Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Transcripción

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN
INSTALACIONES DE
TELECOMUNICACIONES
Por:
ALLAN CERDAS ZELEDÓN
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Julio del 2008
ii
Sistemas de puesta a tierra en instalaciones de
telecomunicaciones. Edificio de Telecomunicación del
ICE en San Pedro de Montes de Oca
Por:
ALLAN CERDAS ZELEDÓN
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
________________________________
Ing. Peter B. Zeledón Méndez
Profesor Guía
_________________________________
_________________________________
Ing. Oswaldo Blandino Mayorga M.Sc
Ing. Víctor H. Chacón Prendas M.Sc
Lector
Profesor lector
ii
iii
DEDICATORIA
A mi Padre Celestial que me ha apoyado en todo momento, también a mis amigos y
familiares en especial a mi Madre que estuvieron conmigo en todo este tiempo y que con su
ayuda, confianza y apoyo me mostraron siempre el camino para seguir adelante.
iii
iv
RECONOCIMIENTOS
Primeramente a Dios, por ayudarme en todo momento, por mostrarme el camino
correcto a los largo de toda mi vida y por el simple hecho de permitirme salir adelante en
todo este proceso.
A mi familia, en especial a mi mamá, mi papá y mi hermano Christian que
incondicionalmente me brindaron todo su apoyo, paciencia y colaboración siempre que los
necesite. Destaco el gran esfuerzo de mi mamá por permitirme permanecer en la
Universidad a pesar de todo.
A mis profesores que año con año se han esmerado en brindar a los estudiantes una
educación de excelencia.
Al Ing. Peter Zeledón, por aceptar la tutoría de este proyecto y por todo el apoyo y
ayuda que me ha brindado.
Al Ing. Oswaldo Blandino por depositar su confianza en mí para desarrollar este
proyecto, además de su ayuda y colaboración.
A mis excompañero de trabajo en el departamento de Electromecánica, el Ing. Allan
Álvarez, los señores Johnny Sibaja, Sergio Fernández, Jorge Navarro, Carlos Murillo,
Marco Chávez, Julio Morales y Carlos Sterling, por su paciencia, dedicación, por su ayuda
y por la experiencia tan grata que representó el periodo de práctica que pasé en dicho
departamento.
iv
v
ÍNDICE GENERAL
NOMENCLATURA............................................................................................................... 1
RESUMEN ............................................................................................................................. 2
CAPÍTULO 1: Introducción................................................................................................... 3
1.1
Objetivos................................................................................................................. 5
1.1.1
Objetivo general ............................................................................................. 5
1.1.2
Objetivos específicos...................................................................................... 5
1.2
Metodología............................................................................................................ 6
CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico .......................................................................................... 7
2.1
Fenómenos que afectan los sistemas eléctricos...................................................... 7
2.1.1
Descargas atmosféricas................................................................................... 7
2.1.2
Voltajes transitorios........................................................................................ 7
2.1.3
Interferencias Electromagnéticas.................................................................... 7
2.2
Sistemas de protección para los sistemas eléctricos............................................... 8
2.2.1
Sistemas de puesta a tierra.............................................................................. 8
2.2.2
Sistemas de protección ante descargas eléctricas o pararrayos .................... 37
2.2.3
Supresores de sobrevoltajes transitorios....................................................... 44
2.2.4
Sistemas de protección ante la interferencia electromagnética .................... 49
CAPÍTULO 3: Guía para el aterrizamiento de instalaciones de telecomunicaciones.......... 51
1.
Introducción.......................................................................................................... 51
1.1
General.............................................................................................................. 51
1.2
Exigencias Generales........................................................................................ 53
2.
Definiciones.......................................................................................................... 54
2.1
Abreviaturas...................................................................................................... 54
2.2
Definiciones...................................................................................................... 55
3.
Sistemas de puesta a tierra de punto único ........................................................... 61
4.
Requerimientos constructivos en un sistema de puesta a tierra............................ 63
4.1
Electrodos de puesta a tierra............................................................................. 63
4.2
Electrodos de puesta a tierra aceptados ............................................................ 65
4.2.1
Tuberías metálicas ........................................................................................ 65
4.2.2
Estructura metálica del edificio .................................................................... 66
4.2.3
Electrodo incrustado en concreto ................................................................. 66
4.2.4
Anillo de tierra.............................................................................................. 67
4.2.5
Electrodos de placa....................................................................................... 67
4.2.6
Varillas de tierra ........................................................................................... 68
4.2.7
Malla............................................................................................................. 69
4.2.8
Electrodo profundo ....................................................................................... 70
4.2.9
Varilla electrolítica ....................................................................................... 71
4.2.10
Objetos metálicos enterrados........................................................................ 72
4.3
Construcciones existentes adiciones................................................................. 72
4.4
Consideraciones en cuanto a materiales ........................................................... 73
4.5
Conductor del electrodo de tierra ..................................................................... 73
4.6
Conductor neutro del sistema de suministro eléctrico...................................... 76
4.7
Conductor de tierra de equipo o tierra de seguridad......................................... 77
4.8
Conexiones ....................................................................................................... 82
4.8.1
Soldadura exotérmica ................................................................................... 82
v
vi
4.8.2
Entallado o Conexiones por compresión ...................................................... 83
4.8.3
Conectores tipo abrazadera........................................................................... 83
4.9
Punto de unión principal (PGP)y la barra de tierra principal (COGB) del
sistema de puesta a tierra de la central ......................................................................... 84
4.10 Parámetros de diseño del sistema ecualizador vertical..................................... 89
4.11 Parámetros de diseño de sistema ecualizador horizontal.................................. 90
4.12 Barra de tierra COGB ....................................................................................... 91
4.13 Sistemas de soporte para los conductores de puesta a tierra ............................ 92
4.14 Sistemas de puesta a tierra para edificios cercanos .......................................... 93
5.
Resistencia a tierra................................................................................................ 94
6.
Puesta a tierra de sistemas de distribución y de equipos. ..................................... 96
6.1
Puesta a tierra de plantas de emergencia AC.................................................... 96
6.2
Conductos de cables ......................................................................................... 99
6.3
Armarios de distribución de corriente alterna .................................................. 99
6.4
Puesta a tierra de estructuras de equipos ........................................................ 100
7.
Cables que entran a la central ............................................................................. 102
8.
Puesta a tierra de sistemas transmisión, radio, microondas y fibra óptica ......... 106
8.1
Pararrayos ....................................................................................................... 106
8.2
Sistema de electrodos de puesta a tierra ......................................................... 107
8.3
Guías de onda y cables coaxiales ................................................................... 111
8.4
Puesta a tierra de sistemas de transmisión...................................................... 113
8.4.1
Anillo interno de tierra ............................................................................... 113
8.4.2
Estructuras metálicas externas que atraviesan el anillo.............................. 119
8.4.3
Puesta a tierra de Antenas Celular e Internet inalámbrico.......................... 121
9.
Puesta a tierra de sistemas de electrónicos sensibles.......................................... 123
9.1
Principios de un plano de tierra aislada o tierra dedicada .............................. 123
9.2
Conexión a tierra de bastidores y estructuras ................................................. 123
9.3
Barra Ventana de Tierra (GWB) .................................................................... 126
9.4
Fuentes de alimentación de corriente directa ................................................. 127
9.5
Fuentes de alimentación de corriente alterna ................................................. 128
9.6
Efectos de inducción....................................................................................... 129
10.
Terminación, enrutamiento y dimensionado del conductores para puesta a tierra
130
11.
Identificación ...................................................................................................... 137
12.
Sala de equipo de cómputo y equipo electrónico sensible ................................. 138
12.1 Generalidades ................................................................................................. 138
12.2 Malla de referencia de señales........................................................................ 139
12.3 Placas de descarga .......................................................................................... 141
13.
Protección de la alimentación comercial ............................................................ 143
14.
Efectos de los campos electromagnéticos y electrostáticos................................ 144
15.
Requerimientos generales en el manejo y en el ambiente para equipo sensitivo a
la electricidad estática..................................................................................................... 145
CAPÍTULO 4: Propuesta del Sistema de Puesta a Tierra de la Central de
Telecomunicaciones del ICE en San Pero de Montes de Oca............................................ 149
4.1
Introducción........................................................................................................ 149
4.2
Consideraciones para los conductores................................................................ 149
4.3
Conexiones en las barras secundarias................................................................. 150
vi
vii
4.4
Problemáticas generales ..................................................................................... 151
4.5
Sótano ................................................................................................................. 154
4.6
Piso 1 .................................................................................................................. 158
4.7
Piso 2 .................................................................................................................. 161
4.8
Piso 3 .................................................................................................................. 164
4.9
Piso 4 .................................................................................................................. 168
4.10 Piso 5 .................................................................................................................. 174
4.11 Piso 6 .................................................................................................................. 178
4.12 Piso 7 .................................................................................................................. 180
CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones .............................................................. 184
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 188
APÉNDICES ...................................................................................................................... 191
APENDICE A: Descargas atmosféricas............................................................................. 191
APENDICE B: Voltajes transitorios .................................................................................. 195
APENDICE C: Interferencia electromagnética.................................................................. 199
APÉNDICE E: Electrodos de Puesta a Tierra .................................................................... 207
APÉNDICE F: Medición de la resistencia a tierra ............................................................. 210
ANEXOS ............................................................................................................................ 219
vii
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.2. Falla de fase a tierra con neutro flotante. [10] ................................................... 12
Figura 2.3. Falla de fase a tierra con equipo sin aterrizar. [10] ............................................ 13
Figura 2.4. Falla de fase a tierra neutro y equipo aterrizados. [10] ...................................... 14
Figura 2.5. Ejemplos de electrodos a tierra. [09].................................................................. 20
Figura 2.6. Conectores tipo abrazadera. [09] ....................................................................... 26
Figura 2.7. Falla de fase a tierra con neutro flotante. [05] ................................................... 31
Figura 2.8. Sistema trifásico en estrella de cuatro hilos. [09] .............................................. 32
Figura 2.9. Sistema trifásico en delta de cuatro hilos, con un devanado aterrizado. [09] .... 33
Figura 2.10. Ejemplos de sistemas derivado no separadamente y derivados separadamente
[09] ....................................................................................................................................... 35
Figura 2.11. Sistema de protección contra descargar atmosféricas. [09] ............................. 39
Figura 2.12. Método de la esfera rodante en un edificio y una torre [05] ............................ 41
Figura 2.13. SPD en derivación. [08]. .................................................................................. 46
Figura 2.14. Función de un SPD en un circuito. [08]........................................................... 46
Figura 2.15. SPD híbrido. [08] ............................................................................................. 48
Figura 3.1. Electrodo incrustado en concreto. [09] .............................................................. 67
Figura 3.2. Instalación de varillas de puesta a tierra. [09].................................................... 69
Figura 3.3. Ecualizador vertical y COGB en un edificio de varios pisos [06] ..................... 86
Figura 3.4. Sistema de Puesta a Tierra de Punto Único [14]................................................ 88
Figura 3.5. Área de cobertura máxima de una COGB [06].................................................. 91
Figura 3.6. Sistema de electrodos de tierra en una torre de radio. [06].............................. 108
Figura 3.7. Conexión a tierra de cables que entran al edificio. [06]................................... 113
Figura 3.8. Anillo interno principal y anillos internos suplementarios. ............................. 114
Figura 3.9. Conexión entre el anillo interno principal un anillo internos suplementarios.
[06] ..................................................................................................................................... 115
Figura 3.10. Anillo de tierra típico en una estación de microondas. [06] .......................... 116
Figura 3.11. Conexión de estructuras metálicas al anillo interno de tierra. [06]................ 117
Figura 3.12. Instalación de los soportes del anillo interno suplementario. [06]................. 118
Figura 3.13. Puesta a tierra en antenas monopolares. [06] ................................................. 122
Figura 3.14. Conexión de bastidores en zonas de tierra aislada. [06] ................................ 124
Figura 3.15. Conexiones entre cables................................................................................. 132
Figura 3.16. Conexiones entre las partes de los pedestales. [06] ....................................... 140
Figura 4.1. Barra de tierra principal del tercer piso............................................................ 151
Figura 4.2. Barra de tierra Sala PCM Cuarto piso.............................................................. 152
Figura 4.3. Barra de tierra MGB Sala San Pedro Digital II del Cuarto piso ...................... 152
Figura 4.4. Barra de tierra principal en la Subestación del Sótano .................................... 153
Figura 4.5. Barra de tierra principal del quinto piso........................................................... 153
Figura 4.6. Barra de tierra de la Sala Lucent Celular del tercer piso.................................. 154
Figura 4.7. Barra de tierra detrás de la subestación en sala de fuerza. ............................... 156
Figura 4.8. Barra de tierra principal. Piso 1........................................................................ 160
Figura 4.9. Barra de tierra principal. Piso 2........................................................................ 163
Figura 4.10. Barra de tierra principal. Piso 3...................................................................... 167
viii
ix
Figura Ap.1. Tensión de contacto y tensión de paso. [03] ................................................. 206
Figura Ap.2. Variación de la resistencia de un electrodo en función del diámetro. [03] ... 208
Figura Ap.3. Variación de la resistencia de un electrodo en función de la longitud. [03] . 209
Figura Ap.4. Medición de la resistencia a tierra. [03] ........................................................ 212
Figura Ap.6. Ubicación correcta del electrodo auxiliar de medición “Y”. [03]................. 214
Figura Ap.7. Medición de resistencia a tierra por el método del 62%. [03]....................... 214
Figura Ap.8. Medición de resistencia por el método de Wenner. [03]............................... 216
Figura Ap.9. Direcciones recomendadas para la medición de la resistividad [03] ............ 217
Figura Ap.10. Medición de la resistividad de la tierra con medidor de gancho [03] ......... 218
Figura Anexo 1. Curvas de corrientes máximas que soportan los conductores [15].......... 219
ix
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Valores de resistividad de diferentes tipos de terreno. [02] ................................ 18
Tabla 2.2. Colocación del dispositivo captador en función del nivel de protección [08] .... 40
Tabla 3.1. Calibre del conductor de tierra de plantas DC. [12].......................................... 128
Tabla3.2. Longitud máxima del conductor de tierra para cumplir con la resistencia objetivo.
[13] ..................................................................................................................................... 136
x
1
NOMENCLATURA
A
Sección absorbente de la barra MGB
Amperios
AC
Corriente Alterna
AWG Calibre americano de cable
CGB Barra de tierra intermedia
COGB
Barra de tierra Principal
DC
Corriente Directa
EMI
Interferencia Electromagnética
ESD
Descarga electrostática
GWB Barra ventana de tierra
I
Sección de tierra aislada en la barra MGB
IGZ
Zona de tierra aislada
N
Sección no aislada de la barra MGB
NEC Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos 2005
Ω
Ohm’s
ρ
Resistividad
P
Sección para elementos productores de descargas en la MGB.
SPD ó TVSS Supresores de sobrevoltajes transitorios
SAD Diodo de avalancha de silicio
V
Volts
VA
Volt-Amperios
W
Watts
1
2
RESUMEN
Para el desarrollo de este proyecto, se realizó una investigación bibliográfica sobre
los distintos fenómenos que afectan a los sistemas eléctricos, para luego abordar el
problema de la puesta a tierra con una mejor comprensión de los efectos que estos pueden
llegar a causar.
Como objetivo principal de esta investigación se planteó el desarrollo de un
documento que sirviera como guía de aterrizamiento de equipos de telecomunicaciones,
haciendo énfasis a los sistemas instalados en el interior de las edificaciones. La
investigación está basada en el método de puesta a tierra de punto único. También se
desarrolló una propuesta para el sistema de puesta a tierra del edificio de
telecomunicaciones del ICE localizado en San Pedro de Montes de Oca, para lo cual fue
necesario realizar un levantamiento del estado actual de dicho sistema y del estado de todos
los equipos instalados. Como parte del trabajo se desarrollaron una serie de planos en los
cuales se indicaron la ubicación de los equipos y como deben ser aterrizados. También se
planteó una nueva distribución de barras de tierra en el edificio, con el objetivo de facilitar
la puesta a tierra y ofrecer un ordenamiento adecuado basado en las distintas normativas.
En este proyecto no se incluyeron el sistema de electrodos del edificio, el sistema de
pararrayos y la instalación de los grupos electrógenos, por tal motivo se recomienda hacer
un análisis del estado de éstos para determinar si requieren modificaciones.
2
3
CAPÍTULO 1: Introducción
La constante evolución tecnológica resultado del deseo del hombre por lograr un
uso de la energía en forma más eficiente, racional y segura, así como lograr mejorar el nivel
de vida se ve reflejada con gran peso en los sistemas eléctricos y electrónicos, y más en
aquellos de comunicación (voz y datos). Cada día, la utilización de estos equipos crece de
forma exponencial, motivo por el cual, todo lo que respecta a seguridad, toma más
importancia cada día.
Para garantizar la seguridad en las instalaciones eléctricas es necesario lograr tener
sistemas de puesta a tierra que permitan obtener un plano equipotencial. Que garantice un
mismo nivel de referencia, caminos directos ante fallas y filtrado de ruido, niveles de
voltaje de toque y paso no peligrosos etc.
Los sistemas de telecomunicaciones, tales como las centrales telefónicas, que están
compuestas de distintos tipos de equipos, tanto de telecomunicaciones como de energía.
Como por ejemplo, rectificadores, inversores, bancos de baterías, plantas generadoras,
UPS’s, equipos de conmutación y enrutamiento, centros de computo, grandes galerías de
cables, entre muchos otros. Dichos equipos, en la mayoría de los casos deben ser
manipulados por personas, ya sea por motivos de mantenimiento u operación. Por este
motivo, es indispensable que la instalación cuente con un buen sistema de puesta a tierra.
En la presente investigación, se pretende establecer claramente las necesidades,
principio de operación, normativas, criterios de diseño básicos, requerimientos, formas de
instalación de los distintos sistemas de puesta a tierra que requieren los equipos para lograr
el nivel de seguridad necesario.
3
4
Para esto, se presenta una guía de diseño que contempla los requerimientos básicos
de un sistema de puesta a tierra para instalaciones de telecomunicaciones de varios pisos de
acuerdo con las distintas normativas internacionales que hacen referencia al tema. Dicha
guía posteriormente será aplicada para la elaboración de una propuesta del sistema de
puesta a tierra del Edificio de Telecomunicaciones del ICE en San Pedro de Montes de Oca.
4
5
1.1
Objetivos
El desarrollo de la presente investigación tiene los objetivos que se describen a
continuación.
1.1.1
Objetivo general
Realizar una guía práctica para el diseño de sistemas de puesta a tierra en
instalaciones de telecomunicaciones de más de un nivel basada en las normativas de la
NFPA70, ANSI/TIA/EIA, REA, IEC y la publicación técnica 77355 de la Qwest.
1.1.2
Objetivos específicos
•
Estudiar los principios básicos de la teoría de puesta a tierra, el fenómeno del
rayo, el fenómeno de voltajes transitorios y de la interferencia electromagnética
(EMI).
•
Estudiar la teoría de sistemas de aterrizamiento y los principios básicos de
diseño de sistemas de puesta a tierra y el diseño de punto único.
•
Estudiar los principios de puesta a tierra para la protección de equipo sensitivo
frente a las interferencias electromagnéticas (EMI).
•
Estudiar las diferentes tecnologías para el diseño de sistema contra descargas
atmosféricas.
•
Estudiar los principios básicos de diseño de sistemas de supresores de
transitorios.
•
Investigar, estudiar y analizar los requerimientos, normativas, estándares y
prácticas recomendadas para los Sistemas de Protección y Puesta a Tierra de las
Instalaciones de Telecomunicaciones.
5
6
•
Realizar una revisión de la norma de aterrizamiento de centrales de
telecomunicaciones del ICE.
•
Realizar una revisión y rediseño del sistema de puesta a tierra de equipos en el
edificio del ICE en San Pedro.
1.2
Metodología
Para el desarrollo del presente proyecto, fue necesario realizar una investigación
bibliográfica detallada de todos los temas concernientes a los sistemas de puesta a tierra, en
especial a aquellos donde se hiciera referencia a la puesta a tierra de punto único. Una vez
realizada la investigación y desarrollado un documento con la teoría necesaria se procedió a
redactar un documento que sirva como guía práctica para la elaboración de sistemas de
puesta a tierra en instalaciones con equipo de telecomunicaciones, entre otros.
Posteriormente se realizó un levantamiento de los equipos presentes en la central de
telecomunicaciones del edificio del ICE en San Pedro y del actual sistema de
aterrizamiento. Con esta información se planteó una propuesta para un nuevo sistema de
puesta a tierra, basado en la guía anteriormente mencionada.
6
7
CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico
Hay muchos fenómenos y factores externos que afectan comúnmente los sistemas
eléctricos, entre estos destacan las descargas atmosféricas, los voltajes transitorios y la
interferencia electromagnética. Por este motivo, es importante antes de profundizar en el
tema de puesta a tierra, saber que es cada uno de ellos, los efectos que causan y las formas
de prevenir o evitar daños en una instalación eléctrica.
2.1
Fenómenos que afectan los sistemas eléctricos
2.1.1
Descargas atmosféricas
Las descargas atmosféricas son un tema de mucha importancia al cual hay que
prestarle atención en lo que respecta al diseño eléctrico. En el Apéndice A se detallan un
poco sus características más importantes y como se producen.
2.1.2
Voltajes transitorios
Las alteraciones en los niveles de tensión proporcionados por parte de la red de
suministro eléctrico, son causadas por distintos factores, tales como la actividad eléctrica de
la atmósfera, voltajes anómalos del servicio eléctrico, y por inducción en las líneas de
comunicación. En el Apéndice B se describe este fenómeno y las distintas implicaciones
que estas conllevan.
2.1.3
Interferencias Electromagnéticas.
La “interferencia electromagnética” o “ruido eléctrico” es la perturbación o
degradación de la operación, el mal funcionamiento o falla de un dispositivo, circuito,
sistema eléctrico, electrónico o de telecomunicaciones causada por una fuente externa a
7
8
este. Se le conoce como EMI por sus siglas en ingles (Electro Magnetic Interference). En
el Apéndice C se trata este fenómeno, fuentes y consecuencias.
2.2
Sistemas de protección para los sistemas eléctricos
Como medida de protección ante los fenómenos descritos anteriormente, se han
creado sistemas de protección para evitar que daños en las instalaciones eléctricas y en los
equipos. Pueden ser sistemas de protección externos como los pararrayos o internos como
los supresores de sobrevoltajes transitorios y supresores de interferencia electromagnética.
2.2.1
Sistemas de puesta a tierra
Los sistemas de puesta a tierra, son uno de los recursos más importantes en cuanto
al diseño de instalaciones eléctricas, para que tanto las personas como los distintos sistemas
eléctricos que interactúan con dicha instalación, permanezcan lo más seguros posible.
Un sistema de puesta a tierra está formado por un conjunto de elementos como
conductores, barras metálicas, generalmente de cobre, que se encargan de interconectar
distintos objetos metálicos tales como equipos eléctricos, electrónicos, equipos de cómputo,
de comunicación, de voz, de datos, gabinetes, estructuras, tanques, entre otros.
Se dice que una estructura está conectada a tierra cuando se encuentra
eléctricamente unida a elementos metálicos que se encuentran enterrados en el suelo.
Estos elementos metálicos directamente enterrados son los electrodos de tierra del
sistema, que proporcionan un sistema de múltiples trayectorias a tierra y así poder
descargar las corrientes de falla sin riesgo alguno.
Actualmente, existen una gran cantidad de sistemas de puesta a tierra distintos que
se pueden implementar, sin embargo, se han desarrollado una serie de normativas que
8
9
contemplan los más utilizados. A su vez, debido a la gran variedad de equipos y la forma en
la que operan, sus fabricantes han establecido recomendaciones de aterrizamiento y valores
máximos de resistencia a tierra, con la finalidad de que el equipo quede realmente
protegido. De esta forma, para poder satisfacer los requerimientos de los distintos
dispositivos a aterrizar, se ha determinado distintos tipos de sistemas de puesta a tierra, de
entre los cuales, los de los circuitos de energía eléctrica, tales como líneas de transmisión y
distribución,
generadores,
subestaciones,
luminarias,
interruptores,
computadoras,
electrodomésticos, etcétera. Además, los sistemas de puesta a tierra de sistemas de
cómputo, telefonía, voz y datos, comunicación, control de accesos, pararrayos, entre otros.
Se debe tener en cuenta que no duran toda la vida, al igual que todos los sistemas
eléctricos tiene un vida útil limitada, la cual es determinada por la agresividad del medio
que está en contacto con él, principalmente los electrodos y los cables desnudos que están
en contacto directo con la tierra, también debido a las altas temperaturas alcanzadas debido
a las descargas eléctricas, que causan recocido y elongación del material.
Por estos motivos, un sistema de puesta a tierra debe ser diseñado bajo el concepto
eléctrico, mecánico y químico para que tenga una vida útil mínima de 20 años.
2.2.1.1
Objetivo de un sistemas de puesta a tierra
El objetivo principal es el de proveer una vía de baja impedancia para que las
corrientes de falla, descargas atmosféricas y corrientes generadas por fenómenos
transitorios sean descargadas a tierra de forma segura y evitar que tanto las personas como
los equipos sufran daño alguno producto de las descargas.
Además, facilitan la operación de los dispositivos de protección contra
sobrecorriente y sobretensión. Estableciendo un potencial de referencia igual al de tierra.
9
10
También se encargan de drenar a tierra las cargas estáticas de los equipos, de disipar la
corriente asociada a descargas atmosféricas y limitar las sobretensiones que estas generan.
Hay que tener presente que el conductor de tierra de seguridad y los dispositivos de
interrupción automática de circuitos son para la protección del personal y del equipo, sin
embargo, estos solo limitan la duración de la condición de falla al tiempo que tarden en
reaccionar y en muchos casos, no eliminan el daño a tiempo. Por ejemplo, una falla puede
provocar un incendio, pero aunque la falla haya sido eliminada, el incendio permanece.
2.2.1.2
Conexión efectiva a tierra
Un sistema de puesta a tierra efectivo es aquel que este tiene la impedancia lo
suficientemente baja y la capacidad de conducción suficiente, drenar de forma segura las
corrientes de falla sin que se produzcan aumentos de voltaje que podrían ser peligrosos.
Debido a las consideraciones y cuidados que hay que tener al instalar el sistema de
puesta a tierra, se le considera como un circuito más del sistema eléctrico de un edificio,
por tal motivo, se deben tener los mismos cuidados.
Los sistemas de puesta a tierra se conforman esencialmente de tres conductores
esenciales, estos son, el puente de unión principal, el conductor del electrodo de tierra y el
conductor de tierra del los equipos o tierra de seguridad.
A diferencia de los circuitos de distribución eléctrica y los circuitos derivados, los
conductores que conforman el sistema de puesta a tierra no están destinados a transportar
corrientes en condiciones normales de operación, sólo bajo condiciones de falla.
2.2.1.3
Puesto a tierra y puesta a tierra
Es común confundir los términos “puesto a tierra” y “puesta a tierra”.
10
11
La puesta a tierra es lo que comúnmente se conoce como aterrizado, es decir,
conectar a tierra las partes metálicas de los distintos elementos que conforman el sistema,
tales como equipos eléctricos, electrónicos y objetos metálicos como tuberías, conductos,
tanques, etc.
A la puesta a tierra se le denota con el símbolo:
Figura 2.1. Símbolo para la puesta a tierra según la FPN figura 250.126. [09].
Un sistema puesto a tierra, corresponde a aquel que se encuentre aterrizado por un
sistema de puesta a tierra adecuado.
2.2.1.4
Condiciones de operación de un circuito eléctrico
Las condiciones de operación de un circuito eléctrico se encuentran sujetas a un sin
número de factores externos sobre los cuales no siempre es fácil tener el control.
En general, podemos decir que un circuito eléctrico puede operar, bajo condiciones
normales, de sobrecarga, de cortocircuito, de falla a tierra, entre otras. Un circuito en
operación normal es aquel que opera con una tensión adecuada, corrientes dentro del rango
de corrientes permitidas y no hay ningún tipo de cortocircuito entre las fases ni tierra.
Por otro lado, un circuito se encuentra bajo condiciones de sobrecarga, cuando un
equipo o carga está excediendo su capacidad nominal, de plena carga, o cuando se excede
la capacidad de transporte de corriente de un conductor. Esta condición puede ser muy
peligrosa si persiste por mucho tiempo.
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Cuando en un circuito se presenta una condición de cortocircuito, idealmente la
corriente tendería a infinito, sin embargo, en realidad esta se ve limitada por la impedancia
de los conductores del circuito, pero de igual manera se alcanzan corrientes muy altas.
Para las fallas a tierra, se pueden presentar distintas situaciones.
Por ejemplo, cuando se tiene un sistema alimentado por un transformador que no
está puesto a tierra, donde al neutro se le considera como neutro flotante, este
transformador alimenta un circuito como el mostrado en la siguiente figura, en el cual, hay
un gabinete metálico con un interruptor automático, un conductor de fase y un neutro, este
gabinete alimenta una carga eléctrica por medio de dos conductores, fase y neutro,
instalados en una canalización metálica.
Figura 2.2. Falla de fase a tierra con neutro flotante. [10]
En caso de que ocurriera contacto eléctrico entre el conductor de fase y la
canalización, ésta quedaría energizada, por lo que al hacer contacto con ella y con tierra, la
corriente eléctrica no circula a través de la persona debido a que el transformador no está
aterrizado. Pero si el neutro del transformador estuviese sólidamente puesto a tierra y el
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conductor de fase energizara las estructuras metálicas, y la persona hiciera contacto con
estas y con la tierra, una corriente eléctrica fluiría a través de ella, debido a que la persona
cerro el circuito eléctrico.
Esta corriente, debido a la resistencia del cuerpo y de tierra no llega a ser muy
grande y generalmente no alcanza la corriente necesaria para que el dispositivo de
protección de sobrecorriente se accione.
Figura 2.3. Falla de fase a tierra con equipo sin aterrizar. [10]
Ahora si consideramos el circuito eléctrico anterior, con la diferencia de que instala
el puente de unión principal, que une la estructura metálica del gabinete con la barra de
neutro, la cual se encuentra aterrizada, tal y como se muestra en la siguiente figura.
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Figura 2.4. Falla de fase a tierra neutro y equipo aterrizados. [10]
Y si una persona hiciera contacto en el instante en que ocurre la falla de fase a
tierra, la mayor parte de la corriente de falla a tierra circularía a través del conducto
metálico hasta tierra y una menor parte a través de la persona, ya que como el
transformador está aterrizado, la persona está cerrando el circuito por medio de la tierra
física y esta trayectoria presenta una mayor impedancia que la que presenta el conducto
metálico. Esta corriente de falla, retorna a la fuente a través del puente de unión principal y
el conductor puesto a tierra o neutro. Debido a la baja impedancia de la trayectoria que
sigue la corriente, esta alcanza la magnitud suficiente para que el dispositivo de protección
contra sobrecorriente se accione y abra el circuito.
De aquí se puede ver la importancia de que el puente de unión principal se
encuentre presente en una instalación eléctrica, ya que este une el conductor de puesta a
tierra y en neutro de la acometida, para que la corriente de falla de fase a tierra llegue a su
origen y así evitar que tanto las personas como la instalación queden en peligro.
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2.2.1.5
Como elegir un sistema de puesta a tierra
La elección de un sistema del sistema de puesta a tierra adecuado según la
aplicación no es una tarea fácil, ya que influyen muchos factores que no se pueden dejar de
lado, tales como las condiciones climáticas, el tipo de suelo, tipos de equipos, los modelos
y requerimientos dados por sus fabricantes. Debido a todo esto, resulta complicado
determinar cuáles criterios de diseño son más apropiados. Para esto, resulta conveniente
basar el diseño en normativas existentes, siempre buscando que el sistema de puesta a tierra
sea seguro, integral, adecuado para la aplicación y que tenga la capacidad suficiente.
Entre las más importantes se encuentra el Código Eléctrico Nacional de Estados
Unidos (NEC), publicaciones de la ANSI/TIA/EIA como la ANSI/TIA/EIA-607, la
publicación UIT-T K.27, la publicación 77355 de la Qwest llamada Grounding-Central
Office and Remote Equipment Environmen, entre otras publicaciones de la IEC y la IEEE.
Tanto estas normativas como otras normativas internacionales de sistemas de puesta a tierra
tienen dos propósitos primordiales: la protección de las personas y la protección del equipo.
Los sistemas de puesta a tierra deben ser integrales, debe ser un solo sistema en el
cual se interconecten todos los subsistemas que lo conforman. Esto significa que cuando se
presenta una elevación de tensión ante una descarga, consecuentemente, toda la referencia
varía de igual forma, para evitar variaciones en el voltaje de suministro en equipos y
diferencias de potencial peligrosas para las personas.
Como una analogía a este comportamiento podemos mencionar el caso de los
nadadores con salvavidas por Ing. Peter Zeledón.
Esta vincula el cambio en el nivel del agua por las olas con variaciones en el nivel
de potencial, por lo que al elevarse el nivel del agua (nivel de potencial) si dos nadadores
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con salvavidas se elevan al mismo nivel del agua. Esto representa un mismo nivel de
potencial y por ende no se producirían descargas eléctricas.
Un sistema de puesta a tierra no integral es sinónimo de un sistema de puesta a
tierra con subsistemas aislados, que es casi tan malo como no tener un sistema de tierras.
La malas prácticas y la no utilización de las distintas normativas internacionales
para sistemas de puesta a tierra, ya sea por desconocimiento o por negligencia, son los
causantes de que existan sistemas de puesta a tierra aislados, sistemas incompletos como
aquellos en los que no hay pararrayos o carecen de supresores, o aquellos que erróneamente
se tienen aislados creyendo que son más seguros. O también sistemas donde los cables
utilizados no tienen el calibre apropiado. A menudo se tienen sistemas donde el medio
presenta variables como terrenos heterogéneos, altas resistencias, cambios de temperatura,
falta de humedad, falta de mantenimiento, uso excesivo de químicos, falta de espaciamiento
entre los electrodos, errores de medición del sistema; son causas que limitan o incluso
anulan la seguridad que ofrece un buen sistema de puesta a tierra.
Al diseñar un sistema de puesta a tierra, se le debe prestar la mayor importancia a la
seguridad personal, antes que cualquier otra cosa, ya que una pequeña descarga eléctrica
puede llegar a ser mortal para un ser humano.
Un sistema de puesta a tierra que cumpla con las normativas correspondientes, debe
ser calculado para disipar descargas atmosféricas, además debe soportar corrientes de falla.
Adicionalmente, el sistema debe prevenir las tensiones en las superficies metálicas que sean
riesgosas para el personal. Los calibres de los cables de interconexión deben ser calculados
para conducir con seguridad las corrientes esperadas, según la aplicación.
Para el cálculo de la capacidad de descarga del sistema de puesta a tierra también se
debe considerar la duración de la descarga. Para esto se debe diferenciar entre los tiempos
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de descarga atribuible a un sistema eléctrico y a descargas atmosféricas. Ya que el primero
el primero alcanza niveles de tensión muy inferiores y tiempos del orden de milisegundos,
mientras que las descargas atmosféricas alcanzan niveles de tensión muy superiores pero
los tiempos mucho menores, del orden de microsegundos.
2.2.1.6
Principales elementos de un sistema de puesta a tierra
Los sistemas de puesta a tierra están compuestos por la tierra física, los electrodos y
los conductores del electrodo de tierra.
Tierra física
Con tierra física se refiere propiamente al terreno sobre el cual se encuentra el
edificio a aterrizar. Uno de las características más importantes de ésta es su resistividad.
La resistividad es una propiedad del material y es la capacidad de oponerse al paso
o circulación de la corriente eléctrica. Es independiente de las dimensiones físicas y
dependen de la constitución química, que se ve afectada por el nivel de humedad,
compactación, temperatura, entre otros.
Se denota por el símbolo (ρ) y sus unidades son Ohms por metro (Ωm).
El hecho de que un material tenga una baja resistividad implica que es un buen
conductor, mientras que una alta resistividad implica que dicho material es mal conductor o
buen aislante.
La tierra está compuesta por distintos elementos, tales como el carbono, nitrógeno,
oxígeno, óxido de aluminio, dióxido de silicio conocido como sílice, entre muchos otros.
Además, cuenta con capas muy heterogéneas, huecos, ríos subterráneos.
Su estado es afectado por las frecuentes variaciones climáticas como la lluvia, las
sequías, cambios en la temperatura, etc. Por estos motivos, la resistividad del terreno puede
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ser muy diferente de un lugar a otro y afectarse por las condiciones climáticas y la época
del año en función de factores como la composición propia del terreno, la estratificación,
concentración de sales, temperatura, entre otros.
Composición propia del terreno
La composición del suelo produce grandes variaciones de la resistividad de un tipo
de suelo a otro. En la siguiente tabla se muestran resistividades promedio para distintos
tipos de suelo.
Tabla 2.1. Valores de resistividad de diferentes tipos de terreno. [03]
Tipo de terreno
Terreno pantanoso
Humus (labranza)
Arena arcillosa
Arena de sílice
Suelo pedregoso cubierto con pasto
Suelo pedregoso
Calizas blandas
Calizas compactas
Calizas agrietadas
Rocas de mica y cuarzo
Granitos
Hormigón
Grava
Resistividad
(Ω.m)
Hasta 30
10 a 150
50 a 500
200 a 300
300 a 500
1500 a 3000
100 a 300
1000 a 5000
500 a 1000
800
1500 a 10000
2000 a 3000
3000 a 5000
A pesar de que con estos valores se puede tener una idea de cuánto es la resistividad
del suelo con el que se va a trabajar, es necesario realizar mediciones directamente sobre
este en varios puntos distintos.
Otro aspecto que influye en la resistencia de un terreno es el tamaño y porosidad de
los granos del terreno, ya que a mayor tamaño de los granos, será mayor la resistividad,
debido a los espacios de aire que se comportan como un aislante. Por otro lado, entre mayor
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sea la cantidad de sales solubles en la tierra menor es su resistividad ya que éstas forman
electrolitos por los que circula la corriente. También hay otros factores que puede llegar a
modificar la resistividad del terreno, tal como la humedad que la disminuye
considerablemente, la temperatura, que en condiciones extremas puede producir aumentos
en la resequedad, debido a la evaporación de la humedad en el estrato superior del terreno,
incrementando el valor de la resistividad. Por otra parte, en casos de que se lleguen a
temperaturas bajo cero, también aumentan la resistividad debido a la congelación del agua.
Por otro lado, la compactación del terreno ocasiona una mayor o menor afectación
de la resistividad. Teniendo un efecto inverso, ya que a mayor compactación existe menos
resistividad, debido a que se eliminan los espacios de aire que se comportan como aislantes.
Electrodos de tierra
Los electrodos de tierra de una instalación eléctrica, son el medio por el cual los
electrones entran a la tierra.
Éstos deben mantener un buen contacto con la tierra, para asegurarse que todas las
estructuras y partes metálicas del equipo eléctrico, que no conducen corriente, se
mantengan al mismo potencial de tierra.
Deben proveer trayectorias de baja impedancia a tierra, para que los electrones
producto de descargas atmosféricas, descargas electrostáticas, condiciones de falla y
voltajes transitorios descarguen a tierra de forma segura e instantánea.
Erróneamente, se le ha atribuido a los electrodos la función de transportar corrientes
de falla para facilitar la operación de los dispositivos de protección de sobrecorriente. Esto
es incorrecto porque en estos casos la corriente debe circular a través de la tierra y esta
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tiene una alta impedancia, la cual no permitiría la circulación de corriente suficiente para
activar el dispositivo de protección.
Hoy en día, existe gran variedad de electrodos de puesta a tierra, los cuales
presentan ventajas unos sobre otros, desde su instalación hasta su costo y mantenimiento.
En la parte C del artículo 250 de NEC se especifican algunos de los electrodos de
tierra más recomendables, entre los cuales se encuentran los sistemas de tuberías
subterráneos, la estructura metálicas de un edificio, anillos de tierra, varillas, placas
metálicas entre otros, tal y como se muestra en la siguiente figura.
Figura 2.5. Ejemplos de electrodos a tierra. [09]
Además, es importante mencionar, que los electrodos de tierra, se deben de instalar
unos de otros a distancias no menores a su longitud, tal y como lo indica la sección
250.53(B) del NEC, debido a que la eficiencia de estos se ve reducida ya que cada una de
ellos, al descargar la corriente de falla crea un campo electromagnético a su alrededor
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induciendo corrientes en los electrodos cercanos. En el Apéndice E se tratan temas
vinculados con los electrodos de puesta a tierra.
Resistencia a tierra
La resistencia eléctrica de un material, es la oposición al paso de una corriente
eléctrica a través de él. Depende de factores como la resistividad del material, sus
dimensiones físicas, como la longitud, área y el volumen.
R=
ρL
A
=ρ
L2
V
=ρ 2
V
A
(2.2.1.6-1)
donde la “R” es la resistencia en ohm (Ω), “ρ” es la resistividad en ohm-metro (Ω.m), “L”
es la longitud en metros (m), “A” es el área o sección transversal en metros cuadrados (m2)
y “V” el volumen en metros cúbicos (m3).
Los materiales tienen diferentes resistividades, ya que estas dependes de su
estructura atómica y de acuerdo con las dimensiones que éste tenga, así será su resistencia.
En general, los materiales metálicos y los gases son buenos conductores, es decir, son
elementos con baja resistividad y baja resistencia, a diferencia de los materiales no
metálicos, aislantes o dieléctricos que presentan niveles de conductividad muy bajos,
debido a que su resistencia eléctrica es muy elevada.
Si consideramos la resistividad de un terreno en comparación con la del cobre, es
miles de veces más grande, sin embargo, considerando la sección transversal de la tierra, su
resistencia se hace muy pequeña. Por otro lado, la resistencia de un sistema de tierra, está
determinado por la resistencia total de los conductores, la resistencia de contacto entre el
conductor y el electrodo, la resistencia de contacto entre el electrodo y el terreno, y la
resistencia misma del terreno en el que se encuentra instalado el o los electrodos.
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Los sistemas de puesta a tierra deben tener la resistencia a tierra lo más pequeña
posible y para esto deben utilizar los conductores adecuados, los conectores apropiados
tales como conectores atornillables de doble ojo, a presión o uniones con soldadura
exotérmica.
En el Código Eléctrico, en la sección 250.56 indica que un electrodo de un sistema
de puesta a tierra que consista de una varilla de tierra, una tubería o placa metálica debe
tener una resistencia a tierra no mayor a 25Ω y en caso de ser mayor debe ser
complementado hasta alcanzar dicha resistencia.
Por otra parte, el nivel de la impedancia a tierra del sistema de puesta a tierra de una
subestación se determina a partir de la capacidad del sistema, para esto se separan las
capacidades del sistema; para sistemas con tensiones de hasta 34,5kV y una potencia no
mayor a 250kVA se permite una impedancia no mayor a 25Ω, para sistemas con un nivel
de tensión de hasta 34,5kV y una potencia superior a los 250kVA, la impedancia no debe
superar los 10Ω, mientras que para aquellos sistemas con tensiones superiores a los 34,5kV
y potencias mayores a los 250kVA la impedancia a tierra máximas debe ser de 5Ω. [25].
En el caso de sistema de protección como los pararrayos, en algunas normativas
internacionales como la norma Británica BS-6651 (British Standard), se recomienda que la
resistencia de los bajantes no sea mayor a 10Ω.
Cuando se trata de instalaciones de calidad, en las que se van a alimentar equipos
sensibles a los cambios en el nivel de potencial, como lo son la mayoría de los equipos
electrónicos, la resistencia a tierra debe de ser no mayor a 5Ω ó 1Ω para cualquier
instalación ubicada en áreas donde son frecuentes las descargas atmosféricas, con una
incidencia de aproximadamente 30 descargas atmosféricas por milla cuadrada por año [04].
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Cuando el sistema de puesta a tierra es para una instalación en la cual van a estar
operando sistemas de baja tensión tales como sistemas telefónicos, de voz, datos y en
general equipos electrónicos que operan con tensiones inferiores a los 50V, se deben de
tener muy en cuenta las especificaciones de los fabricantes de dichos dispositivos. En el
caso de sistemas de cómputo, se recomienda que la resistencia a tierra se no mayor a 1Ω,
para computadoras personales, se recomienda que dicha resistencia no exceda los 5Ω,
mientas que para equipos de oficina y equipos electrodomésticos no exceda los 10Ω.
Medición de la resistencia del terreno y resistencia a tierra
La resistividad del suelo se debe determinar previamente al diseño del sistema de
puesta a tierra, por medio de una serie de mediciones, y de esta forma tener un modelo
estratificado del comportamiento del suelo ante el paso de una corriente eléctrica o
disipación de una descarga. Esto para que a la hora de diseñar el sistema de puesta a tierra,
se tomen las medidas del caso necesarias para que éste sea adecuado según las necesidades.
Una vez instalado el sistema, se realizan nuevamente mediciones de la resistencia a tierra
total, para verificar si es apropiado. Ver Apéndice F.
Conductor del electrodo de tierra
Es el conductor que se encarga de conectar los distintos electrodos de tierra
utilizados con los diferentes componentes del sistema de tierra. De esta forma completa tres
trayectorias distintas, la trayectoria desde el neutro, la trayectoria desde el conductor de
tierra del equipo o tierra de seguridad y por último, la trayectoria desde el puente de unión
principal cuando se usan conductos como conductores de tierra de un equipo.
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En la sección 250.62(A) del Código se especifica que dicho conductor puede ser de
cobre, aluminio o aluminio revestido con cobre, sin embargo, se exige que éstos sean
capaces de resistir condiciones corrosivas por si solos o por algún tipo de protección.
Además pueden ser sólidos o trenzados. También pueden estar aislados, recubiertos
o desnudos y siempre deben mantener la continuidad, a excepción de los casos
mencionados en la sección 250.62(C).
Las dimensiones del conductor del electrodo de tierra se establecen de acuerdo con
los conductores de suministro eléctrico, ya sea una acometida o los conductores de
alimentación de un equipo.
En cuanto a su instalación, en la sección 250.64(B) se indica que si éste se instala
sin un conducto o cubierta, debe estar firmemente asegurado a la superficie por la cual se
extiende y en caso de que si haya sido instalado en un conducto o cubierta protectora, es
esta la que debe asegurarse a la superficie por la cual se extiende.
También se pide que los conductores de electrodo de tierra de cobre o de aluminio
con un calibre 4/0 o mayor, deban ser protegidos si se encuentran expuestos a algún tipo de
daño físico. Además, se permite que un conductor de un electrodo de tierra calibre número
6 se extienda a lo largo de la superficie del edificio sin protección, siempre y cuando no
esté expuesto a daños físicos y se encuentra asegurado firmemente a la superficie. De lo
contrario, deben de ser protegidos por conductos metálicos rígidos, conductos metálicos
intermedios, conductos no metálicos rígidos, tal como el PVC, tubos metálicos eléctricos o
cables acorazados. En caso de que el conductor del electrodo sea de calibre menor al
número 6, debe estar protegido en todo momento por alguno de los conductos o cubiertas
protectoras mencionados anteriormente.
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Para sistemas de corriente alterna, en el NEC, en la sección 250.66 se establece que
los calibres de los conductores de los electrodos de tierra deben de determinarse a partir de
la tabla 250.66 y no deben de ser menores a los indicados por esta.
Existen tres reglas alternativas para determinar el calibre de los conductores de los
electrodos de tierra, sin hacer uso de la tabla 250.66, sin embargo, cada una de ellas es
aplicable a un grupo de electrodos en específico. [04]
La primero regla es aplicable a electrodos de tierra artificiales, tales como varillas,
tubos o electrodos de placa. Requiere de solo una conexión entre el electrodo de tierra y el
neutro. No se requiere que este sea mayor al Nº 6 AWG de cobre o Nº 4 AWG de aluminio,
según la sección 250.66(A) del código.
La segunda regla, aplica a aquellos sistemas de tierra donde el electrodo se
encuentra incrustado en concreto, que sólo requieren una conexión entre el electrodo de
tierra y el servicio. En este caso no se requiere que sea mayor al Nº 4AWG de cobre, tal y
como se indica en la sección 250.66. (B).
La tercera regla se aplica cuando se desea conectar un anillo de tierra y el conductor
del electrodo de tierra es la única conexión entre el anillo y el resto del sistema de tierra. En
este caso, la sección 250.66.(C) indica que no se requiere un calibre mayor al utilizado para
el anillo.
Comúnmente se cuestiona el hecho de utilizar conductores de calibres pequeños y
no uno de mayor calibre para mejorar la capacidad de descarga del sistema de puesta a
tierra, pero se debe a que el factor limitante no es el conductor del electrodo, sino el
electrodo propiamente. Cuando se usan conductores de gran tamaño, el electrodo de tierra
carece de la capacidad suficiente para descargar el flujo de electrones que es capaz de
transportar el conductor, causando problemas como el recosido del electrodo. Sin embargo
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26
en todo momento se debe considerar que ambos sean capaces de soportar la peor de las
condiciones de cortocircuito.
La determinación del calibre del conductor del electrodo de tierra por medio de la
tabla 250.66 del Código es aplicable tanto a sistemas de alimentación conectados a tierra,
como los sistemas de alimentación no conectados a tierra.
Cuando existe más de un grupo de conductores de acometida, según la sección
230.40(excepción 2) permite que el calibre mínimo del conductor del electrodo de tierra sea
calculado a partir del conductor de acometida de mayor tamaño
La unión entre el electrodo de tierra y el conductor del electrodo de tierra,
dependiendo del tipo de electrodo de tierra debe estar ubicada en un área accesible, tal y
como lo indica la sección 250.68 del código. Hay dos excepciones a esta regla, es el caso en
el que los electrodos sean encapsulados, enterrados o con revestimiento de concreto.
En la sección 250.70 del NEC se indica que las uniones entre los electrodos y los
conductores de los electrodos pueden ser por medio de soldadura exotérmica, conectores de
presión, tipo pinzas, entre otros, abrazaderas de tierra. Estos conectores sólo deben unir un
conductor a un electrodo a la vez, a menos que se especifique lo contrario y se encuentren
aprobados por el Código para cumplir con dicha función.
Figura 2.6. Conectores tipo abrazadera. [09]
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También se debe tener cuidado en que los materiales involucrados, conductores,
electrodos y conectores sean compatibles, para evitar que el material de uno de estos
reacciones sobre los demás, causando serios daños. Por ejemplo, en caso de que se utilice
una pinza en una tubería de agua galvanizada, y que el material del que está hecha la pinza
no sea compatible con el acero, con el tiempo ocurrirá corrosión galvánica.
Tierra de seguridad o tierra de equipo
En el Código Eléctrico, en el artículo 100, se define a la tierra del equipo como un
conductor que une las partes metálicas que no transportan corriente de un equipo, conducto
eléctrico, cubiertas y estructuras al conductor conectado a tierra, al conductor del electrodo
de tierra o a ambos, en el tablero de servicio o en la fuente de un sistema derivado
separadamente.
El objetivo principal de la puesta tierra de equipos es proteger a las personas que
están en contacto con ellos, evitando que en caso de una falla o descarga, alguna persona
vaya a ser electrocutada. Además, ayudan e evitar riesgos de incendios.
La puesta a tierra de un equipo, limita el voltaje a tierra de todas aquellas estructuras
o superficies metálicas que no estén destinadas a conducir electricidad cuando se encuentra
en condiciones de falla, evitando la aparición de diferencias de potencial que podrían causar
descargas eléctricas en el momento en que aparezca una trayectoria que cierre el circuito,
como por ejemplo una persona. También facilita la operación de los distintos dispositivos
de protección, debido a que provee una trayectoria de retorno de baja impedancia hacia el
potencial de referencia y a un medio masivo de disipación de energía, en el caso de una
falla de fase a tierra, retorna al terminal de neutro del transformador o se descarga a tierra.
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Otra de las funciones importantes de la puesta a tierra de un equipo es que funciona
como referencia estable para los distintos circuitos que alimentan tanto sistemas eléctricos
como electrónicos y para las fuentes de alimentación de corriente directa.
Es muy importante que todo este tipo de estructuras metálicas se encuentren
conectadas a tierra. En la sección 250.90 del Código Eléctrico se pide que todas las partes
metálicas no conductoras de electricidad de los equipos se encuentren puestas a tierra,
como por ejemplo, las estructuras metálicas de las grúas accionadas eléctricamente y las
estructuras metálicas de un edificio que pueden llegar a ser energizadas y que están sujetas
a contacto personal, además en la sección 250.120 se pide que estén puestas a tierra,
canalizaciones, las bandejas de cables, armaduras de cables, entre otras.
La tierra del equipo o tierra de seguridad se establece por medio de un conductor de
puesta a tierra, o por medio de un puente de unión entre los conductos metálicos y la barra
de tierra del tablero que alimenta dicho equipo. Tanto el conductor de tierra como el puente
de unión deben de estar unidos a los conductores neutrales y los conductores de los
electrodos de tierra o en las terminales de neutro de una fuente de alimentación derivada
separadamente, como por ejemplo un transformador.
Por otro lado, a pesar de que el conductor neutro y el conductor de tierra de un
equipo se encuentran conectados eléctricamente en un punto en común, tienen distintas
funciones, ya que el neutro transporta corriente y es necesario para completar un circuito
monofásico. Mientras que el conductor de tierra del equipo no está destinado a transportar
corriente, excepto en condiciones de falla tal y como lo indica la sección 250.96(A).
Los distintos sistemas de puesta a tierra de los equipos deben ofrecer una trayectoria
a tierra efectiva. En la sección 250.2 del NEC, se indica que debe ser permanente, de baja
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impedancia y capaz de transportar dicha corriente desde el punto de falla hasta tierra y a la
vez, facilitar el funcionamiento de los dispositivos de protección de sobrecorriente.
En cuanto a continuidad, se pide que el sistema de puesta a tierra de equipos sea
continuo en todo momento, principalmente en los puntos donde hay conexiones mecánicas
y eléctricas que son las que presentan mayor problema.
Por otro lado, se pide que tengan una baja impedancia para garantizar que la mayor
parte de una eventual corriente de falla sea descargada a tierra a través de él y no a través
de otra trayectoria que podría, en la que podría ocasionar daños a equipos o a personas.
En lo que respecta a la ampacidad, es necesario que los conductores de los
conductores de puesta a tierra tengan la capacidad de transporte de corriente suficiente para
transportar las corrientes de falla de forma segura.
En la sección 250.118 del Código, permite el uso de conductos metálicos rígidos,
tubos metálicos eléctricos, algunos conductos metálicos flexibles, tuberías con
revestimientos metálicos como conductores de tierra de equipos, siempre y cuando cumplan
con las condiciones mencionadas anteriormente
Sistemas que deben ser puestos a tierra
Las principales razones por las cuales los sistemas y circuitos eléctricos deben
conectarse a tierra son para limitar el voltaje a tierra producto de una descarga atmosférica
(directa o por inducción), sobrevoltajes, disipación de fallas de equipos, todas con el
objetivo de estabilizar el voltaje durante operación normal y mantener la seguridad de las
personas y de los inmuebles.
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Sistemas de alimentación de corriente directa
De acuerdo con el Código, en la sección 250.62, en el inciso (A), cualquier sistema
de corriente directa que alimente cargas a niveles de potencial entre los 50V y 300V
requiere ser aterrizado. A excepción de aquellos sistemas DC que se encuentran equipados
con detectores de tierra y suministra energía a un equipo industrial en un área limitada. Se
permite que no se aterricen aquellos sistemas derivados de un rectificador alimentado por
un sistema de corriente alterna que cumple con lo estipulado en la sección 250.20. También
a aquellos sistemas de corriente directa que alimentan sistemas de detección de incendios
con una capacidad de corriente máxima de 30 miliamperios.
En el inciso (B) de la misma sección, se exige que el conductor neutro de un sistema
de tres hilos de corriente directa esté conectado a tierra. Por otra parte, el conductor del
electrodo de tierra se instala directamente en la fuente de suministro cuando ésta se
encuentra en el exterior del edificio. Ver la siguiente figura.
En aquellos casos en los que la fuente de suministro DC se encuentra dentro del
edificio, según la sección 250.64, el conductor del electrodo de tierra puede ser instalado
directamente en la fuente, en el primer medio de desconexión tales como los dispositivos de
protección de sobrecorriente u otro método de conexión a tierra, siempre y cuando
proporcione la protección necesaria al sistema.
30
31
Figura 2.7. Falla de fase a tierra con neutro flotante. [05]
Sistemas de alimentación de corriente alterna
Los sistemas de alimentación de corriente alterna más utilizados a nivel residencial,
comercial e industrial, son los sistemas monofásicos de dos y tres hilos y los sistemas
trifásicos conectados en estrella, en delta y delta-estrella. Estos sistemas pueden ser
conectados a tierra de formas distintas, sin embargo, en la sección 250.20 del Código se
indican las formas más recomendables de conectar a tierra estos sistemas.
Los sistemas que contempla esta sección son, los sistemas de corriente alterna de
menor de 50V, los sistemas de 50V a 1000V y mayores a 1000V.
Los sistemas AC de menos de 50V deben ser puestos a tierra, tal y como lo indica la
sección 250.20(A) en aquellos casos en que el suministro del transformador supere los
150v, donde el devanado secundario debe ser puesto a tierra. Generalmente esto se da
cuando se tiene un sistema de 277/480 volts, del cual se utiliza una fase y el neutro para
alimentar un transformador y el devanado secundario de este suministra 48 volts para
alimentar circuitos de bajo voltaje. El segundo caso es cuando un transformador es
alimentado por una fuente no aterrizada. El otro caso en el que se deben aterrizar estos
sistemas es cuando los conductores que lo componen se encuentran instalados en el
exterior. También se pueden aterrizar dichos sistemas en condiciones distintas.
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Los sistemas AC que van de 50V a 1000V, que alimentan edificios, según la
sección 250.20(B) deben ser puestos a tierra en varios casos.
El primer caso es cuando un sistema pueda ser puesto a tierra de tal forma que el
voltaje máximo a tierra de los conductores energizados no exceda los 150V. Generalmente
aquellos sistemas monofásicos de 120 volts de dos hilos, donde uno de estos es puesto a
tierra. En aquellos casos en los que se tenga un sistema monofásico de 120/240 volts, de
tres hilos, con el centro del devanado del transformador puesto a tierra y a su vez utilizado
como conductor neutro. Cuando se tiene un sistema de alimentación trifásico de 120/208
volts, de cuatro hilos, conectado en estrella, con el punto común conectado a tierra y
funcionando como conductor neutro.
Figura 2.8. Sistema trifásico en estrella de cuatro hilos. [09]
En la sección 250.20(B) también se menciona, que el segundo de los casos en los
que deben ser puestos a tierra aquellos sistemas trifásicos en estrella, con cuatro hilos, en el
cual el punto común se utiliza como conductor neutro del circuito, que a su vez está puesto
a tierra. Como por ejemplo, un sistema de 480/277 volts.
El tercer caso es aquel en el que se tiene un sistema trifásico, de cuatro hilos
conectados en delta, en el cual el punto medio de uno de los devanados de fase es
conectado a tierra y se utiliza como conductor neutro. Esta configuración es conocida como
una delta con una terminal de alto voltaje o delta con terminal alto. Esto se debe a que una
32
33
de las fases tiene un nivel de voltaje a tierra mucho más alto que las otras fases. Sin
embargo, el voltaje es menor que el voltaje de fase.
Figura 2.9. Sistema trifásico en delta de cuatro hilos, con un devanado aterrizado. [09]
Los sistemas de corriente alterna de más de 1000 volts, tal y como lo indica la
sección 250.20(C), que suministran energía a equipos que no sean móviles, pueden ser
puestos a tierra en los casos y de las formas que indica la sección 250.188 del NEC. En se
indica que el electrodo de tierra al que el neutro de un equipo móvil o portátil está
conectado, debe ser aislado de cualquier otro sistema de puesta a tierra o equipo, a una
distancia de por lo menos 6,0m y no deben existir conexiones directas entre los electrodos
de tierra con tuberías enterradas u otros elementos metálicos que se encuentre bajo tierra.
Las partes metálicas de instalaciones de transformadores, que no portan corriente y
estén expuestas, incluyendo cercas, resguardos, entre otros, deben ser puestos a tierra.
Sistemas conectados en delta con una de las fases a tierra
La puesta a tierra de estos sistemas no se encuentra indicada explícitamente en el
Código Eléctrico, sin embargo en éste se indica que otros sistemas eléctricos pueden ser
puestos a tierra, este es uno de ellos.
En una de las notas del artículo 250 del código, se indica que a los sistemas
conectados en delta, con una de las esquinas conectadas a tierra se conoce como sistema en
delta con fase conectada a tierra. De acuerdo con el artículo 100 del código se le denomina
33
34
conductor conectado a tierra del sistema, debe ser identificado con color blanco o gris, sin
embargo, este es una de los casos en que el conductor conectado a tierra no es el neutro.
Por otro lado, en la sección 240.22 del Código se prohíbe la instalación de
dispositivos de protección contra sobrecorrientes en un conductor conectado a tierra. Sin
embargo, en la primera excepción de esa misma sección, se indica que si se permite el uso
de un interruptor
de circuitos de tres polos como dispositivos de protección contra
sobrecorriente, pero se requiere que se abran los tres de forma simultánea. Por este motivo
no se permite la utilización de fusibles, a excepción de que se esté protegiendo un motor
contra sobrecorrientes, que se encuentre alimentado por un sistema de este tipo.
Sistemas derivados separadamente
Para los sistemas derivados separadamente, hay que tener el cuidado de aterrizarlos
de la forma correcta bajo las condiciones correctas. Esto debido a que en algunos casos, un
sistema puede parecer un sistema derivado separadamente, pero si existe comunicación
entre el neutro de este sistema con el neutro del sistema de alimentación principal, deja de
serlo, tal y como se indica en las notas de la sección 250.20(D).
En caso de que ambos sistema estén eléctricamente unidos por el conductor neutro,
el sistema derivado no debe ser aterrizado. Por otro lado cuando no están unidos, si deben
ser aterrizados tal y como se indica en las sección 250.30. En la siguiente figura se muestra
un ejemplo de estos dos casos.
34
35
Figura 2.10. Ejemplos de sistemas derivado no separadamente y derivados
separadamente [09]
En dicha sección, se consideran los requisitos para conectar a tierra un servicio de
alimentación derivado separadamente, para esto, se debe contar con un puente de unión
principal, un electrodo de tierra, un conductor de electrodo de tierra. El calibre del
conductor del electrodo a tierra, tal y como se había mencionado anteriormente, debe
determinarse a partir del conductor de servicio del equipo y la tabla 250.66 del Código.
Por otro lado, las especificaciones para el electrodo de tierra de un sistema derivado
separadamente, se indican en la sección 250.30(A)(3). En la cual se indica que debe
ubicarse lo más cerca posible a la conexión del conductor de tierra. Además, deben estar lo
más cerca posible de la estructura metálica del edificio, o si no de una tubería metálica de
agua u otros electrodos de tierra permitidos por el código.
Sistemas que no requieren ser puestos a tierra
En las secciones 250.21 y 250.22 del Código Eléctrico se indica que no requieren
ser puestos a tierra aquellos sistemas con voltajes entre los 50 y 1000 volts que alimenten
exclusivamente hornos eléctricos industriales para fundición, refinamiento, temple, entre
otras actividades similares y algunos sistemas derivados separadamente, como aquellos que
35
36
alimentan transformadores cuyo devanado principal sea menor a 1000 V y además que se
utiliza para alimentar circuitos de control.
2.2.1.7
Sistemas de puesta a tierra de punto único
Como ya se ha mencionado anteriormente, existen distintos modos o tipos de
configuraciones en las cuales se pueden conectar a tierra los distintos equipos y sistemas
eléctricos presenten en una instalación.
Dichas configuraciones se seleccionan de acuerdo al tipo de equipos que se va a
aterrizar. Tal es el caso de los sistemas electrónicos sensibles, que por lo general se
aterrizan por medio de sistemas de puesta a tierra de punto único.
Los sistemas de puesta a tierra de punto único consisten en el aterrizamiento de
todos los sistemas eléctricos, principalmente los electrónicos sensibles, al mismo punto de
tierra. Con el cual se busca controlar las sobrecorrientes, eliminar cualquier diferencia de
potencial entre las superficies no conductoras, equipos, entre otras superficies, para evitar
daños o alteraciones en funcionamiento de los mismos y principalmente evitar daños al
personal que se encuentre en contacto con estos.
En este tipo de sistema de puesta a tierra, se clasifican los elementos o equipos que
se desean aterrizar en elementos productores de sobrecargas (P), los absorbedores de
sobrecargas (A), los elementos no aislados (N) y los aislados (I).
Para la puesta a tierra de los distintos elementos se utilizan barras de conexiones en
las que se establecen un plano de referencia común, con respecto a tierra para toda la
instalación.
36
37
Para evitar que las sobrecorriente y sobretensiones circulantes en el sistema de
eléctrico, lleguen a afectar la operación de sistemas electrónicos sensibles, es necesario
mantener separados los sistemas de puesta a tierra de éstos y conectarlos en un solo punto.
Al estar unidos ambos sistemas de puesta a tierra, ante la aparición de un
sobrevoltaje transitorio en alguna parte del sistema, dará como resultado una subida o
bajada de voltaje en todo el sistema de puesta a tierra. Eliminando las diferencias de
potencial y sobrevoltajes inducidos entre partes del sistema eléctrico.
2.2.2
Sistemas de protección ante descargas eléctricas o pararrayos
Ya se ha mencionado lo perjudiciales que pueden llegar a ser las descargas
atmosféricas en los sistemas eléctricos y electrónicos; debido a los sobrevoltajes
transitorios de alto nivel que pueden llegar a causar.
Las sobretensiones provocadas por una descarga eléctrica, son causadas por los
efectos inductivos y conductivos de esta al caer sobre o cerca de la línea de distribución.
Por otro lado debido a la gran variabilidad de las trayectorias que pueden tomar y el valor
de las descargas eléctricas de los rayos, que pueden alcanzar hasta los 350kA, cualquier
dispositivo de protección sería inútil. Además, se debe considerar que los efectos negativos
de una descarga eléctrica no se limitan al punto de incidencia, ya que pueden llegar a
afectar áreas hasta de un kilómetro a la redonda.
Los sistemas de protección ante descargas atmosféricas se componen de tres partes
importantes, la antena de captación de descargas o varillas pararrayos, también un sistema
de de electrodos de tierra y los respectivos conductores que los conectan.
Estos tres componentes se encargan de interceptar, conducir y disipar la descarga a
tierra, sin embargo, no garantizan que no hayan efectos secundarios en el sistema eléctrico
37
38
del edificio. Para evitar esto, se deben aterrizar debidamente todos los objetos metálicos y
mantenerlos al mismo potencial con el fin de evitar diferencias de potencial peligrosas.
También es necesario utilizar dispositivos supresores de sobrevoltajes transitorios.
El objetivo principal de un sistema de pararrayos es ofrecer a las descargas
atmosféricas una trayectoria de baja impedancia a tierra, para que descarguen a tierra de
forma segura y no causar dañas a personas, instalaciones eléctricas, equipos, etc.
La baja impedancia a tierra de este tipo de sistemas de protección es muy
importante, para esto, se debe tomar muy en cuenta el tipo de suelo en el cual se va a
instalar el sistema y determinar un sistema de electrodos apropiado según sea el caso.
Existen varios tipos de sistemas de protección ante descargas atmosféricas, tres de
ellos son los sistemas de conducción, sistemas de atracción y sistemas de disipación.
Los sistemas de conducción, son considerados como los más efectivos y por ende
son los más utilizados. Estos atraen la descarga medio de varillas pararrayos para luego
descargarlos a tierra. Los sistemas de atracción en lugar de varillas pararrayos utilizan un
isótopo radiactivo o un iniciador iónico para atraer la descarga.
Por otro lado, los sistemas de disipación utilizan gran cantidad de pequeñas puntas
metálicas para crear un campo pasivo ionizado con el fin de tratar de descargar
continuamente el campo eléctrico y evitar que se produzcan rayos.
Hoy en día, los modernos sistemas de protección de descargas atmosféricas no sólo
utilizan sistemas de pararrayos, sino que se complementan con dispositivos supresores de
de sobrevoltajes transitorios, dando como resultado un sistema protección integral.
38
39
2.2.2.1 Terminales aéreas
Para los sistemas por conducción, las terminales aéreas se instalan en el techo de la
estructura. De los distintos tipos de terminales aéreos, los más utilizados son la Punta
Franklin y la Jaula de Faraday.
La Punta Franklin se encarga de proveer la excitación atmosférica por encima de
cualquier otro punto de la estructura a proteger, para aumentar las probabilidades de que la
descarga atmosférica se dé sobre ella y no sobre otro punto. Mientras que la Jaula de
Faraday se conforma de una serie de puntas captadoras unidas entre sí por un cable
conductor, formando una malla, que luego se conecta a tierra con los conductores bajantes.
Figura 2.11. Sistema de protección contra descargar atmosféricas. [09]
La punta superior de la antena de captación o varilla pararrayos debe tener una
altura mínima de 25cm por encima del punto más alto de la estructura que se va a proteger.
Además la distancia entre una varilla y otra no debe ser mayor a los 6m y deben instalarse a
una distancia no mayor a los 60cm de las esquinas del edificio o cualquier otra parte de la
estructura que tenga forma puntiaguda.
39
40
Existen varios métodos para diseñar las terminales aéreas de un sistema de
pararrayos, entre estos están, método del ángulo de protección, el de la esfera rodante y el
método de mallas.
Método del ángulo protector
El método del ángulo protector consiste en que las terminales aéreas deben
instalarse de tal forma que todas las partes de edificio o estructuras que se desean proteger
se encuentren dentro del área de su influencia, formada por los puntos proyectados desde
las terminales aéreas sobre un plano de referencia, con un ángulo α respecto a la vertical.
En la norma IEC 61024-1, en la Tabla 1, se enlistan los distintos valore del ángulo α
en función de la altura (h) de la terminal aérea con respecto a la superficie a proteger y del
nivel de protección que se desea obtener. En la siguiente tabla se muestran dichos valores.
Tabla 2.2. Colocación del dispositivo captador en función del nivel de protección [11]
I
II
III
IV
h (m)
20
30
45
60
Ancho de
la malla
R(m)
α (º)
α (º)
α (º)
α (º)
(m)
20
25
*
*
*
5
30
35
25
*
*
10
45
45
35
25
*
10
60
55
45
35
25
20
* El método de la esfera rodante y la malla se emplean sólo en estos casos.
Nivel de
protección
En importante, tomar en cuenta que este método tiene ciertas limitaciones
geométricas, motivo por el cual no debe aplicarse si la altura es mayor que el radio R
obtenido del método de la esfera rodante.
40
41
Método de la esfera rodante
El método de la esfera rodante se utiliza en aquellos casos en los que la altura de la
estructura a proteger es mayor al radio R seleccionado a partir del nivel de protección
deseado.
Para determinar el espacio protegido se debe realizar un modelo a escala de los
elementos que se desean proteger y de las terminales aéreas utilizadas, luego se construye
una esfera a igual escala, con el radio correspondiente según el nivel de protección que se
desea para el sistema de protección. Luego esta se hace pasar rodando alrededor y sobre el
modelo de los objetos o estructuras que se desean proteger. Si la esfera solo toca las
terminales aéreas, implica que el objeto a proteger se encuentra dentro del área de
protección y si no toca alguna de ellas, puede ser eliminada. Si al hacer girar la esfera toca
en algún punto al modelo, éste no se encuentra lo suficientemente protegido en ese punto,
por lo que hay que agregar un nuevo dispositivo o reacomodarlos de tal forma que esto no
pase, para garantizar con seguridad que el sistema va a estar protegido.
Figura 2.12. Método de la esfera rodante en un edificio y una torre [05]
41
42
Método de mallas
El método de mallas se utiliza cuando se desean proteger superficies planas y se
hayan instalado terminales aéreas en las superficies laterales de la edificación, debido a su
altura es mucho mayor al radio de la esfera rodante. Las dimensiones de la cuadricula de la
malla, también son indicadas en la tabla anterior.
La red que une las terminales aéreas debe conectarse de tal forma que en caso de
descarga atmosférica, siempre existan al menos dos trayectorias distintas hacia tierra.
En este tipo de sistemas, todos los objetos que se encuentren debajo de esta malla se
encuentra protegidos, siempre y cuando las edificaciones no superen los 30 metros, en este
caso, se deben proteger las paredes laterales con elementos de atracción, generalmente
conductores dispuestos horizontalmente cada 20 metros, para prevenir las descargas
laterales.
2.2.2.2 Conductores bajantes
Son los encargados de conducir la corriente de la descarga atmosférica desde las
terminales aéreas hasta el sistema de electrodos de tierra. Está formado por conductores que
garanticen una trayectoria a tierra segura y de baja impedancia.
Al instalar varios conductores bajantes la corriente producida por la descarga
atmosférica se divide equitativamente entre los conductores bajantes, reduciendo la
posibilidad de que produzcan perturbaciones electromagnéticas en el interior de la
estructura. Por esta razón se deben instalar la cantidad de conductores bajantes necesarios,
de forma uniforme y simétrica alrededor del perímetro de la estructura.
42
43
Deben tener una trayectoria a tierra lo más recta posible, es decir, que tenga el
menor número de curvas y en caso de que existan deben respetar los radios de curvatura
mínimos para dicho calibre.
Por otro lado, se recomienda que el calibre de los conductores bajantes no sea
menor a un 2/0 de cobre desnudo. A su vez, debe fijarse al mástil del pararrayos y el
extremo inferior al sistema de electrodos de tierra.
Además, debe de sujetarse con gazas a los largo de su trayectoria hasta tierra,
preferiblemente cada 30cm en trayectoria vertical o 90cm en trayectoria horizontal y debe
estar protegido contra daños mecánicos con un conducto apropiado por lo menos hasta una
altura de 2,4m sobre el nivel del suelo, en cual debe estar unido al bajante en sus extremos.
En caso de que se utilicen barias terminales aéreas, cada una de ellas debe tener al
menos un conductor bajante y en caso de que la altura de la estructura sea superior a los
28m de altura o si la longitud de la trayectoria horizontal es mayor a la vertical, se deben de
utilizar al menor dos conductores bajante instalados de forma diametralmente opuesta. El
NEC en la sección 250.106 se indica que la separación típica entre estos conductores es de
1,8m a través del aire o 90cm a través de algún material denso como hormigón, ladrillo o
madera. Por otro lado, en la norma IEC 61024-1, se indican las distancias promedio entre
éstos conductores de acuerdo con el nivel de protección deseado.
Un conductor bajante debe instalarse en un solo tramo, es decir debe ser un solo
cable, sin uniones ni empalmes, desde la terminal aérea hasta los electrodos de tierra.
Además deben estar separados al menos 3m de cualquier sistema de tuberías de gas y 2m
de cualquier canalización eléctrica. En caso contrario, éste conductor debe ser aislado con
un tubo conducir de pared gruesa.
43
44
2.2.2.3 Electrodos a tierra
Se recomienda que el diámetro de los electrodos de tierra no sea menor a 1,27cm y
una longitud de 2,4m. Sin embargo, la normativa IEC 61024-1, indica una serie de valores
para las longitudes de los electrodos, en función del nivel de protección deseado y la altura
a la que están las terminales. Deben ser de cobre sólido o acero revestido de cobre, acero
galvanizado o acero inoxidable.
En casos donde se requiera instalar más de un electrodo, se pueden instalar de
acuerdo con las configuraciones y especificaciones mencionadas en el Apéndice E.
Todos los sistemas de electrodos de tierra de los sistemas de protección de
descargas atmosféricas deben interconectarse al sistema de tierra del edificio o instalación
que protegen, por medio de conductores con la capacidad apropiada. En algunos casos se
utiliza un conductor de igual calibre al utilizado para los conductores bajantes.
2.2.3
Supresores de sobrevoltajes transitorios
En los sistemas de corriente alterna, un transitorio podría considerarse como un
cúmulo de energía montado sobre una onda senoidal, correspondiente a la alimentación de
corriente alterna. Debido a su corta duración, generalmente son descritos en términos de la
energía contenida (Joules) en lugar de la potencia (Joules por segundo).
Las tensiones transitorias pueden ser de forma oscilatoria o en forma de impulso.
Las oscilatorias tienen un rápido tiempo de subida con un decaimiento exponencial y
generalmente son producidos por cargas inductivas como por ejemplo ascensores,
fotocopiadoras, máquinas de soldadura, equipos de aire acondicionado, motores entre otras.
A este tipo de sobretensión se le considera como el resultado de la actividad eléctrica
interna de una instalación.
44
45
Las sobretensiones en forma de impulso tienen un rápido tiempo de subida, y un
decaimiento muy lento, de alto contenido energético. Por lo general son producidos por
descargas atmosféricas, sistemas de conmutación o por cortocircuitos.
2.2.3.1 Principio de operación de los supresores de sobrevoltajes transitorios
Un sobrevoltaje transitorio puede considerarse como una desviación de corta
duración del voltaje deseado. De esta forma entre mayor es la amplitud del transitorio en el
voltaje, mayor es la probabilidad de perturbar o dañar los equipos electrónicos.
Además, los transitorios también pueden ocurrir en cualquier conductor metálico,
por lo que no solo afectan a los equipos que se encuentren conectados a un sistema eléctrico
con suministro público de energía, sino que también pueden afectar líneas de
comunicación, de datos, computadoras, circuitos cerrados de televisión, servicios de
televisión por cable, entre otros.
Los supresores de sobrevoltajes transitorios también conocidos como SPD’s no
eliminan completamente los efectos producidos por un transitorio, sino que atenúan la
magnitud de los aumentos repentinos de la tensión, a valores que los distintos equipos y
otros dispositivos si sean capaces de soportar. Además, los SPD son capaces de reducir el
ruido que entra al sistema eléctrico que protegen, así como las variaciones de voltaje
ocasionadas por equipos dentro de la instalación [08].
Sin embargo, hay que tener presente que estos dispositivos no son para resolver
problemas de calidad de energía en un sistema, ni los efectos armónicos producidos por
cargas no lineales.
45
46
Un ejemplo de cómo estos protegen un equipo se muestra en la siguiente figura,
donde se puede ver como un SPD en paralelo con una computadora, mantiene el voltaje a
un nivel estable, evitando que una sobretensión pueda afectar a la computadora.
Figura 2.13. SPD en derivación. [08].
El proceso mediante el cual, un SPD reduce un sobrevoltaje transitorio se denomina
“enclavamiento” o “clamping" en ingles.
Por otro lado, la forma en la que estos operan en un circuito real se muestra en la
siguiente figura.
Figura 2.14. Función de un SPD en un circuito. [08]
En ésta se puede ver como una serie de sobretensiones entran al sistema, pasan por
el SPD, donde son atenuadas y no eliminadas en su totalidad, de igual forma en el lado
46
47
secundario del transformador nuevamente son atenuadas por otro SPD, antes de llegar a la
carga. Una reducción excesiva de las tensiones transitorias, a niveles por debajo de los
niveles requeridos en el circuito, puede causar más daño que la misma sobretensión.
2.2.3.2 Tecnologías de protección contra sobrevoltajes transitorios
Existen diferentes tecnologías desarrolladas para este tipo de dispositivo, sin
embargo, las dos tecnologías más importantes son el diodo de avalancha de silicio conocida
como “SAD” y los varistores de óxido de metal o “MOV”.
Los diodos de avalancha de silicio utilizan una tecnología de unión similar a la de
los diodos Zener. La unión proporciona una conductividad aceptable cuando el voltaje
excede el nivel de protección. Sus principales características son, su breve tiempo de
respuesta, voltajes de protección de bajo nivel, alta confiabilidad, mala disipación de
energía, tienen una corriente admisible muy limitada y alto costo por joule disipado.
Los MOV actúan como una resistencia no lineal con algunas propiedades de
materiales semiconductores. Esta característica lo hace ideal operando como supresor de
voltajes transitorios. La respuesta de estos dispositivos tiene un comportamiento no lineal,
motivo por el cual son capaces de absorber niveles de energía mucho más altos que los
anteriores y pueden diseñarse para activarse a cierto voltaje de limitación.
Entre sus principales características destacan su breve tiempo de respuesta, el bajo
nivel de protección, la buena disponibilidad de tensiones de limitación, buena confiabilidad,
la mala disipación de energía y por ende su tendencia a calentarse rápidamente, la alta
capacidad de absorción de energía y tiene un costo por julio menor que los SAD’s.
47
48
Además de estas dos tecnologías, se han desarrollando dispositivos basados en
ambas tecnologías, conocidos como SPD híbridos, estos combinan algunas de las
propiedades de los SAD y los MOV, haciendo de ellos dispositivos mucho más eficaces.
En la siguiente figura se muestra un esquema básico de su estructura interna
Figura 2.15. SPD híbrido. [08]
Hoy en día existen gran variedad de dispositivos de protección de este tipo, están
aquellos que se encargan de atenuar transitorios en conductores de baja tensión, tales como
líneas de datos, líneas telefónicas, conexiones coaxiales, entre otras. También están los que
se encargan de atenuar los transitorios de las líneas de energía de corriente alterna.
Las aplicaciones de los SPD se rigen por tres categorías. La primera categoría son
aquellos SPD que se conectan a las líneas de corriente alterna o líneas de baja tensión a una
determinada distancia de los equipos que se desea proteger. La segunda categoría son
aquellos que se instalan en el mismo lugar donde se encuentra instalado el equipo que se
desea proteger y la tercera categoría son aquellos que vienen incorporados en los equipos.
Los dispositivos SPD o también llamados TVSS, para aplicaciones con líneas de
corriente alterna, son diseñados para conectarse en serie o en paralelo. Los que se conectan
en paralelo tienen la gran ventaja que no deben de ocuparse de la corriente de carga
48
49
Tal y como se muestra en la anterior, estos dispositivos en su interior tienen un
inductor en serie con los varistores. Éste inductor es la principal desventaja de los TVSS
conectados en serie, ya que como estos deben soportar tanto las corrientes producidas por
los transitorios como la corriente de carga, por lo deben de ser gran tamaño en comparación
con los TVSS diseñados para conectar en paralelo.
2.2.4
Sistemas de protección ante la interferencia electromagnética
Tal y como se había mencionado en secciones anteriores, la interferencia
electromagnética son señales que alteran el funcionamiento de los distintos sistemas
eléctricos y electrónicos que se encuentren conectados a una red eléctrica. Es importante
mencionar que los sistemas sensibles a este tipo de interferencia representan tan solo una
pequeña parte del consumo en un sistema eléctrico. La mayor parte del consumo se debe a
equipos productores de interferencia electromagnética.
Por otro lado, la propagación de las interferencias electromagnéticas (EMI) se puede
reducir por medio de la instalación de un adecuado sistema de puesta a tierra, por medio de
la instalación de blindajes o pantallas protectoras y otros medios para la atenuación o
eliminación del acoplamiento tanto de los campos electromagnéticos cercanos como los
lejanos.
La interferencia electromagnética puede manifestarse desde simples molestias
visuales en una pantalla hasta el colapso de un gran sistema de comunicaciones.
En lo que respecta a radiofrecuencias, cuando en un sistema se tienen equipos con
comportamientos no lineales, se producen demodulaciones de las interferencias de
49
50
radiofrecuencias que se presentan en la entrada de los mismos. En los circuitos integrados
digitales, cuando en las terminales de entrada o salida se producen interferencias con
frecuentas fuera de la banda de trabajo produce cambios que se traducen en una
demodulación de la señal de radiofrecuencia. Por otra parte, otro factor que genera
interferencias y daños en los sistemas son las descargas electrostáticas.
La técnica utilizada para eliminar los problemas producidos tanto por las descargas
electrostáticas como para las demás interferencias electromagnéticas consiste en atacar el
problema tanto en la fuente como en el receptor. Pero lo más importante es evitar que se
den las descargas o el acoplamiento, para minimizar los efectos de la interferencia.
Como una posible solución ante las interferencias electromagnéticas en los
sistemas, se había mencionado el hecho de instalar un adecuado sistema de puesta a tierra,
sin embargo, estos presentan una limitación ante descargas de alta frecuencia, ya que
debido a la impedancia de los conductores, podrían entrar en resonancia, aparentando ser
un circuito abierto o una trayectoria de gran impedancia.
Hay varias alternativas para eliminar este problema, entre estas está la utilización de
rectificadores para convertir la corriente de alimentación de corriente alterna a corriente
directa y luego, por medio de inversores, convertirla nuevamente a corriente alterna, libre
de ruido eléctrico u otras interferencias. En otros casos se recurre a la utilización de filtros
para eliminar la interferencia.
Además, en algunos casos se utilizan mallas de tierra de señales de referencia,
debido a que éstas crean una multitud de trayectorias de baja impedancia. Por este motivo,
los sistemas de puesta a tierra multipunto y con conductores cortos, representa una manera
más eficiente y simple para aquellas señales cuya frecuencia supera los 10MHz.
50
51
CAPÍTULO 3: Guía para el aterrizamiento de instalaciones de
telecomunicaciones
En este documento se presenta una guía con los requerimientos básicos y exigencias
generales o directrices dictadas por distintas normativas internacionales, tales como la
REA-1751F-810, ASI/TIA/EIA/J-STD-607-A, NFPA70 y publicaciones técnicas como la
77355 de la Qwest, que describen distintos métodos de puesta a tierra de superficies
metálicas, sistemas de suministro eléctrico y equipos que comúnmente se encuentran
presentes en instalaciones de telecomunicaciones, tales como centrales telefónicas, equipos
de conmutación y enrutamiento, tanto analógicos como digitales, entre otros.
1.
Introducción
1.1
General
1.1.1 Este documento provee al personal interesado, la información básica sobre el
diseño, instalación y operación de los sistemas de protección de puesta a tierra normados
para las instalaciones ICE. En particular, esta sección cubre las prácticas de protección
eléctrica
recomendadas
para
circuitos
electrónicos
del
Sistema
Nacional
de
Telecomunicaciones.
1.1.2 Se presentan los conceptos de los sistemas de puesta a tierra de punto único, con lo
cual se aíslan los equipos electrónicos sensibles de todos los elementos del sistema de
puesta a tierra total de la central excepto en el punto de conexión entre ambos sistemas.
Este aislamiento minimiza el flujo de corrientes potencialmente dañinas entre los equipos
51
52
de una instalación de telecomunicaciones típica en el ICE. Esto debido a la abundante
presencia de componentes sensibles que solo resisten sobretensiones moderadas, en
particular la de elementos semiconductores. en los equipos de telecomunicación, obliga a
tomar medidas de protección contra las sobretensiones que pueden aparecer en sus
terminales. Esto es conveniente, incluso si las sobretensiones rebasan ligeramente las
tensiones de servicio, ya que aún así pueden perturbar el funcionamiento de estos
elementos o incluso provocar su destrucción.
1.1.3 El tipo de sistema de puesta a tierra descrito en este documento es aplicable a
instalaciones de varios pisos, típicos en instalaciones del ICE, al igual que radiobases y/o
centrales de telefonía celular, siempre y cuando se cumpla con las distintas normativas
especificadas por los fabricantes de los equipos que las componen.
1.1.4 El sistema de puesta a tierra de punto único descrito en este documento está
diseñado para satisfacer los requerimientos de protección de la mayoría de los equipos para
telecomunicaciones de distintos
fabricantes. Por tal motivo no se recomienda la
modificación de los lineamientos dictados en este. En determinado caso, en el que existan
las razones necesarias y bien fundamentadas para su modificación, debe de consultarse con
los profesionales responsables de este tipo de infraestructuras.
1.1.5 Algunos fabricantes de equipos para telecomunicaciones podrían demandar sistemas
de puesta a tierra más estrictos que los recomendados en este documento. Entre estas
medidas se podrían encontrar una resistencia máxima baja para el campo de tierra de la
central o varias formas de protección extraordinaria contra las descargas electrostáticas. Los
52
53
costos para proveer y dar mantenimiento a estas características aumentan de acuerdo a los
requerimientos.
1.1.6 La decisión sobre los sistemas de puesta a tierra de los equipos de
telecomunicaciones, se basa esencialmente en la resistencia ya que éste es un parámetro
primario que es fácilmente entendible, sin embargo, el factor esencial en la protección de
los sistemas de telecomunicaciones y sus edificios es la impedancia del sistema de puesta a
tierra, especialmente el componente reactivo, de los conductores a tierra. Los lineamientos
generales presentados en este documento persiguen proveer un sistema con una impedancia
general relativamente baja al flujo de las corrientes de falla y de descargas atmosféricas.
1.1.7 Este documento constituye las bases generales del sistema de puesta a tierra del
ICE, no obstante el ICE puede considerar otros tipos de puesta a tierra si es avalada por el
Grupo de Protecciones y Puesta a Tierra.
1.2
Exigencias Generales
1.2.1 Las principales razones por las cuales las centrales telefónicas como las del ICE
deben ser puestas a tierra son:
1.2.1.1
La seguridad de personal. Para esto, todas las partes metálicas serán conectadas a
tierra de modo que las descargas eléctricas en ellas no sean transmitidos al personal. La
puesta a tierra de las superficies metálicas reducirán al mínimo las diferencias de potencial
entre estas estructuras cuando una descarga o corrientes de falla fluyen.
1.2.1.2
Protección de equipos y del circuito de distribución. Si el sistema de puesta a
tierra tiene una impedancia lo suficientemente baja, los dispositivos de sobrecorriente como
53
54
los fusibles y disyuntores, pueden desconectar los circuitos en condiciones de falla para
prevenir fuegos eléctricos y el daño de los conductores y equipos.
1.2.1.3
Descargas Electrostáticas (ESD). Los efectos de las ESD son reducidas al mínimo
si se tienen varias trayectorias de baja impedancia desde cualquier punto del sistema de
puesta a tierra. Muchas partes metálicas son capaces de almacenar cargas electrostáticas, y
se debe tener el debido cuidado durante la instalación de dispositivos sensibles y de darle el
mantenimiento adecuado a los sistemas de protección para asegurar que la electricidad
estática sea descargada a tierra.
1.2.1.4
Operación de un Equipo. El sistema de puesta a tierra debería reducir al mínimo el
efecto de las perturbaciones que se originen fuera del plano de tierra sobre el cual opera el
equipo.
1.2.1.5
La Reducción del Ruido. El sistema de puesta a tierra debería reducir al mínimo la
interferencia electromagnética y el ruido eléctrico, manteniendo una baja impedancia desde
cualquier punto del sistema de comunicación.
2.
Definiciones
2.1
Abreviaturas
A
Sección absorbente de la barra MGB
Amperios, unidad para medir el flujo de corriente
AC
Corriente Alterna
AWG
Calibre americano de cable
54
55
ANSI
Instituto Nacional Americano de Estándares
CGB
Barra de tierra intermedia
DC
Corriente Directa
ESD
Descarga electrostática
GWB
Barra ventana de tierra
I
Sección de tierra aislada en la barra MGB
IGZ
Zona de tierra aislada
KCM
Mil circular mils
COGB
Barra de tierra Principal
N
Sección no aislada de la barra MGB
NEC
Código Eléctrico Nacional
NFPA
National Fire Protection Association
P
Sección para elementos productores de descargas en la MGB.
SPT
Sistema(s) de puesta a tierra
V
Volts
VA
Volt-Amperios
W
Watts
PGP
Punto de unión principal del sistema de puesta a tierra de la central
2.2
Definiciones
2.2.1 Las siguientes definiciones se presentan para que faciliten la comprensión de este
documento.
55
56
2.2.2 Absorbedores de sobrecargas (A): trayectorias a tierra de baja impedancia, que
absorben las sobretensiones transitorias, descargas electrostáticas entre otras, para luego
descargarlas a tierra. Existen solamente tres absorbedores primarios de sobrecargas: el
sistema de electrodos de puesta a tierra, el conductor puesto a tierra o neutro, o algún
sistema de tuberías metálicas de agua, en caso de que existan.
2.2.1.1
Arqueta: Punto de unión de los distintos electrodos del sistema de electrodos de
tierra de la central con el sistema de puesta a tierra de la misma.
2.2.1.2
Barra de tierra principal (COGB): Barra de cobre para puesta a tierra usada
como punto único de conexión para productores y absorbedores de sobrecargas, equipos
pertenecientes a las zonas de tierra aislada y los de tierra no aislada. Normalmente no porta
corriente y está aislada de la estructura del edificio.
2.2.1.3
Barra de tierra intermedia (CGB): Barra de cobre para puesta a tierra, aislada
de su soporte y usada como un punto de distribución para una zona de la barra de tierra
principal, que ha de ser conectado a distintos equipos, usualmente ubicados en zonas de
tierra no aislada, sin incluir la terminal positiva del tablero de alimentación principal.
2.2.1.4
Barra de tierra para las pantallas (BTP): Barra de cobre para puesta a tierra
ubicada en la parte inferior del Distribuidor Principal, aislada eléctricamente de su soporte.
Utilizada como punto de conexión para pantallas de protección de cables de planta externa.
2.2.1.5
Barra de tierra para los listones (BTL): Barra de cobre ubicada en la parte
inferior del Distribuidor Principal, normalmente a 10cm de distancia de la barra para
pantallas, aislada eléctricamente de la estructura del distribuidor mediante aisladores de
resina. Se utiliza para aterrizar los listones de cables de planta externa.
56
57
2.2.1.6
Barra ventana a tierra (GWB): Barra de cobre provista para puesta a tierra de
equipos eléctricos y electrónicos, de acuerdo a sus características, instalados en una zona de
tierra aislada.
2.2.1.7
Bastidor: Es una armazón de metal que sirve de soporte a otros elementos, como
equipos y cables.
2.2.1.8
Cable: Un conductor, con o sin aislamiento, o una combinación de conductores
con aislamiento en una cubierta protectora.
2.2.1.9
Canalización: Canal o conducto abierto o cerrado de materiales metálicos o no
metálicos, especiales para contener hilos, cables o barras colectoras. Estas pueden ser entre
otras, de tubo de metal rígido, intermedio o flexible, de tubos no metálicos, tubería eléctrica
no metálica, etc.
2.2.1.10 Conductor: Generalmente son de cobre, aluminio o acero, normalmente en forma
de un alambre, cable o barra, aptos para transportar una corriente eléctrica.
2.2.1.11 Conductor conectado a tierra o neutro: Un conductor conectado a tierra se
refiere a aquel conductor de un sistema o circuito que es intencionalmente conectado a
tierra, por ejemplo el conductor neutro, que es un conductor de retorno de la corriente de
fase en un sistema monofásico o las corrientes de desbalance en un sistema trifásico.
2.2.1.12 Conductor de tierra: es un conductor que se utiliza para conectar un equipo o un
circuito a un sistema de puesta a tierra. Entre estos conductores se encuentran:
•
El ecualizador vertical en edificios de varias plantas
57
58
•
El conductor de puesta a tierra de equipos u otros objetos metálicos, como
pantallas de cables, etc.
•
El conductor utilizado como puente de unión entre el neutro y tierra.
2.2.1.13 Conductor del electrodo de tierra: conductor que conecta los distintos
electrodos de tierra con el resto del sistema de tierra de la central. Se encarga de completar
tres trayectorias distintas, la trayectoria desde el neutro, la trayectoria desde el conductor de
tierra del equipo o tierra de seguridad y la trayectoria desde el puente de unión principal
con el sistema de electrodos.
2.2.1.14 Conexión equipotencial (Bonding): es la unión permanente de partes metálicas
para formar una trayectoria conductora de electricidad para garantizar la continuidad
eléctrica y la capacidad para conducir con seguridad cualquier corriente.
2.2.1.15 Distribuidor principal (MDF): Estructura de distribución en el que los cables de
planta externa son terminados en listones.
2.2.1.16 Electrodos de tierra: son el medio por el cual los electrones son descargados a
tierra. Deben mantener un buen contacto con la tierra, para asegurarse que todas las
estructuras y partes metálicas del equipo eléctrico que se encuentren conectados al sistema
de puesta a tierra, se mantengan al mismo potencial de tierra. Los distintos requerimientos
tanto constructivos como de instalación se encuentran en el artículo 250 del NEC.
2.2.1.17 Impedancia de un sistema de tierra: determinada por la impedancia total de los
conductores, la impedancia de contacto entre el conductor y el electrodo, la impedancia de
58
59
contacto entre la superficie del electrodo y el terreno, y la impedancia misma del terreno en
el que se encuentra instalado el o los electrodos de puesta a tierra.
2.2.1.18 Listón: consiste de un módulo protector y de un módulo conector para la descarga
de sobrevoltajes transitorios que puedan entrar al equipo por los pares telefónicos.
2.2.1.19 Placas de descarga para el personal: Placas provistas en áreas de equipos
electrónicos sensitivos al voltaje. Estas placas están conectadas a tierra y se utilizan para
descargar a tierra voltajes del cuerpo y no a través del contacto accidental con componentes
electrónicos sensitivos.
2.2.1.20 Productores de sobrecargas (P): Conexiones a las fuentes metálicas de
sobrecargas debidas a descargas atmosféricas y a la alimentación de corriente alterna, por
ejemplo, torres de transmisión, pantallas de cable telefónico, pares telefónicos entre otros.
2.2.1.21 Protección contra descargas electrostáticas: Protección necesaria para
minimizar los daños a los componentes electrónicos relacionados a las descargas de voltaje
estático. Las cargas estáticas son generadas por el personal en movimiento o el aire en
movimiento en un área de trabajo en la que la humedad relativa es baja.
2.2.1.22 Puesta a tierra de punto único: Sistema de puesta a tierra en el que se utiliza un
único punto, normalmente la barra de tierra principal, para proveer un potencial cero de
referencia a tierra para toda la central. A pesar de que el voltaje con respecto a tierra para
este punto podría ser mayor que cero durante condiciones de falla, todo el sistema de la
central también eleva su potencial a la misma velocidad. Esto ayuda a minimizar corrientes
circulantes entre los componentes conectados durante condiciones de descargas
atmosféricas o sobrecargas, al minimizar las diferencias de potencial entre estos y tierra.
59
60
Dicha barra es seccionada para la ubicación de los distintos elementos del sistema de puesta
a tierra en su sección correspondiente, ya sea la “P”, la “A”, la “N” o la “I”, de aquí que en
algunos casos se le llame PANI a la barra de tierra principal.
2.2.1.23 Puesta a tierra estructural del edificio: Una conexión a tierra conectada al acero
estructural y/o a las barras de acero reforzado contenidas dentro de las paredes de los
edificios, techos, pisos o fundaciones.
2.2.1.24 Puesto a tierra eficazmente: conectado a tierra intencionalmente a través de una
o varias conexiones, con una impedancia lo suficientemente baja y con capacidad de
circulación de corriente suficiente para evitar la aparición de tensiones que puedan provocar
riesgos a las personas o a los equipos.
2.2.1.25 Rack: es un bastidor destinado a alojar equipamiento electrónico, informático y
de comunicaciones. Sus medidas están normalizadas para que sea compatible con
equipamiento de cualquier fabricante. El armazón cuenta con guías horizontales donde
puede apoyarse el equipamiento, así como puntos de anclaje para los tornillos que fijan
dicho equipamiento.
2.2.1.26 Resistividad de la tierra: se refiere a la capacidad que tiene la tierra de oponerse
a la circulación de una corriente eléctrica a través de ella.
2.2.1.27 Sistema
de
telecomunicaciones:
Cuando
dos
o
más
equipos
de
telecomunicaciones distintos se encuentran instalados en una misma ubicación.
2.2.1.28 Telecomunicaciones: Toda transmisión, emisión y recepción de signos, señales,
datos, imágenes y sonidos, que es la información de cualquier naturaleza por cable, radio,
fibra óptica u otros sistemas electromagnéticos.
60
61
2.2.1.29 TVSS: Dispositivos de protección utilizados en las líneas de energía para limitar
los picos de tensión provocados por un rayo o una condición de falla.
2.2.1.30 Uniones aislantes: Dispositivos no conductores provistos en puntos específicos
en los bastidores de distintos equipos que se encuentran ubicados dentro de la Zona de
Tierra Aislada. Estos son utilizados para aislar el equipo de la Zona de Tierra Aislada de
las conexiones a tierra externas.
2.2.1.31 Zona de tierra aislada (ZTA): Área dedicada dentro de la estación en la que los
equipos están aislados eléctricamente de todas las conexiones a tierra externas, excepto a
través de una conexión a tierra única entre la Barra Ventana a tierra y la barra de tierra
principal. El área aislada deberá extenderse preferiblemente hasta un mínimo de 1,8 metros
en todas las direcciones desde los bastidores de los equipos y donde sea práctico deberá
estar separada de otro equipo por paredes permanentes. La zona de Tierra normalmente
alojará componentes electrónicos sensibles.
3.
Sistemas de puesta a tierra de punto único
3.1
La puesta a tierra de punto único se basa en la conexión de todos los equipos de
telecomunicaciones, potencia, entre otros y estructuras metálicas que corren el riesgo de ser
energizadas, a un mismo punto de tierra.
3.2
Con este se busca controlar las diferencias de potencial, producto de sobrevoltajes,
descargas atmosféricas, descargas electrostáticas entre otras, o por malas prácticas a la hora
de diseñar e instalar los distintos sistemas eléctricos y equipos presentes en un central de
telecomunicaciones.
61
62
3.3
Los potenciales de sobrevoltajes y sobrecargas deben ser igualados mediante la
conexión controlada de los elementos de puesta a tierra de la central. Entre estos elementos
están: productores de sobrecargas (P), absorbedores de sobrecargas (A), puesta a tierra de
equipos fuera de la Zona de Tierra Aislada (N), puestas a tierra de equipos de la Zona de
Tierra Aislada (I).
3.4
La puesta a tierra de punto único se utiliza para reducir las diferencias de potencial y
controlar las sobrecorrientes. Los elementos básicos de un sistema de puesta a tierra de
punto único son los siguientes:
3.5
Una Barra de tierra principal denominada anteriormente como COGB, con las
conexiones agrupadas para confinar la actividad derivada de las sobrecargas de
alimentación y de las descargas atmosféricas. Este es también el punto para establecer un
plano de referencia común, con respecto a la tierra, para toda la estación o para un piso de
la misma en caso de sea una estructura de varios niveles. Esta barra debe estar dividida en
cuatro secciones, la sección P, la A, la N y la I. Debido a esto suele conocerse como PANI.
3.6
Una o varias Barras Ventana a Tierra (GWB) para el establecimiento de un punto
único de referencia local para la puesta a tierra de equipos electrónicos sensitivos dentro de
las Zonas de Tierra Aislada. La sección I de la Barra Maestra provee una terminación de
punto único y una tierra de referencia a la cual la Barra Ventana a Tierra y el equipo
electrónico asociado son conectados.
3.7
Una o varias Barras de tierra Intermedias conocidas como CGB, las cuales
funcionan como extensiones de una sección de la Barra maestra, en la cual se conectan
62
63
todos aquellos equipos y estructuras metálicas que no se encuentran dentro de la zona de
tierra aislada.
4.
Requerimientos constructivos en un sistema de puesta a tierra
4.1
Electrodos de puesta a tierra.
4.1.1 Los electrodos de tierra son las terminales de descarga a tierra del sistema de puesta
a tierra. Su función principal es mantener un buen contacto con la tierra y proveer una gran
cantidad de trayectorias de baja impedancia a tierra, para que los electrones producto de
descargas atmosféricas, sobrevoltaje transitorios, descarga electrostática entre otros,
descarguen a tierra de forma segura e instantánea.
4.1.2 Erróneamente, se le ha atribuido a los electrodos de tierra la función de transportar
corrientes de falla para facilitar la operación de los dispositivos de protección de
sobrecorriente. Esto no es correcto porque la corriente debe circular a través de la tierra y
esta tiene una alta impedancia, la cual no permitiría el paso de la cantidad de corriente
suficiente para activar el dispositivo de protección.
4.1.3 El Código Eléctrico Nacional “NEC”, en la parte C del artículo 250, se dan
especificaciones de los electrodos de tierra más recomendables, entre los cuales se
encuentran los sistemas de tuberías subterráneos, la estructura metálicas de un edificio,
anillos de tierra, varillas, placas metálicas entre otros.
4.1.4 Los electrodos de tierra, se deben de instalar unos de otros a distancias no menores a
1,8m, tal y como lo especifica la sección 250.53(B) del NEC, debido a que la eficiencia de
63
64
estos se ve reducida ya que cada una de ellos, al descargar la corriente de falla crea un
campo electromagnético a su alrededor induciendo corrientes en los electrodos cercanos.
4.1.5 Algunos de los factores que pueden afectar la impedancia a tierra de un electrodo de
puesta a tierra son la temperatura del terreno, el tiempo que permanezcan bajo condiciones
de falla, ya que se calienta el terreno, evaporando la humedad que hay en ella y por ende
aumenta la impedancia.
4.1.6 Bajo condiciones de falla, cuando un electrodo puede experimentar diferencias de
potencia entre su superficie y tierra, para evitar dicha situación, se debe aumentar la
superficie de contacto de este con tierra y mantener condiciones de humedad adecuadas.
4.1.7 Para incrementar la superficie de contacto de un electrodo de sección transversal
circular, es más rentable aumentar la longitud de la misma que aumentar su sección
transversal. Ya que con una cantidad menor de material se obtiene una mayor superficie de
contacto y se alcanzan niveles de profundidad donde la humedad del terreno son mayores,
obteniendo una mayor reducción de la impedancia a tierra.
4.1.8 Para determinar el tipo de electrodo a utilizar y sus dimensiones, se deben realizar
estudios detallados del terreno en el que se van a instalar, tanto en composición química
como la resistencia al paso de corrientes eléctricas. Para esta última existen una serie de
métodos a seguir para determinar la resistividad del terreno, entre ellos están el método de
tres puntos y el de cuatro puntos.
4.1.9 Los distintos electrodos de puesta a tierra del edificio, deben ser unidos en un punto
exterior al edificio. A dicho punto de unión se le conoce como arqueta. Esta debe tener un
registro que permita la realización de inspecciones y distintas pruebas necesarias.
64
65
4.1.10 La arqueta debe unirse al sistema de puesta a tierra de la central por medio de los
conductores de electrodos de tierra,
4.1.11 Estos conductores deben ingresar al edificio a través de conductos no metálicos.
4.1.12 Dicha unión debe realizarse en la sección de absorbedores de la barra COGB en
aquellos casos en que la central es de una sola planta o a la COGB-P ubicada en el sótano
de una central de varias plantas.
4.2
Electrodos de puesta a tierra aceptados
Algunos de los electrodos de puesta más utilizados y permitidos por las distintas
normativas internaciones son:
4.2.1
4.2.1.1
Tuberías metálicas
Éstas se permiten como electrodos complementarios, en la sección 250.52(A)(1)
del NEC. Esta indica que debe ser metálica, debe estar enterrada y hacer contacto directo
con tierra. Su longitud mínima debe de ser de 3 m y debe ser eléctricamente continua.
4.2.1.2
En aquellos casos en los que exista un medidor u otro elemento interfiriendo en la
continuidad eléctrica de la tubería, se debe utilizar un puente para mantenerla, sin embargo,
este puente no se requiere si la distancia entre el medidor y la terminal en la que se conecta
el conductor del electrodo de tierra es mayor o igual a 3m.
4.2.1.3
Se debe tener presente que una tubería metálica funcionando como electrodo de
tierra no es suficiente, debido a que su vida útil generalmente es menor a la de una
instalación eléctrica. Sin embargo, siempre que estas se encuentren presentes, deben ser
utilizadas pero deben complementarse con otros electrodos
65
66
4.2.2
4.2.2.1
Estructura metálica del edificio
El código en la sección 250.52(A)(2), permite el uso de la estructura metálica del
edificio como un electrodo de puesta a tierra, cuando al menos una pieza de por lo menos
3m que forme parte de la estructura este en contacto directo con la tierra, o si se encuentra
conectada a los cimientos de concreto reforzado y éste hace contacto con tierra. Por otro
lado, todas las estructuras metálicas de los edificios que se puedan llegar a ser energizadas
en algún momento por una falla o por una descarga atmosférica deben ser puestas a tierra
preferiblemente en la arqueta del sistema de electrodos de puesta a tierra.
4.2.3
4.2.3.1
Electrodo incrustado en concreto
Generalmente se utiliza en instalaciones de telecomunicaciones, cuando el suelo
es rocoso y es difícil la utilización de otros tipos de electrodos.
4.2.3.2
En el NEC se especifica que para estos electrodos, se pueden usa varillas de
refuerzo de acero o un conductor de cobre. Además es necesario que se encuentre revestido
de por lo menos 50mm de concreto, que debe estar en contacto directo con la tierra. Cuando
se utiliza una varilla de acero, esta debe tener un diámetro de al menos 13mm y una
longitud no menor a 6,0 m de acero desnudo, galvanizado o recubierto de otro tipo de
revestimiento conductor. Cuando se utiliza un conductor de cobre desnudo, debe tener un
calibre no menor a 4 AWG.
4.2.3.3
Tiene la ventaja que al estar en contacto directo con el suelo retiene humedad, las
varillas de refuerzo ofrecen más de una trayectoria para el flujo de electrones y el peso del
edificio mantiene una presión constante en la conexión entre el concreto y la tierra.
66
67
4.2.3.4
No se recomienda utilizar estos electrodos, cuando en los cimientos del edificio,
se utilizan películas de plástico como barreras de vapor, ya que se pierde e contacto directo
entre el concreto y tierra.
Figura 3.1. Electrodo incrustado en concreto. [09]
4.2.4
4.2.4.1
Anillo de tierra
Formados por un conductor en forma de espira en contacto directo con tierra. En
la sección 250.52(A)(4) del Código, se indica que el conductor debe ser desnudo, con un
calibre no menor al 2 AWG y con una longitud no menor a 6 m. En la sección 250.53(F) se
indica que estos anillos deben estar a una profundidad no menor a 75cm.
4.2.5
4.2.5.1
Electrodos de placa
Son una placa metálica que debe estar en contacto directo con la tierra. En la
sección 250.52(A)(6) del NEC se indica que deben de tener un área de exposición al suelo
de por lo menos 0,1858m2. Cuando la placa es de hierro o de acero, debe tener por lo
menos un espesor de 6,4mm y en caso de ser de un metal no ferroso, debe tener un espesor
67
68
mínimo de 1,5mm. Además en la sección 250.53(A) se recomienda que tanto estos
electrodos como las varillas de tierra y tuberías deban ser instalados por debajo del nivel de
humedad del suelo. Las placas de cobre no están permitidas.
4.2.6
4.2.6.1
Varillas de tierra
De acuerdo con el Código, en la sección 250.52(A)(5), este tipo de electrodo de
tierra no deben tener una longitud menor 2.5m y se permite utilizar tanto varillas como
tubos metálicos.
4.2.6.2
En el caso de los tubos o conductos metálicos, deben ser de ¾ de pulgada, este es
un tamaño comercial que se especifica en la Tabla 4 del capítulo 9 del NEC. Esta tubería
tiene un diámetro interno de 21mm. En caso de que fuera de hierro o de acero, deben tener
un revestimiento de un metal galvanizado o de otro tipo de protección contra la corrosión.
Siempre manteniendo las propiedades conductivas del electrodo.
4.2.6.3
En cuanto a las varillas, cuando son de hierro o de acero, deben tener un diámetro
de al menos 15,87mm y cuando son de algún material no ferroso, su diámetro no debe ser
menor a 13mm.
4.2.6.4
En la sección 250.53(G), se indica que tanto las varillas como los tubos deben
tener al menos 2,44 m de longitud en contacto con el suelo. Si al instalarlos chocan con un
fondo rocoso, se permite instalarlos con una inclinación de 45º con respecto a la vertical.
Enterrar la varilla de tierra en forma horizontal sólo se permite si no es posible instalar la
varilla de las dos formas anteriores. En este caso, debe ser enterrada en una trinchera de al
menos 750mm de profundidad.
68
69
4.2.6.5
Para el análisis de la resistencia total de una varilla, se deben tener en cuenta tres
contribuciones. La resistencia de la varilla, la resistencia del contacto entre la varilla y la
tierra y la resistencia de la tierra que la rodea. Existen factores que aumentan la resistencia
de los electrodos, entre ellos está la presencia de grasa, pintura u otro material no conductor
sobre la varilla.
4.2.6.6
El conductor del electrodo de tierra debe ser de un calibre no menor al No 2 AWG.
Figura 3.2. Instalación de varillas de puesta a tierra. [09]
4.2.7
4.2.7.1
Malla
Una malla consiste de una red de conductores de cobre desnudos, dispuestos en
forma de cuadrícula. Además, pueden complementar con otros electrodos, por lo general
varillas de cobre.
4.2.7.2
Las mallas de tierra son uno de los electrodos más utilizados en subestaciones
eléctricas, debido a que se extienden por un área considerablemente extensa, según el
69
70
tamaño de la malla y disminuye las diferencias de potencial en el terreno, reduciendo la
posibilidad de que alguna persona sufra una descarga debido a una tensión de paso.
4.2.7.3
Se construyen con conductores de cobre desnudos, sus uniones deben hacerse con
soldadura exotérmica o por compresión. Generalmente, se instalan de 30cm a 1m de
profundidad y las varillas a una distancia de 3m una de otra. El conductor perimetral de la
malla debe ser continuo.
4.2.7.4
En cada cruce de conductores de la malla, se deben conectar rígidamente entre sí y
en los puntos adecuados deben conectarse a otros electrodos, como varillas de tierra, tal y
como se mencionó anteriormente
4.2.7.5
Los conectores empleados en la malla del sistema de tierras de una subestación
deben ser de tipo de compresión o por soldadura exotérmica. Debido a esfuerzo mecánico a
la que se ve sometida en caso de una falla, se recomienda que los conductores utilizados
para la construcción de la malla sean de calibre 4/0 AWG.
4.2.8
4.2.8.1
Electrodo profundo
Este tipo de electrodo corresponde a una variación en la instalación de una varilla
de tierra convencional, debido a que se instalan en grandes perforaciones verticales, hasta
alcanzar la resistencia a tierra necesaria. El conductor del electrodo de tierra utilizado es un
cable de cobre con un calibre entre 1/0 y 4/0 AWG y dicha perforación debe de rellenarse
con tierra o con relleno químico especial para mejorar la conductividad eléctrica.
70
71
4.2.8.2
Estos electrodos se utilizan en zonas donde el terreno se compone en su mayoría
de roca volcánica. La excavación se hace hasta llegar al nivel freático o a las capas de baja
resistencia por incremento de la humedad.
4.2.9
4.2.9.1
Varilla electrolítica
Es una más de las variaciones de la varilla de cobre convencional. Generalmente
se utiliza en aquellas instalaciones eléctricas donde las condiciones del suelo son muy
malas u operan equipos electrónicos muy sensibles, que requieren resistencias a tierra muy
pequeñas.
4.2.9.2
Cuando se encuentran bien instalados, producen un electrolito con una alta
conductividad eléctrica, que se combina con la tierra a su alrededor, aumentando su
conductividad eléctrica.
4.2.9.3
Debe estar constituida por un 95% de cobre y un 5% de níquel, debe tener una
longitud de 2,4 m, o más en caso que se requiere disminuir aún más la resistencia a tierra
del sistema. Su diámetro será de 5cm aproximadamente y debe estar rellena de una mezcla
de sales, como carbonato de calcio y cloruro de sodio. Además debe tener tapones de cobre
en sus extremos y dos orificios a 5cm de la parte inferior.
4.2.9.4
Debe ser instalada en un hueco perforado en la tierra, con un diámetro de por lo
menos 15cm y una profundidad mayor a la longitud de la barra, no menor de 15cm de más.
El hueco alrededor del electrodo se debe rellenar con bentonita que es un material
volcánico de alta conductividad eléctrica, que absorbe y retiene el agua. En la parte superior
71
72
se deja un espacio para la conexión del conductor del electrodo de tierra y a la vez evitar
que los agujeros se obstruyan.
4.2.9.5
Su efectividad se basa en la capacidad del cloruro de calcio para condensar la
humedad del aire a través de los agujeros de la parte inferior. Debido a la fuerza de
gravedad, el agua condensada tiende a bajar, atravesando la sal que se encuentra dentro del
tubo convirtiéndose en electrolitos. En la parte inferior del tubo hay un pequeño
compartimiento en el cual se almacena el agua, que luego se desborda dentro del hueco
lleno de bentonita. A su vez, el agua se convierte en iones de sal metálicos y en contacto
con la tierra aumentan la conductividad de ésta y de la bentonita.
4.2.10 Objetos metálicos enterrados
4.2.10.1 Cualquier objeto metálico enterrado bajo el edificio, como por ejemplo tanques de
combustible, tuberías de gas, tuberías de alcantarillado, entre otros, pueden actuar como
electrodos de tierra no intencionales. Haciendo del sistema de tierra del edificio un sistema
de tierra no integral.
4.2.10.2 Estos objetos se deben conectar con los sistemas de electrodos del edificio,
utilizando un conductor no menor al N º 2 AWG.
4.3
Construcciones existentes adiciones
4.3.1
Cuando exista algún tipo de construcción cercana a una central, tal como una
bodega, casa de máquinas entre otros, el sistema de puesta a tierra de éstos debe de estar
unido al sistema de puesta a tierra del edificio principal, por medio de un conductor de
750kcmil, conectado a la arqueta.
72
73
4.4
Consideraciones en cuanto a materiales
4.4.1
De forma general, los electrodos de tierra son de cobre, sin embargo, este es un
material muy electropositivo en comparación con el hierro y el acero. Por tal motivo
cuando un objeto de cobre se encuentra expuesto a la humedad de la tierra, cerca de objetos
metálicos enterrados como tuberías de agua, tanques de combustible, etc., puede ser causa
de la corrosión acelerada de hierro o de acero a través de la acción electrolítica. El acero
inoxidable no es significativamente electropositivo con respecto al hierro o al acero, por lo
tanto, no crea el mismo efecto corrosivo de, sin embargo tiene una mayor resistencia que el
cobre y es muy costoso.
4.5
Conductor del electrodo de tierra
4.5.1
se encargan de conectar los distintos electrodos de tierra con los diferentes
componentes del sistema de puesta a tierra.
4.5.2
Debe completar tres trayectorias importantes, la trayectoria desde el conductor
conectado a tierra o neutro, la trayectoria desde el conductor de tierra del equipo o tierra de
seguridad, cuando se usa un cable como tierra de seguridad y no otro medio y por último, la
trayectoria desde el puente de unión principal cuando se usan conductos como conductores
de tierra de un equipo.
4.5.3
El calibre de estos conductores se eligen a partir de la tabla 250.66 del NEC, pueden
ser de calibre mayor o igual al indicado, pero nunca menor.
4.5.4
Existen otros criterios para seleccionar el calibre de estos conductores, que aplican
en casos especiales, estos se indican en las secciones 250.66(A), (B) y (C).
73
74
4.5.5
Comúnmente se cuestiona el hecho de porqué se utilizan conductores de calibre
numero 4 o 6 AWG y no uno de mayor calibre para mejorar la capacidad de descarga de
corrientes de falla del sistema de puesta a tierra. Esto se debe a que el factor limitante no es
el conductor del electrodo, sino el electrodo propiamente. Cuando se usa un conductor de
gran tamaño, el electrodo de tierra carece de la capacidad suficiente para descargar el flujo
de electrones que es capaz de transportar el conductor. En tal caso es más conveniente
aumentar la longitud del electrodo.
4.5.6
Las dimensiones se establecen de acuerdo con los conductores de suministro
eléctrico, ya sea una acometida o los conductores de alimentación de un equipo.
4.5.7
En la sección 250.62(A) del Código se especifica que puede ser de cobre, aluminio
o aluminio revestido con cobre, sin embargo, se exige que éstos sean capaces de resistir
condiciones corrosivas, ya sea por si solos o por algún tipo de protección.
4.5.8
Pueden ser sólidos o trenzados. También pueden estar aislados o desnudos y
siempre deben mantener la continuidad, a excepción de los casos mencionados en la
sección 250.62(C).
4.5.9
En la sección 250.64(B) se especifica que si dicho conductor se instala sin un
conducto o cubierta, debe estar firmemente asegurado a la superficie por la cual se extiende
y en caso de que si haya sido instalado en un conducto o cubierta protectora, es esta la que
debe asegurarse a la superficie por la cual se extiende.
4.5.10 También se pide que los conductores de electrodo de tierra de cobre o de aluminio
con un calibre No 4 AWG o mayor, deben ser protegidos si se encuentran expuestos a algún
tipo de daño físico y si es No 6 AWG puede instalarse a lo largo de la superficie del edificio
74
75
sin protección, siempre y cuando no esté expuesto a daños físicos y se encuentra asegurado
firmemente a la superficie. De lo contrario, deben de ser protegidos por conductos
metálicos rígidos o intermedios, conductos no metálicos rígidos como el PVC, tubos
metálicos eléctricos o cables acorazados.
4.5.11 En caso de ser conductores de aluminio, tal y como lo indica, la sección 250.56(A),
no deben ser utilizados cuando se encuentran en contacto directo con el concreto o con la
tierra, no deben ser expuestos a condiciones corrosivas muy agresivas y en caso de
instalarlos en el exterior, no deben enterrarse a una profundidad mayor de 45,7cm de la
tierra.
4.5.12 Cuando existe más de un grupo de conductores de acometida, según la sección
230.40(excepción 2) permite que el calibre mínimo del conductor del electrodo de tierra sea
calculado a partir del conductor de acometida de mayor tamaño
4.5.13 La unión entre el electrodo de tierra y el conductor del electrodo de tierra,
dependiendo del tipo de electrodo de tierra debe estar ubicada en un área accesible, tal y
como lo indica la sección 250.68 del código. Pueden realizarse de varias forma, como se
indica en la sección 250.70, puede ser por medio de soldadura exotérmica, conectores de
presión, tipo pinzas, abrazaderas de tierra.
4.5.14 Estos conectores, solo deben unir un conductor a un electrodo a la vez, a menos que
se especifique lo contrario y se encuentren aprobados por el Código para cumplir con dicha
función.
75
76
4.5.15 Se debe tener cuidado en que los materiales involucrados, conductores, electrodos y
conectores sean compatibles, para evitar que el material de uno de estos reacciones sobre
los demás, causando serios daños.
4.6
Conductor neutro del sistema de suministro eléctrico
4.6.1
El conductor neutro en parte del sistema general de tierra, ya que bajo condiciones
de falla se convierte en el conductor de tierra de un equipo, desde el servicio de retorno a la
fuente.
4.6.2
No todos los conductores de fase conectados a tierra corresponden a un conductor
neutro. Por ejemplo en un sistema trifásico en delta, un conductor de fase conectado
intencionalmente a tierra no es un conductor neutro.
4.6.3
En la sección 250.142 del NEC se describen dos ubicaciones para el uso del
conductor neutro como conductor de tierra de equipo. El lado de suministro y del lado de la
carga de los sistemas de desconexión principal. Sin embargo, esta última solo se permite en
los casos excepcionales ya que generalmente dicha práctica no es permitida.
4.6.4
El NEC permite usar el conductor neutro para aterrizar equipos en el lado del
suministro, lo que permite la conexión a tierra de partes metálicas del tablero de servicio
que transportan corriente, conductos metálicos, transformadores de corriente y otras
cubiertas metálicas de equipos.
4.6.5
Para sistemas derivados separadamente que tienen conductor neutro, la sección
250.142(A) establece las regulaciones acerca del uso del neutro para la conexión a tierra de
equipos y cubiertas del lado de la línea.
76
77
4.6.6
No se permite alguna conexión adicional del neutro a tierra a lo largo del sistema de
distribución de éste transformador, excepto en el mismo transformador o en sus
dispositivos de desconexión.
4.6.7
La utilización del conductor neutro para conexión del tablero de distribución en el
lado de la carga del dispositivo de desconexión tiene varias limitaciones. En la sección
250.142(B) se prohíbe el uso del conductor neutro para aterrizar equipos en el lado de la
carga en ubicaciones como el interruptor de desconexión del servicio, el interruptor de
desconexión de un sistema derivado separadamente y el dispositivo de desconexión
principal de un edificio secundario.
4.6.8
En un sistema de suministro eléctrico de corriente directa, el conductor neutro se
aterriza en la fuente de energía.
4.6.9
En un sistema de suministro eléctrico de corriente alterna, el conductor neutro se
aterriza preferiblemente en el lado del suministro o el lado de la línea del tablero de servicio
principal.
4.6.10 Debido a la baja resistencia a tierra que presenta el conductor neutro se le considera
como un absorbedor de sobrecargas excelente. Aunque en algunos casos puede convertirse
en un productor de sobrecargas momentáneo debido a impactos de rayos o transitorios en el
sistema de alimentación.
4.7
Conductor de tierra de equipo o tierra de seguridad
4.7.1
Este conductor une las partes metálicas que no transportan corriente de un equipo,
conducto eléctrico y otras cubiertas metálicas al sistema de puesta a tierra, tal y como lo
77
78
indican las secciones 250.90 y 250.120 del NEC, para limitar el voltaje a tierra de estas,
cuando se encuentren bajo condiciones de falla, evitando la aparición de diferencias de
potencial que eventualmente podrían ocasionar descargas eléctricas peligrosas. A su vez,
facilita la operación de los distintos dispositivos de protección de los conductores, debido a
que proporcionan una trayectoria de retorno de baja impedancia hacia la fuente común, en
el caso de una falla de fase a tierra, retorna al terminal de neutro del transformador.
4.7.2
Además funciona como una referencia estable para los distintos circuitos que
alimentan tanto sistemas eléctricos como electrónicos y para las fuentes de alimentación de
corriente directa.
4.7.3
Un conductor de puesta a tierra de equipos bien instalado, según las distintas
indicaciones que da en Código, representa una trayectoria efectiva y segura tanto para las
corrientes de falla como para las corrientes ocasionadas por cargas electrostáticas y
mantener a los equipos a un potencial igual al de tierra para evitar electrocutamientos.
4.7.4
Una trayectoria a tierra efectiva para las corrientes de falla según lo indica la
sección 250.2 del Código, debe ser construida específicamente para que cumpla con dicha
función, debe ser permanente, de baja impedancia y capaz de transportar dicha corriente de
falla desde el punto de falla hasta tierra y a la vez, facilitar el funcionamiento de los
dispositivos de protección de sobrecorriente.
4.7.5
Los sistemas de puesta a tierra, no siempre son efectivos en la protección contra el
ruido de los circuitos de comunicación generados en los sistemas AC. Para esto es
necesaria la utilización de dispositivos de protección complementarios.
78
79
4.7.6
Los conductores de tierra de equipos deben de estar señalizados. En las secciones
200.6 y 250.119, se indica que deben tener un recubrimiento de color verde para el caso de
conductores de tierra de seguridad o tierra de equipos y de color verde con franjas amarillas
en el caso de conductores de tierra para equipo de cómputo.
4.7.7
En el caso de conductores de tierra con un calibre superior al número 6 AWG, se
permite la utilización de conductores con un recubrimiento de distinto color, siempre y
cuando permanezca debidamente identificado a ambos lados del conductor.
4.7.8
Los distintos requerimientos para la selección del conductor de puesta a tierra de
equipos se encuentran en la sección 250.122. Esta indica que el calibre se calcula a partir de
la tabla 250.122. Además se indica que no deben ser menores a los indicados por esta tabla
y no requieren ser mayores a los conductores de fase.
4.7.9
Cuando se realicen ajusten en los conductores de fase por aumentos en la carga o
para compensar caídas de tensión, también deben ajustarse de forma proporcional el calibre
de los conductores de puesta a tierra.
4.7.10 En el caso de circuitos que alimentan motores que se encuentren protegidos por
interruptores instantáneos, el conductor de tierra de equipo se calcula a partir de la
capacidad de la protección de sobrecarga del motor, siempre y cuando, el calibre resultante
sea mayor al indicado por la tabla 250.122.
4.7.11 Cuando se tiene un sistema de alimentación dividido en circuitos en paralelo,
instalados en un conducto distinto cada uno de ellos, se permite que el conductor de puesta
a tierra de equipo también se instale en paralelo, sin embargo, el calibre de estos no puede
79
80
dividirse. Su calibre debe calcularse a partir de la capacidad de la protección de
sobrecorriente que protege a los conductores.
4.7.12 El tamaño mínimo del conductor de tierra de un solo bastidor, armario u otro tipo de
estructura simple que requiera ser puesto a tierra, será No 6 AWG. En caso de que sean un
grupo de bastidores, armarios u otro grupo de estructuras que requieran ser aterrizadas será
como mínimo un No 2 AWG.
4.7.13 Los calibres obtenidos de la tabla 250.122 corresponden a calibre mínimos a utilizar
como conductores de puesta a tierra, sin embargo, de acuerdo con la sección 110.10 en
algunos casos es necesario aumentar la capacidad de dicho conductor con el fin de que
tanto la impedancia total del circuito, los dispositivos de protección de sobrecorriente como
la capacidad de corriente de cortocircuito, entre otras, se encuentren correctamente
coordinadas, de tal manera que no se produzcan daños a los componentes eléctricos del
circuito bajo condiciones de falla. Para esto, se debe conocer la capacidad de cortocircuito
disponible, así como las características de operación de los dispositivos de protección junto
con los calibres de los conductores de tierra para que sean consistentes con la corriente de
cortocircuito disponible. Otra opción es utilizar fusibles, interruptores automáticos de
corriente límite adecuados, con el conductor de fase y así limitar la corriente de falla a la
que se ve sometida el conductor de tierra.
4.7.14 La sección 250.118 del Código, permite el uso de conductos metálicos rígidos,
tubos metálicos eléctricos, algunos conductos metálicos flexibles, blindajes de cables,
tuberías con revestimientos metálicos como conductores de tierra de equipos.
80
81
4.7.15 Los conductores de tierra de equipos deben ser de cobre con aislamiento resistente
al ambiente y retardador de flama, como por ejemplo el RHW y el XHHW. En casos de
puesta a tierra de racks o chasis de maquinas, el aislamiento THHN o THWN son
aceptables.
4.7.16 Los conductores de aluminio no son recomendables, ya que tienen una mayor
impedancia que el cobre.
4.7.17 Deben ser instalados en la misma tubería o conducto en el que se instalaron los
demás conductores del circuito, tal y como lo indica el NEC en la sección 250.134. Esto
evitar la aparición de campos magnéticos entre los conductores cuando se encuentran bajo
condiciones de falla y evitar aumentos en su impedancia.
4.7.18 En aquellos en que las canalizaciones utilizadas o tuberías sean metálicas y tengan
una buena continuidad eléctrica, pueden ser utilizadas como conductor de tierra del equipo.
En caso de ser conductos metálicos flexibles también se pueden utilizar para esto, bajo
ciertas condiciones indicadas en la sección 250.118(5) del NEC.
4.7.19 En casos donde varios circuitos se instalen en un mismo conducto, el conductor de
puesta a tierra puede calcularse a partir de la capacidad de la mayor de las protecciones de
sobrecorriente y no es necesario calcularlo a partir de la capacidad combinada de todos los
circuitos, ya que no se prevé que todos los circuitos fallen al mismo tiempo.
4.7.20 Cuando se utilizan conductores con calibres mayores o iguales al 1/0 AWG, ya sea
por paredes, techos, racks, instalados de forma horizontal o vertical, deben ser apoyados
por lo menos cada 45,6cm y si se instalan dentro del piso o paredes pueden ser soportados
cada 1,5m.
81
82
4.7.21 La efectividad de un sistema de puesta a tierra depende de la correcta instalación y
una meticulosa elección de los materiales, una adecuada preparación de las superficies a
unir para formar la trayectoria a tierra, la flexibilidad de las articulaciones y la corrosión
que puede llegar a aumentar su impedancia y por ende limitar su capacidad de drenar
corrientes de falla, entre otras. Por lo que se podría llegar a poner en riesgo tanto a personas
como equipos.
4.7.22 Antes de la conexión del conductor de tierra con una superficie metálica, esta debe
de prepararse tal y como lo indica la sección 250.12. Se debe de remover cualquier tipo de
pintura o recubrimiento hasta darle un acabado metálico brillante para garantizar una buena
conductividad eléctrica entre esta y el conductor de puesta a tierra.
4.7.23 Una vez realizada la conexión, se recomienda recubrirlo con un material protector
para prevenir la corrosión.
4.7.24 Un agente antioxidante puede ser utilizado para inhibir la formación de corrosión en
los puntos de conexión.
4.8
Conexiones
4.8.1
Soldadura exotérmica
4.8.1.1
Las conexiones con soldadura exotérmica, es uno de los métodos más
recomendados para conexiones que se instalan enterradas en la tierra.
4.8.1.2
Para llevar a cabo este tipo de soldadura, se debe calentar el molde de grafito y los
conductores que se desean soldar con un soplete, luego se deben colocar los conductores en
los correspondientes huecos del molde. Una vez cerrado el molde y asegurado con las
82
83
pinzas, se coloca el platillo de estaño en el fondo de la tolva, evitando así la fuga del polvo
de soldadura. Luego se vierte el compuesto de soldadura en el interior de la tolva,
cubriendo éste y los bordes de la misma con una capa suficiente de compuesto iniciador.
Luego de cerrar la tapa de seguridad, se debe prender el polvo iniciador mediante la pistola
de ignición, una bengala o un soplete. La reacción exotérmica tiene lugar.
4.8.2
4.8.2.1
Entallado o Conexiones por compresión
El proceso de entallado o conexión por compresión se realiza para minimizar la
resistencia entre un cable y un conector.
4.8.2.2
Cuando las conexiones de este tipo pueden ser utilizadas cuando las conexiones
con soldadura exotérmica no son permitidas. Estas terminales deben ser instaladas con
herramientas especiales para esto, ya sean eléctricas o hidráulicas, deben ser de cobre o de
cobre con recubrimiento galvanizado o algún otro que resista el proceso de oxidación y que
tenga una buena conductividad eléctrica.
4.8.2.3
Los terminales planos deben tener dos agujeros, los de un agujero no son
convenientes. El área de contacto de la terminal debe ser preparada antes de conectarla a
una superficie, primero debe ser limpiada y recubierta con un compuesto antioxidante.
Cuando estas terminales son utilizadas al aire libre, no deben tener agujero de inspección y
deben ser herméticamente cerrados.
4.8.3
4.8.3.1
Conectores tipo abrazadera
Las terminales tipo abrazadera para conductores de tierra, se utilizan generalmente
para conectar los conductores a los electrodos de tierra como barras y tuberías. Estas
83
84
abrazaderas requieren mantenimiento periódico para asegurar que se mantenga una
conexión de baja impedancia. Por esta razón, se considera que las conexiones exotérmicas
son mucho mejor.
4.9
Punto de unión principal (PGP)y la barra de tierra principal (COGB) del
sistema de puesta a tierra de la central
4.9.1
El punto de unión principal del sistema de puesta a tierra de la central se establece
con una barra colectora denominada Barra de Tierra de la Centra (COGB), cerca de las
protecciones de entrada del servicio AC del edificio, preferiblemente en el interior del
mismo, de esta forma se limita la posibilidad de que los equipos de la central lleguen a ser
dañados por los efectos de una descarga eléctrica.
4.9.2
A este punto de unión principal deben estar debidamente conectados todos los
sistemas de electrodos de puesta a tierra de la central, por medio del conductor del
electrodo de tierra que se trata en la sección 4.5 y con las conexiones apropiadas descritas
en la sección 4.8.
4.9.3
Dicha barra de tierra es utilizada como punto de conexión común de los distintos
equipos y estructuras metálicas con riesgo de ser energizadas, los cuales pueden clasificarse
como productores o absorbedores de sobrecargas, equipos que requieren instalarse en áreas
de tierra aislada y también no aislada.
4.9.4
Por tal motivo la barra debe dividirse en cuatro secciones, la sección “P” para
productores, “A” para absorbedores, “N” para los no aislados e “I” para los aislados.
84
85
4.9.5
El neutro del sistema de suministro eléctrico de la central también debe de estar
unido a este punto, específicamente en la sección absorbedores o a la arqueta del edificio,
por medio de un conductor de cobre cuyo calibre se determina a partir de la tabla 250.66
del NEC.
4.9.6
En caso de que la central tenga varias plantas, pueden existir múltiples PGP, los
cuales deben de ser unidos por medio de un conductor de 750 kcmil (ecualizador vertical).
4.9.7
En conductor que une las barras COGB al ecualizador vertical debe tener una
longitud no mayor a 60cm.
4.9.8
En aquellos casos en que los sistemas de electrodos de tierra sean unidos en punto
exterior al edificio, como por ejemplo una arqueta, el PGP del primer nivel del edificio o
del sótano en caso que tenga pasará a ser una barra colectora principal de los PGP de los
demás niveles, a la cual se le denominará “COGB Principal”.
4.9.9
El área de cobertura que ofrece la barra COGB conectada a un ecualizador vertical,
en la cual se puede obtener un nivel de potencial igual al de tierra es el área subtendida por
un cuadrado circunscrito en un círculo con un radio de 30,48m. Es claro que el diseño
físico de los edificios pueden exceder estos parámetros. En tal caso, se pueden instalar más
de una barra COGB en cada piso, conectadas directamente al ecualizador vertical de forma
independiente.
85
86
Figura 3.3. Ecualizador vertical y COGB en un edificio de varios pisos [06]
4.9.10 Los conductores de los electrodos de puesta a tierra, el conductor neutro y los
ecualizadores deben estar lo más alejado posible de los equipos de telecomunicaciones
sensibles, de ser posible fuera del edificio. En caso contrario, se debe guardar al menos una
distancia de 1,8m entre éstos y los equipos sensibles. Además deben conectarse a la sección
A de la COGB. El neutro también puede conectarse directamente a la arqueta del edificio.
86
87
4.9.11 La barra COGB Principal, deber ser lo suficientemente grande para poder conectar
los equipos y estructuras debidas, además, debe tener perforaciones extra previendo un
crecimiento futuro de la central.
4.9.12 Las barras COGB deben tener por lo menor 0,635cm de espesor y 10cm de ancho.
Debe tener agujeros dobles para cada una de las conexiones, de 0,95cm de diámetro. El
espaciamiento entre cada una de las posiciones para las conexiones debe ser de al menos
1cm. y no se recomienda la perforación de las barras sin antes consultar a un profesional.
4.9.13 En la sección N de la barra deben conectarse aquellos equipos y estructuras que se
encuentren fuera de las áreas de tierra aislada. Las conexiones a esta sección de la barra
previenen las diferencias de voltaje entre los bastidores de los equipos, entre otros, herrajes
y otras superficies metálicas expuestas que podrían ser energizadas.
4.9.14 A esta sección también deben ser conectadas las barras del positivo de las plantas
DC. Esta conexión no es normalmente un conductor portador de corriente directa, se provee
únicamente para la igualación de los niveles de potencial.
4.9.15 La sección I de la barra debe estar lo más alejada posible de la sección P y A,
además, debe tener la mínima variación de voltaje debido a que en esta se conectan las
GWB que aterrizan los equipos electrónicos sensibles de las zonas de tierra aislada.
4.9.16 En la siguiente imagen se ilustra un poco la debida conexión de los elementos
presentes en una central a la barra COGB.
87
88
SISTEMA DE TIERRA DE PUNTO ÚNICO
BARRA MGB (Main Ground Bar)
P
C
A
N
N B L W
G
1
2
I
3
4
1
( GWB = GROUND
WINDOW BAR)
2
GWB
GND
Electronica
en la Red
Tuberías
de Agua
GND
Equipo de
Fuerza y
Distribuidor
D.C.
Interruptor
Principal
Gestión
De Red
Equipo de
Fuerza y
Distribuidor
D.C.
Energía A.C.
Externa
Conmutación
Telefónica
Bastidor
de Baterías
Protección contra
Sobrevoltajes
Transitorios (TVSS)
Bastidor
de Baterías
ZONA
AISLADA
CGB
Radio
Escaleras
Escaleras
Tablero
Principal
A.C.
MicroOndas
Hacia tableros secundarios
y tomacorrientes de A.C.
Racks y
Módem
Equipos
Módem
Radios
Sin
Arrester
Barra
Tierra
Listones
BTL
Pararrayos
de Tx
Estructura
del
Edificio
Regletas
Descargadoras
Distribuidor
Principal
(Listones)
(Zona Aislada)
(Zona No Aislada)
Blindajes y
Arresters de
Coaxiales
Torre de
la
Estación
CCGB
Tierras
Malla
Tierras
Del Edificio
ARQUETA
De Torres
BTP
Barra Tierra
Pantallas
CGB
Blindajes de los
cables telefónicos
Subterráneos
( En el Foso )
Grupo Electógeno
Figura 3.4. Sistema de Puesta a Tierra de Punto Único [14]
88
89
4.10
Parámetros de diseño del sistema ecualizador vertical
4.10.1 Tal y como se mencionó anteriormente, un ecualizador vertical se utiliza en
sistemas de puesta a tierra en edificios de varios pisos. Este proporciona una referencia a
tierra a los PGP de cada piso. A su vez, proporciona una trayectoria de baja impedancia a
tierra para las corrientes de falla, corrientes producto de descargas atmosféricas y
electrostáticas.
4.10.2 El ecualizador vertical debe ser un conductor continuo con un calibre de 750kcmil.
Debe instalarse lo más recto posible, preferiblemente sin que se doble para evitar
obstrucciones, tales como vigas de pisos. En caso de que existan, no deben tener un radio
de curvatura menor a 8 veces el diámetro del conductor.
4.10.3 Los empalmes en el ecualizador vertical diferentes a los realizados por medio de
soldadura exotérmica o conexión por compresión no se permiten.
4.10.4 En el caso de estructuras muy grandes, puede llegar a ser necesario la instalación de
varios ecualizadores verticales, pero para evitar las diferencia de potencial entre ellos, se
deben de unir con un conductor instalado de forma horizontal, con un calibre de 750kcmil
cada tres pisos, sin embargo esta práctica no es muy recomendable debido a la posible
formación de lazos.
4.10.5 El ecualizador vertical debe estar sólidamente sujetado a la estructura de concreto
del edificio, cada 0,3 m o menos, con gasas de doble ojo tanto en tramos verticales como
horizontales.
89
90
4.11
Parámetros de diseño de sistema ecualizador horizontal
4.11.1 En una central, todos los equipos que requieran estar conectados a tierra, sean
conectados al sistema de puesta a tierra del edificio. Debido a la ubicación y distribución de
estos en cada uno de los pisos del edificio, resulta un poco difícil conectar todos a la barra
COGB de su piso respectivo. Por tal motivo, se requieren de extensiones de la barra COGB
para poder aterrizarlos.
4.11.2 El ecualizador horizontal se utiliza como una extensión de la barra COGB.
4.11.3 En grandes edificios, en donde sea necesaria la instalación de extensiones de la
barra COGB, es preferible que se instalen dentro de un radio de 6m, sin embargo se permite
instalarlas dentro de los 30,48m mencionados anteriormente.
4.11.4 Los ecualizadores horizontales se puede unir tanto a la barra COGB como al
ecualizador vertical de forma directa.
4.11.5 Todos los equipos conectados tanto a la COGB como a las extensiones de la misma,
deben estar instalados dentro del área de los 30,48m indicados previamente.
4.11.6 Los ecualizadores horizontales deben de instalarse de forma que su longitud sea lo
más pequeña posible y que tenga la menor cantidad de curvaturas posibles.
4.11.7 Todas las conexiones del sistema ecualizador horizontal deben realizarse con
soldadura exotérmica o conectores entallados.
4.11.8 Los armarios, racks u otro tipo de estructura o superficie metálica que se encuentre
en contacto con algún equipo, deben ser puestos a tierra. Pueden ser conectados tanto a la
COGB como a los ecualizadores horizontales.
90
91
(A) COGB
(B) Ecualizador vertical, 750kcmil
(C) Uniones con un conductor de 750kcmil
(D) Ecualizador horizontal, 750kcmil
(E) Conductor de puesta a tierra
(F) Dirección General de los Ecualizadores horizontales
(G) Unidades que requieren ser puestas a tierra
Figura 3.5. Área de cobertura máxima de una COGB [06]
4.12
Barra de tierra COGB
4.12.1 Tal como se menciono anteriormente, las barras COGB se utilizan para facilitar la
distribución horizontal de los conductores de tierra en centrales de varias plantas.
91
92
4.12.2 Las barras son generalmente montadas en las columnas de un edificio. En caso de
ser montadas en una pared, esta debe ser una pared interior en lugar de una pared externa,
debido a que las descargas atmosféricas golpean en la parte externa de la estructura.
4.12.3 Las barras deben de estar aisladas de las paredes o columnas en las cuales son
instaladas con aisladores de resina. Deben de estar distanciadas de éstas al menos 7cm.
4.12.4 Deben de estar hechas de cobre y suelen ser por lo menos de 10cm de ancho, de
0,635cm de espesor y entre 41cm a 61cm de largo o mayor en caso de ser necesario.
4.12.5 Las barras de tierra de aluminio no están permitidas.
4.12.6 Todas las conexiones a esta barra se harán por medio de terminales de doble ojo y la
barra debe contar con al menos 16 pares de agujeros con 0,95cm de diámetro.
4.12.7 El espaciamiento entre cada una de las posiciones para las conexiones debe ser de al
menos 1cm.
4.12.8 Es recomendable disponer de perforaciones adicionales a las requeridas, para
conectar a tierra equipos que posteriormente pueden llegar a instalarse.
4.13
Sistemas de soporte para los conductores de puesta a tierra
4.13.1 El uso de canalizaciones o conductos cerrados para soportar los conductores de
puesta a tierra de equipos o tierra de seguridad, diferente a la tierra del sistema de
suministro eléctrico de AC no se permiten, ya que limitan la visibilidad a la hora de realizar
una inspección. Solo se permiten cuando estos van a atravesar el piso o una pared, como
mecanismo de protección contra daños físicos. En estos casos, estas deben ser de material
no conductor tal como el PVC (ver artículo 352 del NEC).
92
93
4.13.2 En aquellos casos en que los conductores sean instalados en canalizaciones
metálicas, éstas deben ser aterrizadas a ambos extremos de la misma con un conductor de
calibre No 6 AWG o mayor y con terminales tipo abrazadera.
4.14
Sistemas de puesta a tierra para edificios cercanos
4.14.1 En algunos casos, varios edificios ya sean de carácter temporal o permanente, es
necesario la unión de los sistemas de puesta a tierra de cada uno. El hecho de que si deben o
no unirse los sistemas de puesta a tierra está determinado por el tamaño de la construcción
en relación con el edificio principal, la distancia que hay entre ellos y si los edificios tienen
su propio sistema de suministro de energía AC.
4.14.2 En la sección 250.32 de NEC se indican algunas de las condiciones bajo las cuales
los sistemas de puesta a tierra deben ser unidos. Entre estas están los casos en los que la
nueva construcción, adjunta al edificio principal requiere de su propio sistema de electros
de tierra, sin embargo, cuando estos se encuentren cerca o dentro del área de acción del
sistema de electrodos del edificio principal, deben ser conectados debidamente.
4.14.3 Cuando el edificio complementario está hecho de metal, el metal de la construcción
también debe ser conectada al sistema de electrodos de tierra.
4.14.4 Siempre que tanto el edificio principal como el secundario se encuentren
alimentados del mismo sistema de suministro eléctrico AC, y su vez, se encuentren fuera
del área de protección de un sistema de pararrayos, para evitar una posible descarga
producto de un rayo, generalmente se instalan TVSS.
93
94
4.14.5 Para edificios que son alimentados por servicios AC por separado, los requisitos no
son tan estrictos. El edificio complementario puede tener su propio sistema de electros de
tierra, o pueden utilizar el sistema de electrodos del edificio principal. Esto generalmente se
determina a partir de la distancia que hay entre ellos.
4.14.6 Las interfaces entre cualquier cableado entre las estructuras primaria y secundaria,
deben ser protegidas. Como por ejemplo las líneas de datos que deben de estar protegidas
con supresores de sobrevoltajes transitorios en los puntos de interconexión entre las
estructuras, justo antes de ingresar a la estructura secundaria.
5.
Resistencia a tierra
5.1
Se debe realizar un esfuerzo razonable para cumplir la resistencia a tierra objetivo,
ya que éste es un factor importante en la implementación de un sistema de puesta a tierra a
punto único. La instalación de una puesta a tierra alrededor y fuera del perímetro de la
instalación del edificio es recomendable. Son aceptables otros tipos de campos para tierra
en los cuales la resistencia a tierra objetivo puede ser cumplida.
5.2
La resistencia a tierra combinada los dos absorbedores de sobrecargas principales, el
conductor neutro del sistema de suministro y el sistema de electrodos de puesta a tierra de
la central, debe ser de 5 ohmios o menos al medirse en la barra de tierra principal COGB
Principal. El objetivo de 5 ohmios debe satisfacerse con cualquiera de los dos sistemas a
tierra conectados.
5.3
El establecimiento de un plano de tierra con una baja resistencia puede ser difícil en
ciertos casos. La realización de mediciones de la resistividad del terreno antes de realizar la
94
95
construcción de la central provee una guía para determinar si es posible y conveniente
desde el punto de vista económico obtener la resistencia objetivo de 5 ohmios. Cuando el
valor medido de la resistencia a tierra por si solo sea entre 5 y 25 ohmios, no se
recomiendan esfuerzos adicionales para reducir la resistencia. El trabajo necesario para
reducir la resistencia 1 o 2 ohmios adicionales podría ser bastante oneroso. Cuando la
medición de la resistencia exceda 25 ohmios, se debe realizar un esfuerzo adicional para
reducirla a este valor o menor. Se deben realizar mediciones de resistividad del terreno a
varias profundidades (método Wenner) y ubicaciones alrededor del edificio antes de iniciar
cualquier esfuerzo de reducción. El cálculo de la resistencia anticipada, basándose en los
registros de los resultados de las mediciones, se deberá completar para varias
configuraciones de puestas a tierra y longitudes de electrodos. Los resultados de estos
cálculos indicarán la probabilidad de obtener la resistencia a tierra objetivo.
5.4
La aplicación de un tratamiento químico al suelo es una solución que mejora la
resistividad del terreno. Cuando se utilicen áreas para tierras mejoradas químicamente, se
deberá iniciar un programa de medición de la resistencia a tierra cada 6 meses para
garantizar que aún sean efectivos.
5.5
La resistencia del campo para tierras de la central debe ser determinada previamente
a la selección del equipo específico a ser instalado. Los fabricantes de equipos deben ser
informados acerca de cuándo la resistencia objetivo de 5 ohmios para el campo de tierras de
la central no pueda ser obtenida mediante los métodos establecidos. En los casos en que se
deban tomar medidas extraordinarias para proteger la garantía del equipo.
95
96
6.
Puesta a tierra de sistemas de distribución y de equipos.
6.1
Puesta a tierra de plantas de emergencia AC
6.1.1
Los distintos módulos o superficies metálicas que conforman la plata deben ser
conectados al chasis o estructura metálica de la misma. Esta conexión debe
realizarse con conductores o cintas conductoras, diseñadas para soportar la
vibración generada cuando la planta entra en operación.
6.1.2
Algunas de estas estructuras son las siguientes (se recomienda utilizar conductores
de calibre No 6 AWG):
•
Tanque metálico de combustible, en caso que sea interno
•
Tuberías metálicas de combustible
•
Panel o Gabinete de control AC
•
Tubos de escape o muflas y tubos del radiador
•
Gabinete de la transferencia
•
Mangueras metálicas flexibles de combustible
•
Panel de monitoreo del combustible
•
Otros conductos metálicos que van hacia el exterior de la planta como los conductos
de los ventiladores del radiador
•
6.1.3
Paredes y puertas metálicas de la planta
En caso de que utilicen soportes antivibratorios entre la planta y su estructura de
soporte, ambas estructuras deben ser conectar sólidamente entre sí con un conductor
96
97
resistente a la vibración y con una capacidad de al menos la mitad de la capacidad de los
conductores principales de alimentación.
6.1.4
El chasis o estructura de soporte de la planta debe estar sólidamente aterrizado a la
red de tierra del edifico. Debe estar conectada a la arqueta del edificio. Dicha conexión a
tierra es la primera que debe realizarse a la hora de la instalación y la última que debe
quitarse.
6.1.5
El cable de conexión a tierra debe ser un conductor desnudo con un calibre no
menor al 1/0 AWG y no requiere ser mayor al utilizado en los conductores principales de
alimentación. Sin embargo siempre se deben considerar los requerimientos del fabricante.
6.1.6
En aquellos casos en que para los conductores de alimentación de la planta se
instalen circuitos en paralelo, se debe considerar lo indicado en el párrafo 4.7.11.
6.1.7
Las conexiones realizadas en estos cables, deben realizarse con soldadura
exotérmica y a su vez, estos deben ser lo más cortos y rectos posibles.
6.1.8
En caso de que el depósito de combustible se encuentre fuera de la planta, este debe
ser aterrizado de forma independiente.
6.1.9
La conexión debe ser una conexión efectiva, es decir, antes de hacerla se debe
preparar la superficie. Debe estar libre de pintura o algún otro recubrimiento que afecte la
6.1.10 El conductor de tierra del tanque debe ser al menos un 1/0 AWG desnudo y debe
estar conectado a la arqueta del edificio. Al igual que el conductor de tierra de la planta
debe instalarse de forma que su longitud sea lo más pequeña posible y tenga la menor
cantidad de curvaturas posibles.
97
98
6.1.11 En aquellos casos en que el tanque de combustible se encuentre expuesto o al aire
libre, una vez que el conductor de tierra es instalado, deben ser protegidos con algún
recubrimiento contra la corrosión.
6.1.12 Otras estructuras metálicas cercanas, tales como escaleras, deben ser conectadas a
tierra de forma efectiva.
6.1.13 Cuando la planta se encuentre instalada en un cuarto de generación o casa de
máquinas, fuera del edificio principal, cuya estructura sea en su mayoría metálica, también
debe ser conectada a tierra.
6.1.14 Si hay algún tipo de vaya o malla metálica a menos de 3m o techo con estructura
metálica, deben ser conectadas a tierra, al mismo punto donde se aterrizó la planta o tanque
de diesel, con un conductor no menor al 1/0 AWG.
6.1.15 Cuando el escape o mufla de la planta es más alta que el techo del edificio, puede
tomar el papel de pararrayos de forma no intencionada. En caso que exista un sistema de
protección contra descargas atmosféricas o pararrayos, estos deben ser conectados y en
caso de que no exista se recomienda conectar el escape a la arqueta del edificio con un
conductor con calibre no menor a 1/0 AWG, instalado en el exterior del edificio.
6.1.16 Si la una planta se encuentre conectada al sistema de suministro eléctrico de
corriente alterna por medio de una transferencia, se le considera como un sistema derivado
separadamente. Por tal motivo, debe ser aterrizada considerando las indicaciones de la
sección 250.30 del NEC, referente a este tipo de sistemas.
6.1.17 Las plantas eléctricas cuyo voltaje línea a línea sea de 480V o mayor, debe ser
considerada como un sistema derivado separadamente. En tal caso, el conductor neutro de
98
99
la planta debe ser sólidamente aterrizado. Dicha conexión debe realizarse de forma
continua y con la menor cantidad de curvaturas en el trayecto, el calibre del conductor se
debe determinar a partir de la Tabla 250.66 del NEC. Una segunda conexión debe realizarse
entre el neutro y la estructura metálica de la planta.
6.1.18 Cuando la planta tiene un voltaje línea a línea menor a los 480V, y cuyo conductor
neutro no es conmutado por la transferencia, se permite conectarlo al neutro del sistema de
suministro eléctrico en la barra de neutro de la transferencia.
6.2
Conductos de cables
6.2.1
Todas las estructuras para soportaría de cables como conductos metálicos, ductos y
canastas metálicas, deben ser puestos a tierra. Debido a la dificultad para garantizar la
continuidad eléctrica entre una y otra estructura ya existente, a menos que el fabricante lo
garantice y su instalación haya sido supervisada por profesionales, deben ser
interconectadas entre sí por medio de conductores aislado Nº 6 AWG, cuyas conexiones
deben ser con soldadura exotérmica, por conectores de presión o abrazaderas, siempre que
garanticen una adecuada conexión eléctrica entre este y las estructuras.
6.2.2
Con esto se garantiza que en caso de una eventual falla y lleguen a ser energizadas,
conduzcan la corriente desde el punto de falla hasta tierra. Facilitando la rápida operación
de los dispositivos de protección de sobrecorriente.
6.3
Armarios de distribución de corriente alterna
6.3.1
Para aquellos armarios derivados de otro tablero, como por ejemplo un tablero
secundario derivado de un tablero principal, pueden traer el conductor de tierra desde el
99
100
tablero principal o bien conectarse a tierra desde la barra de tierra más cercana, siempre y
cuando esta se encuentre en el mismo piso, sin embargo esto puede llegar a retardar el
proceso de activación de las protecciones de sobrecorriente.
6.3.2
El calibre debe determinarse con la tabla 250.122 del NEC.
6.3.3
La barra de neutro en los armarios o tableros de distribución de corriente alterna
deben estar aisladas de la estructura del tablero y de la barra de tierra de los mismos.
6.3.4
Se debe tener especial cuidado de que no exista continuidad eléctrica entre el neutro
y tierra a través de estructuras de montaje, terminales de tornillos o por otro medio que
establezca una trayectoria a la barra de tierra del tablero.
6.3.5
En el caso de un tablero de distribución principal, la unión entre el neutro y tierra si
debe de hacerse, esta se conoce como puente de unión principal. El calibre del conductor se
determina a partir de la tabla 250.66 del NEC.
6.3.6
La unión entre el neutro y tierra también puede realizarse en el lado de la carga del
transformador principal del edificio.
6.4
Puesta a tierra de estructuras de equipos
6.4.1
Todas las estructuras metálicas, cajas de fusibles, bastidores, armarios metálicos y
otras superficies metálicas de equipos deben ser puestos a tierra.
6.4.2
Se debe utilizar un conductor con recubrimiento, con un calibre no menor al No 6
AWG.
6.4.3
En casos de que varios bastidores se encuentren instalados en un mismo bloque, se
puede utilizar un único conductor No 2 AWG recubierto, y de este aterrizar cada bastidor
100
101
con derivaciones hechas con cable No 6 AWG recubierto. En el punto de empalme, no se
debe cortar el cable principal, y el cable derivado debe conectarse con soldadura exotérmica
o por compresión.
6.4.4
Todos los puntos de conexión con superficies pintadas, deben ser limpiadas antes de
realizar la conexión, de tal forma que permita el contacto entre las superficies metálicas.
6.4.5
No se deben aplicar agentes antioxidantes para inhibir la corrosión ya que pueden
interferir en la continuidad eléctrica en el punto de conexión.
6.4.6
La conexión a la estructura metálica debe realizarse con terminales de doble ojo de
cobre. La conexión entre la terminal y el cable se debe hacer por compresión.
6.4.7
La conexión de más de una terminal a una misma posición en la barra con un
mismo perno está prohibida.
6.4.8
El cableado de tierra dentro de los bastidores es preferible que se realice con cable
con aislamiento aunque no es necesario.
6.4.9
En aquellos casos en que un bastidor contenga un sistema de distribución, debe
contar con un conductor de tierra dimensionado con la tabla 250.122 del NEC y a la vez se
deben respetar las indicaciones del fabricante tanto de los equipos como de los bastidores.
6.4.10 Cuando el bastidor se encuentre debidamente aterrizado puede utilizarse como
punto de referencia para sistemas electrónicos que así lo requieran.
6.4.11 Algunos sistemas de conmutación viejos y varios tipos de bastidores antiguos están
equipados con barras de cobre como punto de tierra, esta hace contacto eléctrico con las
distintas estructuras metálicas del o de los bastidor/es. Esta barra de tierra forma un plano
de tierra integral para los bastidores que estén conectados a ella y los distintos equipos que
101
102
se encuentren montados sobre los bastidores. Dicha barra debe ser conectada a una barra de
tierra en un único punto.
7.
7.1
Cables que entran a la central
Muchos de los cables que entran a una central de telecomunicaciones se encuentran
expuestos a condiciones de sobrevoltajes, ya sea por efecto de una descarga atmosférica,
por inducción electromagnética, por elevaciones del nivel de potencial de tierra, entre otras.
7.2
Dichos cables deben ser protegidos para evitar que causen daños en los equipos
dentro de la central. En especial los cables de telecomunicaciones que tienen componentes
metálicos como, pantallas protectoras, paredes metálicas.
