SISTEMA DE PUESTA A TIERA

Los sistemas eléctricos de potencia, son extensas y complejas estructuras por donde circula el flujo de potencia desde los puntos de generación a los centros de consumo. Los aspectos referentes a la seguridad del personal y los equipos dentro del sistema de potencia son de especial consideración.

En particular, la integridad física y la vida de las personas que laboran en el proceso de producción de electricidad junto con los equipos asociados requieren especial consideración. Los sistemas de puesta a tierra, son los elementos fundamentales encargados, de entre otras cosas, propiciar un camino de baja impedancia que permita drenar en forma adecuada los sobrevoltajes y corrientes de cortocircuito, en condiciones anormales de operación del sistema de potencia.

      OBJETIVO GENERAL

Comprender la importancia de los Sistemas de Puesta a Tierra, su uso e implementación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

·         Establecer medidas que garanticen la seguridad de las personas, de la vida animal y vegetal y por consiguiente, la preservación del medio ambiente.

·         Minimizar o eliminar los riesgos de origen eléctricos, a partir del cumplimiento de los requisitos civiles mecánicos y de fabricación de equipos.

·         Conocer la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética.

·         Conocer sus funciones primordiales tales como las de garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.

·         Aprender de qué forma los equipos de protección despejan rápidamente las fallas.

·         servir de referencia común al sistema eléctrico, conducir y disipar con eficiencia las corrientes de falla, electro estática y de rayo. Entre otras.

GENERALIDADES

Definir la forma de conexión a tierra es una decisión a la cual se deben enfrentar las personas encargadas del diseño o remodelación de instalaciones. Actualmente existen varios métodos y criterios válidos para poner a tierra un sistema eléctrico, dependiendo del tipo y propósito de este.

Los métodos de puesta a tierra usualmente son muy similares. Sin embargo, en algunos casos pueden variar por factores como:

1) Localización del SPT dentro del sistema eléctrico.

2) Existencia de sistemas derivados independientes.

3) Requisitos de los procesos y necesidades de los equipos.

Una de las razones para realizar una conexión intencional de una fase o de un conductor neutro del sistema eléctrico con la puesta a tierra, es conservar las tensiones respecto a tierra, dentro de unos límites seguros. Este control también permite la reducción del riesgo de electrocución por contacto con conductores energizados.

Igualmente sirve para que contactos indeseados entre los conductores de fase y la tierra o un objeto conectado a esta, produzca un flujo de corriente que pueda ser detectado para que operen los dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente o contra fallas a tierra.

Un SPT debe ser inspeccionado periódicamente y recibir mantenimiento. La periodicidad dependerá de un buen diseño, el cual incluye una cuidadosa escogencia de los materiales y apropiadas técnicas de instalación para asegurar que resista el deterioro de sus componentes.

REQUISITOS

Un sistema de puesta a tierra debe cumplir los siguientes requisitos:

- Permitir un mantenimiento periódico.

- La variación de resistencia debida a cambios ambientales debe ser mínima.

- Su vida útil debe ser mayor de 15 años.

- Su costo debe ser el más bajo posible sin que se comprometa la seguridad.

- El valor de la resistencia debe estar acorde con el tipo de instalación.

- Resistir la corrosión.

- Los elementos metálicos que forman parte de las instalaciones eléctricas, no podrán ser incluidos como parte de los conductores de puesta a tierra. Este requisito, no excluye el hecho de que se debe conectar a tierra en algunos casos.

- Los elementos principales que actúan como refuerzo estructural de una edificación deben tener una conexión eléctrica permanente con el sistema de puesta a tierra general.

- Las conexiones que van bajo el nivel del suelo en puestas a tierra, deben ser realizadas mediante soldadura exotérmica o conector certificado para tal uso.

- En instalaciones domiciliarias, para verificar que las características del electrodo de puesta a tierra y su unión con la red equipotencial cumplan con las disposiciones dadas por esta norma, se debe dejar al menos un punto de conexión accesible e inspeccionable.

- No se deben utilizar electrodos aluminio para puestas a tierra.

- Cuando por requerimientos de una instalación, o inmueble, existan varias puestas a tierra, todas ellas deben estar interconectadas eléctricamente con el fin de evitar diferencias de potencial entre ellas o entre partes de la misma instalación y facilitar la distribución de corrientes de falla. Este criterio tomado de la IEC, está establecido igualmente en el RETIE y en la NTC 2050, puede hacerse por encima o por debajo del nivel del piso.

COMPONENTES

Para describir los componentes de un sistema de puesta a tierra, se puede dividir en dos bloques: Puesta a tierra (bajo el nivel del piso) y Red equipotencial (sobre el nivel del piso).

ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA

Los electrodos de puesta a tierra son los elementos encargados de distribuir la corriente eléctrica en el terreno. Dependiendo de la distribución espacial de estos electrodos, se producirán en el terreno, los perfiles de tensión que definirán si el diseño de una puesta a tierra cumple con los valores máximos de tensión de paso y contacto.

La puesta a tierra puede estar conformada por uno o varios de los siguientes tipos de electrodos de puesta a tierra:

·         Varillas

·         Tubos

·         Placas

·         Flejes

·         Cables

A los electrodos embebidos en concreto, se les conoce como tierras Ufer. El concreto tiene una resistividad que puede variar entre 50 Ω.m y 15 000 Ω.m dependiendo del contenido de humedad.

En otros casos se puede utilizar la estructura metálica de los cimientos del edificio como parte del sistema de puesta a tierra; esto es muy común en los edificios en los cuales el acero de las columnas sirve como bajante del sistema de protección contra rayos.

Conductores enterrados

Los conductores utilizados para unir varios electrodos como los anteriormente

mencionados, también serán considerados como parte de la puesta a tierra siempre y cuando no tengan aislamiento que impida el contacto eléctrico entre dicho conductor y el suelo. En general, se elige entre conductores circulares o rectangulares. Como van a quedar enterrados, es preferible utilizar cables de pocos hilos (siete).

Conexiones

Las conexiones son quizás los componentes más repetitivos en un SPT, por tanto

deben seleccionarse de tal manera que no sufran daños durante la vida útil. Existen

unas mecánicas y otras soldadas. Todas deben estar certificadas para enterramiento directo si van en la puesta a tierra.

La conexión de los elementos de una puesta a tierra con soldadura exotérmica, consiste en una reacción química en la que se reduce óxido de cobre mediante aluminio en polvo. Su mejor garantía es que se tiene una unión molecular.

RED EQUIPOTENCIAL

Comprende el conjunto de conductores del SPT que no está en contacto con el terreno. Tiene varios componentes, como barrajes, cables, canalizaciones, conexiones, puentes equipotenciales, tomacorrientes, etc

- Conductor a tierra

Es el que une el sistema eléctrico con la puesta a tierra. Debe estar dimensionado para soportar la circulación de la corriente de falla del sistema.

- Conductor de tierra aislado para equipos electrónicos

Se exige que el conductor de puesta a tierra de los equipos electrónicos sea aislado,

esto con el fin de evitar circulen corrientes indeseadas que puedan causar interferencia en el funcionamiento de estos equipos.

- Barrajes equipotenciales

El barraje equipotencial cumple la función de elemento integrador de los conductores de puesta a tierra.

- Puentes equipotenciales

El puente equipotencial se utiliza para asegurar la continuidad eléctrica entre partes

metálicas que requieran ser conectadas equipotencialmente. Existen varias

denominaciones para puentes equipotenciales:

Puente equipotencial de equipos: Es la conexión entre dos o más puntos del conductor de tierra de equipos.

Puente equipotencial principal: Es la conexión entre el conductor de servicio puesto a tierra (neutro) y el conductor a tierra en el nodo de suministro de electricidad del

proveedor local.

TIPOS

Sistema de puesta a tierra temporal

Consiste en dispositivos que ponen en cortocircuito y conectan a tierra los conductores activos de un sistema eléctrico para la protección del personal que interviene dicho sistema. No están en el ámbito de esta norma. Este tipo de dispositivos se utiliza para trabajos de:

·         Mantenimiento en sistemas de baja tensión.

·         Mantenimiento en sistemas de media tensión.

·         Mantenimiento en sistemas de alta tensión.

·         Cargue y descargue de combustibles.

Sistema de puesta a tierra permanente

Pertenece al sistema eléctrico y no puede ser eliminado en ningún momento. Pertenece al circuito de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal, como de falla

Dependiendo del uso para el que está destinado, tiene diferentes configuraciones y

especificaciones. En todo caso se deben controlar principalmente las tensiones de paso y de contacto para garantizar las condiciones de seguridad a los seres vivos. Las partes metálicas expuestas de los equipos, no portadoras de corriente, que se puedan energizar accidentalmente, se deben conectar al SPT y de esta manera prevenir casos de electrocución por contactos indirectos. Los SPT permanentes, pueden ser de:

·         Corriente continúa.

·         Comunicaciones.

·         Equipos de cómputo.

·         Estática.

·         Protección contra rayos.

·         Protección catódica.

·         Subestación.

REGÍMENES DE CONEXIÓN A TIERRA (RCT)

Un sistema eléctrico tiene una puesta a tierra satisfactoria si los dispositivos de protección funcionan y contrarrestan el peligro en caso de una falla en cualquier masa metálica de un equipo conectado con el punto neutro. El blindaje metálico de un cable subterráneo con puesta a tierra, el neutro de un sistema o un cable a tierra en una línea de transmisión puede ofrecer una ruta de baja resistencia para el regreso de una falla al punto neutro.

Para los fines de esta norma, es conveniente considerar que un sistema se compone de una fuente de energía y una instalación; la primera incluye los conductores de electricidad que van a la segunda. En la gran mayoría de los casos, el proveedor de electricidad opera o es dueño y por tanto, responsable de la fuente de energía, y la instalación es del usuario. Aún en instalaciones industriales, donde el usuario es dueño y tiene control sobre la fuente de electricidad, es conveniente considerar la fuente separadamente del circuito.

La clasificación acordada internacionalmente, para sistemas eléctricos de baja tensión, es:

a) Sistemas TN, tienen la fuente de electricidad sólidamente conectada a tierra y las

partes conductivas expuestas de la instalación están conectadas a la fuente con puesta a tierra, es decir, existe una ruta metálica para que las corrientes de falla fluyan hacia los puntos de la fuente puestos a tierra. Los sistemas TN se subdividen así:

- Sistemas TN-C, en los cuales las funciones de conductor neutro y conductor de protección están combinadas en uno solo a través de todo el sistema.

SISTEMA TN-C

Sistemas TN-S, los cuales tienen conductores neutro y de protección separados

en todo el sistema.

SISTEMA TN-S

Sistemas TN-C-S, en los cuales las funciones de neutro y de protección, están combinadas en un solo conductor pero únicamente en una parte del sistema (generalmente la acometida). El tipo de distribución conocida comúnmente como múltiplemente puesto a tierra es TN-C-S (PME), donde el suministro mismo es TN-C y la forma como está arreglada la instalación es TN-S.

SISTEMA TN-C-S

Sistemas TT tienen uno o más puntos de la fuente de energía conectados sólidamente a tierra y las partes conductivas de la instalación están conectadas localmente a un electrodo de puesta a tierra, eléctricamente separados de la puesta a tierra de la fuente.

Sistemas IT tienen una fuente sin puesta a tierra o mediante una alta impedancia y las partes conductivas expuestas de la instalación están conectadas a un electrodo con puesta a tierra eléctricamente independiente. Las regulaciones en muchos países, entre ellos Colombia, no permiten el uso de este sistema para las redes de suministro público.

OTRAS DENOMINACIONES PARA RCT

No obstante la clasificación internacional vigente, muchos sistemas eléctricos emplean otros términos para referirse a la conexión a tierra del punto neutro del sistema. Entre ellos están los denominados no puestos a tierra intencionalmente y los de impedancia limitadora.

Aunque un sistema no se conecte deliberadamente a tierra, en realidad están

conectados por medio de capacitancias que se forman entre los conductores de fase y la tierra. En la mayoría de sistemas esta conexión tiene una alta impedancia y da como resultado una conexión a tierra muy débil.

El régimen de conexión no puesto a tierra intencionalmente tuvo mucho auge en algunas plantas industriales, pues presenta dos ventajas. La primera es de tipo operativo, pues un contacto fase-tierra produce mínimos flujos de corriente a tierra, por lo tanto, el sistema puede seguir en funcionamiento aunque exista la falla, mejorando la continuidad del servicio. La segunda es de tipo económico: No son necesarios equipos ni conductores de puesta a tierra.

Cuando se elige un sistema no conectado a tierra se debe implementar un completo esquema de detección de fallas a tierra. Este esquema usualmente está formado por un transformador trifásico con el primario en Y con neutro conectado a tierra. El secundario se conecta en delta abierta y en la esquina abierta se conecta un relé como indicador o circuito de alarma.

Para crear un punto neutro en sistemas sin neutro se usan tres tipos de transformadores auxiliares: Δ-Y; zig-zag o en El tipo de transformador más usado es el zig-zag sin secundario 

CONCLUSIONES

· Un sistema de puesta a tierra sirve para proteger los aparatos eléctricos y electrónicos, pero el objetivo principal de este sistema es guardar la vida de los seres vivos que se encuentren en diferentes lugares, ya que la corriente eléctrica puede tener efectos parciales o totales, e incluso la muerte.

· Un sistema de puesta a tierra consta de varios elementos como son: electrodos, conductor, tabillas de conexión, conectores, registros, compuestos químicos, etc.

· Para poder instalar un sistema de puesta a tierra, es imprescindible conocer el valor de resistividad que tiene el terreno. Es importante conocer el valor de la resistividad del terreno para que el sistema de puesta a tierra sea eficiente. El valor de la resistividad de un terreno puede variar de acuerdo a ciertos factores

· En la instalación de un sistema de puesta a tierra un factor importante es la resistencia que este ofrece al paso de la corriente, dicha resistencia varia según algunos elementos.

· Limitar las tensiones de las partes metálicas de los equipos o máquinas a valores no peligrosos para las personas.

· Asegurar, en caso de avería del material utilizado, la actuación correcta de las protecciones, de forma que la parte de la red averiada quede separada de las fuentes de alimentación, eliminando los riesgos propios de la avería.

· Impedir la acumulación de cargas electrostáticas o inducidas en los equipos, máquinas o elementos metálicos que se hallen en zonas con riesgo de explosión.

· Constituye un sistema de protección contra incendios, al limitar en tiempo y valor las corrientes de fuga.