientes de corto circuito monofásico
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: PLANTA
FLEISCHMANN – ECUADOR
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.
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.
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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
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).
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.
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.
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA