Criterios de Seguridad en la Aplicación de puesta a tierra
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1. CRITERIOS DE SEGURIDAD EN LA APLICACI N DE PUESTA A TIERRA EN INSTALACIONES ELECTRICAS DE EDIFICIOS Michael Patricio Villa Garc a Ing Juan Gallo Galarza Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n e Ingeniero en Electricidad Especializaci n Potencia ESPOL 1981 a 2 Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL a 2 Campus Gustavo Galindo Km 30 5 V a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador pvilla espol edu ec E jgallo espol edu ec Resumen Este trabajo consiste en crear consciencia de la importancia de los sistemas de puesta a tierra en edificios para lo cual empezamos definiendo en si el concepto de sistema de tierra y su objetivo principal el cual es reducir en lo mas posible los efectos negativos de la corriente sobre el cuerpo humano Analizamos detenidamente cada uno de los elementos que participan en el sistema utilizando los criterios de seguridad aplicables seg n las normas y reglamentaciones internacionales vigentes con la finalidad de que en nuestro pa s se tome con m s cautela la utilizaci n de un SPAT en las instalaciones el ctricas Presentamos varios esquemas de SPAT para demostrar las ventajas y desventajas de cada uno de ellos dependiendo del tipo o cantidad de cargas que puede presentar el edificio a dise arse o tambi n para rectificaci n del SPAT en edificios existentes Para finalizar presentamos el an lisis completo de un edificio intelige2. de normas t cnicas aceptadas estableciendo la ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA calidad de los conductores caracter sticas de los tendidos a canalizaciones dispositivos de corte y seguridad incluyendo equipos m quinas y herramientas Todos los tipos de instalaciones deben ser objeto de dos tipos de mantenimiento e Inspecci n a intervalos frecuentes de aquellas componentes que son accesibles o que pueden f cilmente hacerse accesibles e Examen incluyendo una inspecci n m s rigurosa que aquella posible por el primer tipo incluyendo posiblemente prueba INSPECCION La inspecci n del sistema de tierra en una instalaci n normalmente ocurre asociada con la visita para otra labor de mantenimiento Consiste de una inspecci n visual s lo de aquellas partes del sistema que pueden verse directamente particularmente observando evidencia de desgaste corrosi n vandalismo o robo electrodos en contacto con el terreno hasta restablecer los valores de resistencia a tierra de proyecto Cada 5 a os Comprobaci n del aislamiento de la instalaci n interior entre cada conductor y tierra y entre cada dos conductores no deber ser inferior a 250 000 Ohm Reparaci n de los defectos encontrados Comprobaci n del conductor de protecci n y de la continuidad de las conexiones equipotenciales entre masas y elementos conductores especialmente si se han reali
3. EMA CONVENCIONAL Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs y de PLCs donde sus alambrados est n distribuidos en reas muy peque as No es recomendado para muchas instalaciones de sistemas electr nicos distribuidos porque e Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierra formaci n de lazos de tierra e Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento e No es compatible con las recomendaciones de la mayor a de los fabricantes de equipos electr nicos e No puede ser f cilmente re alambrado para cumplir con esquemas de aterrizado de redes de c mputo Figure 10 Say Ground Currente in Standard Grounding fariz ul E Fana ae Apo pla Figura 3 Esquema convencional ESQUEMA DE TIERRA AISLADA Este esquema es el m s socorrido por la mayor a de los proveedores de equipos electr nicos porque reduce el ruido de modo com n 3 En esta configuraci n se tiene una tierra relativamente libre de ruido e interferencia para la referencia l gica de los aparatos y es complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras de potencia Pero tiene las siguientes limitaciones a En altas frecuencias la impedancia del conductor de tierra es demasiado alta para servir de buena conexi n b El acoplamiento de las tierras dentro de los aparatos puede causar lazos de corriente resultando en ruidos electr nicos Figure S IG Grourding wih IG Receptacles Tanit Esi
4. REQUERIMIENTOS DE PUESTA A TIERRA DE EDIFICIOS 3 1 CONFIGURACION DE SISTEMAS DE TIERRA Para la correcta operaci n del sistema el ctrico y dado que se involucran equipos electr nicos se construir n cuatro tipos de sistema de tierras e Sistema de Tierras para Electr nica e Sistema de Tierras para Fuerza e Sistema de Tierras de Pararrayos e Sistema de tierras para se ales electromagn ticas y cargas est ticas 3 1 1 SISTEMA DE TIERRAS PARA ELECTRONICA Utilizado para la puesta a tierra de los equipos electr nicos y de control dado que en este sistema no se considera la conducci n a tierra de grandes corrientes de falla Este sistema debe estar completamente aislado del sistema de tierras de pararrayos y enlazado al sistema de tierras para fuerza por medio de un puente de conexi n en el edificio de distribuci n Los equipos electr nicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan transitorios o interferencias Las interferencias o perturbaciones de alta energ a pueden causar fallas catastr ficas o mal funcionamiento de algunos componentes las perturbaciones menores tal vez no da en los equipos pero pueden corromper las se ales de l gica y causar errores en los datos o se ales de control Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electr nicos Estos son Esquema convencional Esquema de tierra aislada Esquema de tierra aislada total Esquema de malla de referencia 3 ESQU
5. a Fig ura 1 M todo de Wenner Donde h profundidad para la medida de la resistividad media a separaci n entre electrodos 2 3 ELEMENTOS Y DISPOSITIVOS DE PUESTA A TIERRA El sistema de puesta a tierra consta principalmente de a Tomas de tierra b Anillos de enlace c Punto de puesta a tierra d L neas principales de tierra ESQUEMA DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Pararrayoz Condustor de or Dervacionaea de lio linean nigr 7 Honbocargas E Linea principal de tarro Uns principal E Doria Corrado de tara de s 4 rra pararrayryaa Anillo de 3 Carn Elactrodo Evy entkol mallioa de terro Figura 2 Esquema de un SPAT Tomas de tierra Las tomas de tierra est n formadas por los electrodos Anillos de enlace con tierra El anillo de enlace con tierra est formado por un conjunto de conductores que unen entre s los electrodos as como con los puntos de puesta a tierra Suelen ser de cobre de al menos 35 mm de secci n Punto de puesta a tierra Un punto de puesta a tierra es un punto generalmente situado dentro de una c mara que sirve de uni n entre el anillo de enlace y las l neas principales de tierra L neas principales de tierra Son los conductores que unen al pararrayos con los puntos de puesta a tierra Por seguridad deber haber al menos dos trayectorias conductores a tierra por cada pararrayo para asegurarnos una buena conexi n 3
6. a Estos efectos fisiol gicos sobre el cuerpo humano var an en funci n del valor de la intensidad de acuerdo a la tabla 1 INTENSIDAD EFECTOS FISIOLOGICOS riesgo Contracciones involuntarias de m sculos y peque as alteraciones del sistema nervioso Principio de tetanizaci n muscular De 10a 15mA contracciones violentas e incluso permanentes de las extremidades Peisso Contracciones violentas e incluso De15a30mA permanentes de la caja tor xica Alteraci n del ritmo cardiaco e de 30 Fibrilaci n ventricular cardiaca Tabla 1 Efectos fisiol gicos de la corriente el ctrica 2 METODOLOGIAS DE APLICACI N DE PUESTA A TIERRA 2 1 RESISTIVIDAD DEL TERRENO En la resistividad del terreno influyen varios factores que pueden variarla entre los m s importantes se encuentran la naturaleza del terreno humedad temperatura salinidad estratigraf a compactaci n y las variaciones estaci nales 2 2 METODO DE MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DE LOS TERRENOS 2 2 1 METODO DE WENNER Este m todo consiste en calcular la resistividad aparente del terreno colocando los cuatro electrodos a distancias iguales sim tricamente separados de un punto central O debajo del cual queremos medir la resistividad el terreno El espesor de la capa de terreno de la que estamos midiendo la resistividad es directamente proporcional a la separaci n entre los electrodos como se puede apreciar en la figura y su valor es h 3 4
7. d pHa E Conner Figura 4 Esquema tierra aislada ESQUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL Este esquema consiste en conectar todos los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuraci n de estrella a partir de un solo punto f sico Esta configuraci n es utilizada en los transmisores de comunicaciones radiodifusi n sitios celulares etc donde es posible tener un mismo punto de puesta a tierra para todos los equipos y para todas las pantallas de los cables Sin embargo tambi n tiene sus limitaciones e Esta configuraci n puede ser dif cil de crear en un ambiente industrial e Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o se pueden tener lazos de corrientes e Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta que en t rminos pr cticos la puesta a tierra sea ineficaz Fig ura 5 Esquema tierra aislada total ESQUEMA DE MALLA DE REFERENCIA Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior los equipos y partes met licas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas y que al ofrecer un plano de referencia de tierra baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias 3 El SRG S puede ser usado para la vinculaci n de sistemas electr nicos sensibles como telecomunicaciones RF e instalaciones de ordenador Sus limitantes son Muchos fabricantes de equipos electr nicos industriales no est n deacuerdo con su emple
8. de puesta a tierra es Tierra sistema de tierra Una conexi n conductora ya sea intencional o accidental por medio de la cual un circuito el ctrico o equipo se conecta a la tierra o a alg n cuerpo conductor de dimensi n relativamente grande que cumple la funci n de la tierra Las razones que m s frecuentemente se citan para tener un sistema aterrizado son e Proporcionar una impedancia suficientemente baja para facilitar la operaci n satisfactoria de las protecciones en condiciones de falla e Asegurar que seres vivos presentes en la vecindad de las subestaciones el ctricas de un edificio no queden expuestos a potenciales inseguros en r gimen permanente o en condiciones de falla e Mantener los voltajes del sistema dentro de l mites razonables bajo condiciones de falla tales como descarga atmosf rica ondas de maniobra o contacto inadvertido con sistemas de voltaje mayor y asegurar que no se excedan los voltajes de ruptura diel ctrica de las aislaciones e Limitar el voltaje a tierra sobre materiales conductivos que circundan conductores o equipos el ctricos 1 3 FECTOS FISIOLOGICOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA SOBRE EL CUERPO HUMANO Los fen menos fisiol gicos que produce la corriente el ctrica en el organismo humano dependen del valor de la intensidad de la corriente tiempo de duraci n del contacto callosidad sexo estado de epidermis peso altura estado de animo estado del punto de contacto a tierr
9. idad en la aplicaci n de Puesta a tierra en instalaciones el ctricas de edificios El principal objetivo de las normas referentes al tema es proteger a las personas la propiedad y otros seres vivos contra riesgos que provengan de la instalaci n el ctrica La puesta a tierra es fundamental en la mayor a de las pr cticas para obtener seguridad El sistema de puesta a tierra debe proporcionar un camino directo a tierra para las corrientes de falla a la vez que minimizar potenciales de paso y contacto La funci n secundaria es contribuir a reducir perturbaciones y servir como una referencia de voltaje com n para equipo electr nico sensible Sin embargo con el creciente uso de este tipo de equipo particularmente computadores hay una mayor conciencia de la importancia de esta funci n secundaria del sistema de puesta a tierra 1 SISTEMAS DE TIERRA 1 1 DIFERENCIA ENTRE NEUTRO Y TIERRA La diferencia de estos dos elementos es que el neutro lo usamos como regreso de nuestra l nea de alimentaci n o en otras palabras es por donde pasa la corriente de regreso a los postes de suministro el ctrico Por otro lado la conexi n a tierra es la conexi n que usamos para que circule la corriente no deseada o descargas el ctricas hacia tierra para evitar que ocurran da os a las personas e incluso se deterioren los equipos el ctricos electr nicos 1 2 CONCEPTO Y OBJETIVOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA La definici n de la IEEE
10. lta fidelidad parpadeo de la luz flicker p rdida de datos en sistemas de procesamiento de informaci n Operaci n incorrecta de equipo Los mecanismos a trav s de los cuales surge interferencia son Figura Ejemplo acoplamiento capacitivo Acoplamiento inductivo Este es el tipo m s com n de interferencia causada por acoplamiento electromagn tico particularmente a frecuencia 60Hz Se debe a los campos magn ticos 1 Proteger contra este tipo de interferencia es particularmente dif cil y los m todos generales utilizados consideran e Incrementar la separaci n entre los cables X a Y Incrementar la separaci n no siempre se puede hacer y puede significar gastos considerables si no se consideran en la etapa inicial de construcci n e Reducir el efecto de campo magn tico en el circuito Y Un m todo para obtener esto es usar cables de par trenzado pero esto s lo funciona para tipo de se alizaci n diferencial balanceado e Ia utilizaci n de un cable coaxial tambi n elimina el acoplo magn tico no por el apantallamiento que supone sino por la simetr a de los conductores evita la presencia de bucles Equipo 1 ocosoocooaoaooococooco Figura 9 Ejemplo acoplamiento inductivo 3 3 MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA 3 3 1 LA FILOSOFIA DEL MANTENIMIENTO Las instalaciones el ctricas de obra deber n dise arse y realizarse de acuerdo con las exigencias del organismo competente y
11. nte para dise ar su malla de tierra haciendo respetar las normas y reglamentaciones tomadas en cuenta para esta tesina Palabras claves SPAT Sistema de puesta a tierra Edificio Tomas de tierra Wenner ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL S CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA Interferencia Acoplamiento Abstract This work is to create awareness of the importance of systems of grounding in buildings which started in defining whether the notion of ground system and its main objective which is to reduce in as much as possible negative effects of the flow on the human body Look carefully each of the elements involved in the system using the safety criteria applicable according to the rules and regulations international force with the purpose of that in our country will take more cautiously the use of a SPAT in electrical installations Presenting several schemes of SPAT to demonstrate the advantages and disadvantages of each of them depending on the type or amount of charges that may submit the building to designed or also to correct the SPAT in existing buildings To finish presenting the full analysis of an intelligent building to design its mesh of earth by enforcing the rules and regulations taken into account for this thesis Introducci n El presente Proyecto forma parte de la materia de graduaci n de Seguridad Integral El ctrica y consiste en establecer Criterios de segur
12. o En ambientes industriales es dif cil su implementaci n Fig ura 6 Esquema malla de referencia 3 1 2 SISTEMA DE TIERRAS PARA FUERZA Utilizado para conectar a tierra todos los elementos de la instalaci n que en condiciones normales de operaci n no est n sujetos a tensiones pero que pueden tener diferencia de potencial con respecto a tierra a causa de fallas accidentales en los circuitos el ctricos as como los puntos de la instalaci n el ctrica en los que es necesario establecer una conexi n a tierra para dar mayor seguridad mejor funcionamiento y regularidad en la operaci n y en fin todos los elementos sujetos a corrientes el ctricas importantes de corto circuito y sobretensiones en condiciones de falla Un sistema de puesta a tierra bien dise ado considera e Emplear las tuber as met licas roscadas como conductores de puesta a tierra e Usar los interruptores autom ticos con detector de falla a tierra en las cocheras cocinas y obras en construcci n e Colocar el conductor de puesta a tierra de equipos junto con los cables de l neas y del neutro del mismo circuito por dentro de la misma canalizaci n met lica 3 1 3 SISTEMA DE TIERRAS DE PARARRAYOS Como su nombre lo indica se destina para drenar a tierra las corrientes producidas por descargas atmosf ricas Un sistema de protecci n contra descargas llamado de pararrayos debe e Capturar el rayo en el punto dise ado para tal pro
13. oplamiento resistivo tambi n conocido como galv nico e Acoplamiento capacitivo PARA REDUCIR e Acoplamiento inductivo ACOPLAMIENTO RESISTIVO Este acoplamiento se produce cuando existe una conexi n el ctrica directa entre la fuente de la perturbaci n y el circuito afectado o a trav s de un medio resistivo tal como el terreno 1 La diferencia portencial en este ejemplo se lama interferencia resistiva galvanica y puede reducirse e Disminuyendo la impedancia de puesta a tierra Rx2 y Ry2 e Reduciendo la impedancia de la conexi n entre X e Y es decir Lxy y Rxy e Reduciendo la impedancia de las conexiondes del sistema de tierra en X e Y gt E A Figura 7 Ejemplo acoplamiento resistivo Acoplamiento capacitivo Cualquier par de componentes met licos conductivos que est n separados en un medio tendr n entre ellos una capacitancia Si un componente se carga entonces aparecer una carga en el segundo 1 Los m todos disponibles para reducir esta interferencia son e reducir el paralelismo entre los componentes por ejemplo la distancia de paralelismo e incrementar la separaci n entre ellos son casos no se percibe Esto puede deberse al dise o de la instalaci n o al grado de inmunidad del equipo que se usa tal que sigue su operaci n a pesar de la interferencia Las consecuencias de la interferencia pueden ser desde golpecitos audibles en sistemas de a
14. p sito llamado terminal a rea e Conducir la energ a de la descarga a tierra mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energ a de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia y e Disipar la energ a en un sistema de terminales electrodos en tierra Los ndices de riesgo son Ir A B C D E F G Este ndice debe ser interpretado de la forma siguiente 0 30 Sistema de protecci n opcional 31 60 Se recomienda una protecci n M s de 60 La protecci n es indispensable 2 3 1 4 SISTEMA DE TIERRAS PARA SENALES ELECTRO MAGNETICAS Y CARGAS ESTATICAS El principio utilizado para este sistema es el de una jaula de Faraday que es en pocas palabras un cuarto blindado contra interferencias de radiofrecuencias Para el blindaje de campos magn ticos el material debe tener propiedades ferro magn ticas ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA Para evitar los efectos de inducci n de campo magn tico por la penetraci n del blindaje por partes met licas ya sea del interior al exterior o viceversa se utilizaran filtros en las entradas de todo alambre que penetre incluyendo tierras y preferiblemente se localizan cerca del punto de conexi n entre el blindaje interior y exterior 3 2 ARREGLOS INTERFERENCIAS Los mecanismos a trav s de los cuales surge interferencia Los mecanismos a trav s de los cuales surge interferencia son e Ac
15. rra U P S Ediciones Pro cobre Manual t cnico de mallas de tierra Archivo PDF www procobreecuador org 2010
16. s puntos de puesta a tierra 1 Ing Civil electricista Nelson Morales Osorio Pro cobre Manual T cnico de sistemas de puesta a tierra Primera edici n 1999 e Instalaci n de pararrayos e Instalaci n de antena colectiva de TV y FM 2 Garcia Yohana Universidad de M rida Puesta a e Enchufes el ctricos y masas met licas de los tierra en edificios 2003 aseos e Instalaciones de fontaner a gas y calefacci n 3 RUELSA Teor a y dise o de sistemas de puesta a tierra Pagina HTML http www ruelsa com notas tierras pe30 html 2010 dep sitos calderas gu as de aparatos elevadores y en general todo elemento met lico importante e Estructuras met licas y armaduras de muros y soportes de hormig n 4 GB ELECTRICIDADCYPE CYPE manual Puesta a tierra Archivo PDF http manualdeusoymantenimiento generadordep recios info IEP html 2010 Cada 2 a os e Comprobaci n de la l nea principal y derivadas de tierra mediante inspecci n visual de todas las conexiones y su estado frente a la corrosi n as como la continuidad de las l neas Reparaci n de los defectos encontrados e Comprobaci n de que el valor de la resistencia de tierra sigue siendo inferior a 20 Ohm En caso de que los valores obtenidos de resistencia a tierra 6 fueran superiores al indicado se suplementar n 5 Ing Orly Guzm n Kure U Polit cnica Salesiana Resistividad del terreno y electrodos de puesta a tie
17. zado obras en aseos que hubiesen podido dar lugar al corte de los conductores Reparaci n de los defectos encontrados 4 Conclusiones Con este trabajo se espera que se comprenda que un sistema de puesta a tierra sirve para proteger los aparatos el ctricos y electr nicos pero el objetivo principal de este sistema es salvaguardar la vida de los seres vivos que se encuentren en el edificio ya que la corriente el ctrica puede tener efectos parciales o totales e incluso la muerte EXAMEN El examen de un sistema de tierra normalmente es parte del examen del sistema el ctrico en su conjunto El examen consiste de una muy rigurosa y detallada inspecci n del sistema de tierra global Aparte de observar lo obvio y normal el examinador revisar si el sistema satisface las i Para poder instalar un sistema de puesta a tierra es normas de puesta a tierra vigentes imprescindible conocer el valor de resistividad que tiene el terreno Es importante conocer el valor de la resistividad del 3 3 2 MANTENIMIENTO POR EL terreno para que el sistema de puesta a tierra sea eficiente PROFESIONAL CALIFICADO El valor de la resistividad de un terreno puede variar de acuerdo a ciertos factores como los mencionados en este Cada a o trabajo En la poca en que el terreno est m s seco y despu s de 5 Referencias cada descarga el ctrica comprobaci n de la continuidad el ctrica y reparaci n de los defectos encontrados en los siguiente
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