7.3
Para esto se debe conectar a tierra los componentes metálicos del cable, como las
pantallas metálicas, tuberías de presión de aire que se encuentren expuestas, entre otras.
7.4
En caso de que un sistema de cables tenga partes metálicas expuestas y otras partes no
expuestas deben ser puestas a tierra.
7.5
Los cables que no contienen componentes metálicos, como es el caso de cables de
fibra óptica dieléctrica sin pares metálicos, son considerados como no expuestos y no
requieren ser puestos a tierra al entrar a la central.
7.6
Los componentes metálicos de los cables de fibra óptica exteriores, no deben
prolongarse dentro del edificio más allá del punto de entrada donde deben estar aterrizados
en la barra COGB o a la CGB más cercana posible a la entrada de cables del edificio. Si
esos componentes metálicos se prolongan dentro del edificio, deben ser puestos a tierra en
el equipo donde terminan.
102
103
7.7
Por lo general, los cables entrantes y salientes de telecomunicaciones son instalados
en los distribuidores principales (MDF) de cables. Tanto estos como los cables con partes
metálicas deben ser puestos a tierra en un mismo punto, para evitar cualquier diferencia de
potencial posible.
7.8
Deben estar conectados a tierra lo más cerca posible de la entrada al edificio, a una
distancia no mayor a 15,5m de la misma.
7.9
Las partes metálicas de los cables, tales como las pantallas, deben tener un conductor
de puesta a tierra con un calibre no menor al Nº 1/0 AWG recubiertos, para conectarlos a la
barra exclusiva para las pantallas de cables.
7.10 La barra para las pantallas (BTP), debe ser de cobre. Debe instalarse en la parte
inferior del MDF, aproximadamente 10cm por encima del suelo, debe estar eléctricamente
aislada y extenderse a los largo de todo el distribuidor de cables.
7.11 Los listones deben ser montados directamente en el herraje vertical del distribuidor.
Los ensambles montados en cada herraje vertical deben ser interconectados con un
conductor de cobre Nº 10 AWG o mayor para proveer una ruta de baja resistencia a las
corrientes de sobrecarga.
7.12 Cada grupo vertical de ensamble debe ser conectado a la barra de tierra exclusiva para
los listones (BTL), con un conductor de cobre de calibre Nº 8 AWG con terminal de doble
ojo.
7.13 Los pares de cable entrantes terminados en los listones deben estar protegidos con
módulos protectores.
Estos módulos, los cuales conectan un descargador entre cada
conductor de cable y tierra, limitan efectivamente los potenciales que alcancen los equipos
103
104
de telecomunicaciones. Los módulos deben contener bloques de protección de tipo
semiconductor preferiblemente. El voltaje de ruptura de estos descargadores debe ser
adecuado a los valores recomendados por el fabricante. (Ver recomendaciones UIT-T
FAMILIA K)
7.14 La barra de los listones es una barra de cobre, que al igual que la BTP debe
extenderse a los largo de todo el bastidor.
7.15 Se debe instalar al menos 10cm por encima de la BTP, aislada eléctricamente de la
estructura metálica del MDF, mediante aisladores de resina.
7.16 Ambas barras, la BTP y la BTL deben tener al menos 2,54cm de ancho y 5mm de
espesor.
7.17 Tanto las barras BTP como la BTL y el MDF deben estar conectados a una barra de
tierra CGB lo más cercana posible, con conductores recubiertos de calibre no menor al Nº
1/0 AWG. Ésta barra debe estar conectada directamente al sistema de electrodos de tierra, o
a la arqueta si está presente.
7.18 En el caso del MDF, en el punto de conexión
se debe remover cualquier
recubrimiento del metal como pintura o suciedad antes de realizar dicha conexión, además
se debe realizar una conexión a tierra por cada 10m de longitud del bastidor.
7.19 Todas las conexiones a tierra serán de soldadura exotérmica o conexiones por
compresión, con terminales de doble ojo.
7.20 Los sistemas de ganancia de pares electrónicos (electrónica en la red), deben ser
aterrizados en la sección de productores de la COGB. Los equipos de este tipo deben estar
104
105
ubicados fuera de la zona de tierra aislada, a fin de que no introduzcan descargas
atmosféricas o transientes a los demás equipos sensitivos de la central.
7.21 Las pantallas del cable interno a la central que conecta el Distribuidor Principal con
los bastidores de equipo portador deben estar abiertas en el extremo del Distribuidor
Principal y conectadas a tierra en un punto de la Barra de Tierras CGB de la galería de
cables. Este tipo de conexión a tierra provee protección electrostática.
7.22 Se debe mantener la separación de las secciones de señal de recepción y transmisión
del cable para sistemas portadores T. Esto se puede lograr utilizando una separación por
comportamiento o cables de recepción y transmisión individuales a todo lo largo de la ruta
hasta el ensamble protector en el distribuidor principal. Entre este punto y el equipo
portador la separación se mantiene normalmente mediante el uso de puentes protegidos con
pantalla, cables de transmisión y recepción con pantalla individuales, o cables multipares
con pares protegidos con pantalla individualmente.
7.23 El equipo de conmutación analógica ha tenido generalmente un margen de rigidez
dieléctrica adecuado para soportar más que el máximo del voltaje soportado por los
descargadores de tipo semiconductor. Debido a esto se hace necesario reemplazar los
descargadores existentes cuando se cambia la central analógica por una central digital
electrónica según el valor del fabricante.
105
106
8.
Puesta a tierra de sistemas transmisión, radio, microondas y fibra
óptica
8.1
Pararrayos
8.1.1
Las torres de microondas o de radio ubicadas en o muy cerca de los edificios de las
estaciones de telecomunicaciones, demandan medidas de protección especiales [14]. Su
altura y conductividad aumentan la probabilidad del impacto directo de un rayo.
8.1.2
Se deben instalar pararrayos en las torres que cumplan con las especificaciones
mínimas necesarias para que garanticen un adecuado cono de protección que incluya las
edificaciones adyacentes a la torre, así como garantizar un bajante de pararrayos con una
impedancia no mayor a 10 ohmios por metro lineal y una inductancia no mayor a 40 nH/m.
Dicho sistema de protección debe diseñarse bajo los distintos estándares internaciones
correspondientes, como lo son la norma IEC 61024-1 y la sección 250.106 del NEC.
8.1.3
Por ejemplo, para una torre con una altura menor o igual a 40 metros se debe
instalar un pararrayos puesto a tierra sólidamente mediante un bajante con un conductor Nº
2/0 AWG. [16]
8.1.4
Se debe garantizar la unificación del nivel de potencial del bajante del pararrayos y
la estructura de la torre para prevenir arcos eléctricos laterales originados por la ruptura del
dieléctrico del aire entre estos, mediante la unión física entre el bajante y la estructura de la
torre.
8.1.5
Los soportes del bajante del pararrayos deben ser de acero inoxidable o en su
defecto deben ser galvanizados en caliente, debidamente pintados con anticorrosivo. Su
106
107
ubicación debe ser tal que permita la trayectoria del bajante del pararrayos por el borde
interno de la torre a fin de que no limite la ubicación de antenas. Deben instalarse a los
largo de toda su trayectoria hasta tierra, preferiblemente cada 30cm en trayectorias
verticales o 90cm en trayectorias horizontales. [05]
8.1.6
Los conductores bajantes deben de estar protegidos contra daño mecánico con un
conducto apropiado por lo menos hasta una altura de 2,4m sobre el nivel de la base de la
torre.
8.1.7
En caso de que estas torres se encuentren instaladas sobre la azotea del edificio
principal, los conductores bajantes deben integrarse con el sistema de pararrayos del
edificio. Los conductores bajantes del sistema de pararrayos deben extenderse
externamente al edificio hasta la arqueta del sistema de puesta a tierra.
8.2
Sistema de electrodos de puesta a tierra
8.2.1
El pararrayos de la torre debe poseer su propia malla de puesta a tierra, con un valor
de resistencia no mayor a 5 ohmios, esta medida debe ser hecha aislada del resto de las
tierras de la estación.
8.2.2
Dicho sistema debe cumplir con los mismos requerimientos tanto constructivos
como en materiales que los de los sistemas de electrodos de tierra para la central, descritos
en las secciones de la 4.1 a la 4.4.
8.2.3
Dicho sistema de electrodos puede componerse de un anillo de tierra que se
extiende por debajo de la torre, con varillas de tierra, conectadas tanto al anillo como a los
cuatro soportes de la torre. Dicho anillo debe cumplir con lo indicado en la sección 4.2.4.
107
108
8.2.4
Se recomienda que el diámetro de las varillas no sea menor a 1,27cm y una longitud
de 2,4m. sin embargo, la norma IEC 61024-1 indica una serie de valores para las longitudes
de las varillas en función del nivel de protección deseado y la altura a la que se instalan las
terminales aéreas del pararrayos.
8.2.5
Es preferible que estas varillas se instalen en intervalos de 3m a 5m.
8.2.6
En cuanto al material deben ser de cobre sólido, acero recubierto de cobre, acero
galvanizado o acero inoxidable. [05].
Figura 3.6. Sistema de electrodos de tierra en una torre de radio. [06]
108
109
8.2.7
El sistema de electrodos de tierra de la torre de radio debe estar unido al sistema de
electrodos de la central, tal y como lo indica la sección 250.106 del NEC, para mantener un
sistema de puesta a tierra integral y minimizar al máximo las posibles diferencias de
potencial entre ellos. Dicha conexión entre los sistemas de electrodos debe realizarse con
conductores con la capacidad apropiada, sin embargo, en algunos casos se recomienda
utiliza un conductor de igual calibre al utilizado para los conductores bajantes, o varios
conductores de menor calibre en paralelo. [05].
8.2.8
Cuando se instalan torres de metal, se deben seguir con cuidado los procedimientos
adecuados para ponerlas a tierra, para evitar daños en las bases de la torre producto de una
descarga atmosférica. Ya que si una corriente de rayo se ve obligada a descargar a tierra a
través de las bases de concreto, el hormigón puede convertirse en un súper calentador y
puede explotar, debido a la alta presión de los gases generados por la evaporización de la
humedad del concreto.
8.2.9
Las conexiones en el anillo de tierra deben hacerse con soldadura exotérmica
siempre que vayan bajo tierra. Las conexiones que van sobre el suelo además de la
soldadura exotérmica, puede utilizarse conectores por compresión, siempre que se haga con
las herramientas apropiadas y con conectores adecuados para cable sólido.
8.2.10 En caso de que la torre de radio se encuentre instalada en la azotea del edificio,
también debe instalarse el anillo de tierra que interconecta sus soportes, este debe cumplir
con los mismos requerimientos y debe instalarse sobre el techo de la estructura.
8.2.11 Dicho anillo debe conectarse con los conductores bajantes del sistema de pararrayos
del edificio, en dos puntos diferentes, con conductores de cobre desnudos Nº 2 AWG o
109
110
mayor, a una distancia hacia abajo no mayor a 60cm del punto de conexión de los
conductores bajantes con el anillo de las terminales aéreas de sistema de pararrayos
8.2.12 Otros objetos metálicos ubicados en el exterior del edificio (tales como mallas
metálicas, tuberías, unidades de aire acondicionado y otras estructuras conductoras que
pudieran ponerse en peligro debido a un exceso de tensión y de arcos eléctricos durante una
descarga atmosférica) deben ser puestos a tierra. [06].
8.2.13 En caso de que otros objetos metálicos se encuentren instalados en el techo, con
conexiones con hacia el interior del edificio como unidades de aire acondicionado, deben
estar aterrizadas con un conductor de cobre no menor al Nº 6 AWG, conectado al anillo del
sistema de pararrayos.
8.2.14 Tal es el caso de una malla tipo ciclón en las localidades donde exista torre de
transmisión, para minimizar los efectos de la inducción electromagnética en caso de una
descarga, se deben aterrizar mediante conductores Nº 4 AWG y un electrodo de al menos
1,5m de longitud, debidamente enterrado, cada 12m lineales o menos, instalados en los
tubos que soportan la malla. Esto se debe hacer mediante soldadura exotérmica. Asimismo
se debe asegurar la continuidad del anillo de la malla estructural y su debida igualación de
potencial con el resto del sistema de puesta a tierra del edificio, conectándose a la arqueta
con un conductor no menor al 1/0 AWG desnudo. [16].
8.2.15 Es importante para la protección del equipo de la instalación de telecomunicaciones
que el sistema de puesta a tierra de la torre sea conectado al sistema de puesta a tierra de la
central. Esta conexión debe realizarse fuera del edificio. De esta manera un impacto
110
111
directo a la torre será desviado hacia el sistema de puesta a tierra en vez de hacia los
equipos de la central de telecomunicaciones.
8.3
Guías de onda y cables coaxiales
8.3.1
Se debe instalar un conductor para la puesta a tierra de las guías de onda y herrajes
de las antenas en al menos 2 puntos diferentes a lo largo de la torre, preferiblemente en la
parte superior y en la parte inferior de la torre. Este conductor bajante debe estar conectado
a una barra de tierra debidamente aislada de su soporte, para la conexión a tierra de las
guías de onda y estructuras de las antenas.
8.3.2
Este bajante debe estar unificado a nivel de suelo (0,76 m como mínimo por debajo
del terreno) a la malla de puesta a tierra de la torre. El bajante debe estar aislado de la torre
mediante elementos aislantes con un valor de aislamiento de 1kV al menos.
8.3.3
En la norma NFPA 780 se indican conexiones a tierra adicionales tal es el caso de
torres cuya altura es mayor a los 61m.
8.3.4
Cuando se utilizan soportes o canalizaciones metálicas para soportar las guías de
onda, los cables coaxiales entre la torre y el edificio, y el conducto de acceso de los cables
al edificio en caso de ser metálico deben ser aterrizadas justo antes de entrar al edificio. Los
conductores entrantes deben aterrizarse con conductores de calibre Nº 6 AWG y el
conducto con un conductor Nº 2 AWG.
8.3.5
Los conductores entrantes y sus estructuras de soporte se pueden aterrizar al
conducto de acceso en caso de que no allá un sólido contacto eléctrico entre estos o también
se pueden aterrizar al anillo de tierra de la torre o al sistema de pararrayos cuando se
111
112
encuentra en el techo del edificio o al anillo de la torre o al sistema de electrodos de tierra
del edificio cuando la torre se encuentra instalada en el suelo.
8.3.6
El conducto de acceso debe ser aterrizado al anillo de tierra de la torre o al sistema
de pararrayos cuando se encuentra en el techo del edificio o al anillo de la torre o al sistema
de electrodos de tierra del edificio cuando la torre se encuentra instalada en el suelo.
8.3.7
Estas conexiones entre cables de tierra no deben realizarse por compresión, debido a
que este tipo de conexiones tiene a acumular humedad. acelerando el proceso de oxidación.
Deben realizarse con soldadura exotérmica y sus terminales deben ser terminales planas de
doble ojo, con soldadura exotérmica y además, debe de utilizarse un recubrimiento
resistente al calor para retardar los efectos de esta.
8.3.8
Otro método, para conectar a tierra el conducto de acceso, las guías de ondas,
estructuras de soporte entre otros es conectarlos a una barra instalada debajo de los
conductos de acceso denominada CCGB. Luego esta barra debe estar conectada al sistema
de electrodos de la torre o del edificio o al anillo de tierra del pararrayos o al de la torre en
caso de estar instalada en el techo del edificio.
8.3.9
Cuando se instala en el techo del edificio, esta barra debe instalarse 76cm por
debajo del conducto de acceso de cables, en caso de que la torre esté sobre el suelo, debe
instalarse a 60cm por debajo del conducto de acceso de cables. [13].
112
113
Figura 3.7. Conexión a tierra de cables que entran al edificio. [06]
8.4
Puesta a tierra de sistemas de transmisión
8.4.1
Anillo interno de tierra
8.4.1.1 El anillo interno de tierra consiste de un conductor aislado de calibre no menor al Nº
2 AWG, instalado en el perímetro de la zona de los equipos que se desean proteger.
8.4.1.2 Debe estar conectado al sistema de puesta a tierra del edificio, por medio de una
barra de tierra intermedia CGB instalada en la sala de interés hasta la sección P de la
COGB más cercana del piso correspondiente.
8.4.1.3 Todos los objetos metálicos ubicados dentro de la zona de protección del anillo
deben ser conectados a este.
113
114
8.4.1.4 En el caso de conductos metálicos con uniones atornilladas, debido a que no
siempre presentan una buena conductividad eléctrica, todas las uniones del conducto deben
ser conectadas con un conductor Nº 6 AWG.
8.4.1.5 Para la conexión de los distintos equipos dentro del área de protección del anillo y
para obtener conductores de puesta a tierra de equipos con la longitud más pequeña posible,
se permite la instalación de anillos suplementarios. Estos se ubicarán según la necesidad e
irán de un extremo a otro del anillo principal. Deben ser de un calibre igual al calibre de
los conductores que forma el anillo.
8.4.1.6 Las conexiones en el anillo interno se deben hacer por compresión con conectores
paralelos o con soldadura exotérmica.
8.4.1.7 Es recomendable instalar el conductor en la pared, soportado con bandas de nylon
aproximadamente cada 60cm, tal y como se muestra en la figura.
Figura 3.8. Anillo interno principal y anillos internos suplementarios.
114
115
Figura 3.9. Conexión entre el anillo interno principal un anillo internos
suplementarios. [06]
8.4.1.8 Cuando existan bastidores o canalizaciones, las cuales pueden usarse como soporte
para el anillo, no será necesaria la instalación de los soportes en las paredes.
8.4.1.9 Cuando se instalan anillos internos suplementarios se deben evitarse los empalmes
innecesarios.
8.4.1.10 Si se utiliza un conductor sólido para el anillo de tierra interno, puede ser
segmentado sólo si los segmentos se unen con soldadura exotérmica o un conector por
compresión adecuado.
8.4.1.11 Para reducir al mínimo la incidencia de impedancias y de arcos eléctricos, el
anillo de tierra interno se debe instalar con la menor cantidad de curvaturas posible. En caso
de ser necesaria una curvatura en la instalación, esta debe hacerse con un radio de curvatura
no menor a 8 veces el diámetro del conductor utilizado tal y como lo indica la sección
300.34 del NEC.
115
116
8.4.1.12 El anillo de tierra interno debe estar instalado de tal forma que pueda hacerse una
inspección visual fácilmente, por tal motivo, se debe evitar el uso de conductos cerrados
para instalarlos.
8.4.1.13 En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de este tipo de instalaciones,
propuesto por la QWEST en su publicación 77355.
Notas:
Soldadura exotérmica o
1. ____ Conductor #2 AWG 2.
compresión
3.
Conexión a tierra #6 AWG
4.
Radio de curvatura mínimo 30,48cm.
Figura 3.10. Anillo de tierra típico en una estación de microondas. [06]
116
por
117
8.4.1.14 Las conexiones al anillo interno de las superficies metálicas que así lo requieran
se deben hacer con un conductor de calibre Nº 6 AWG. La terminal que se conecta a dicha
estructura debe ser una terminal plana de doble ojo, mientras que el otro extremo debe
empalmarse al anillo por compresión o soldadura exotérmica, sin interrumpir la
continuidad del anillo.
Figura 3.11. Conexión de estructuras metálicas al anillo interno de tierra. [06]
8.4.1.15 Los anillos de tierra internos suplementarios pueden ser instalados sobre los
bastidores de los equipos, o sobre las canalizaciones de cables o estructuras similares de
cables de suministro de los bastidores.
117
118
8.4.1.16 Los anillos suplementarios requieren de puntos de apoyo en intervalos de no más
de 4,6m. Cuando un anillo sea instalado sobre un bastidor, es recomendable la utilización
de pinzas del tipo universal para evitar la perforación de estos.
8.4.1.17 Se deben instalar soportes suplementarios en intervalos de 60cm a lo largo del
canal de instalación del anillo suplementario.
8.4.1.18 Cuando los bastidores de cable no están disponibles para el apoyo de los
conductores del anillo de tierra interno suplementario, se pueden instalar estructura
metálicas para soportarlos. Dicha estructura debe ser conectada a tierra con un conductor
Nº 6 AWG en sus extremos y en intervalos de 4,6m en caso de que su longitud sea mayor a
6m. Se recomienda que dicha conexión se haga en un punto de perforación para la
instalación de las pinzas de soporte.
Figura 3.12. Instalación de los soportes del anillo interno suplementario. [06]
118
119
8.4.1.19 En lugar de los anillos de tierra suplementarios se puede utilizar una pequeña
barra de cobre en la cual se pueden aterrizar los distintos bastidores o equipos cercanos.
Con esto se le permite al sistema de puesta a tierra la posibilidad de ser modificado
fácilmente, de cambiar equipos o sus ubicaciones, sin la necesidad de cambiar toda la
instalación de puesta a tierra.
8.4.1.20 Dicha barra de tierra debe cumplir con las mismas indicaciones para las barras de
tierra principales, con la diferencia que su longitud se determina según la cantidad de
conexiones que se consideren necesarias.
8.4.1.21 Las unidades eléctricas y mecánicas que no se puedan clasificar como armarios,
bastidores o estantes, tales como alternadores, depósitos de combustible, unidades de
presurización de aire, unidades de alarma y estructuras similares requieren ser puestas a
tierra. Dichas conexiones deben realizarse con terminales planas de doble ojo.
8.4.1.22 Las unidades similares asociadas con calefacción, aire acondicionado y distintas
estructuras metálicas como muebles o estantes metálicos entre otras deben ser conectadas a
tierra.
8.4.2
Estructuras metálicas externas que atraviesan el anillo
8.4.2.1 Muchos conductos, tuberías y conductos de aire, inevitablemente se instalan a
través del área delimitada por el anillo de tierra interno y por lo general, en una central,
estas instalaciones se extienden más allá del área de protección del anillo, pasando por otras
áreas o pisos con otros equipos de comunicación o instalaciones del edificio.
119
120
8.4.2.2 En la mayoría de los casos, estos objetos son metálicos y presentan una buena
continuidad eléctrica en las conexiones o en las articulaciones.
8.4.2.3 Cuando estos objetos terminan en unidades de almacenaje como armarios, ubicados
dentro del anillo de tierra interno, deben estar adecuadamente conectados a tierra.
8.4.2.4 Si el conducto está aislado de la estructura metálica de la unidad a la que está unido,
dichas conexiones deben realizarse cada 4,6m. En caso de que estuviese aislado, dichas
conexiones debe realizarse a no más de 9,2m.
8.4.2.5 Es recomendable que las terminales de los cables de conexión a tierra para los
conductos y tuberías que se vayan a utilizar sean del tipo abrazadera, a las cuales se les
debe dar un mantenimiento periódico.
8.4.2.6 En los puntos de discontinuidad en los conductos, canalizaciones, tuberías, se deben
unir los puntos de discontinuidad con un conductor Nº 6 AWG.
8.4.2.7 Cuando conductos, tuberías, o unidades de apoyo similares apoyados por encima de
los bastidores o equipos, cada uno debe ser puestos a tierra. Preferiblemente al sistema de
tierra periférico al anillo de interno con un conductor de calibre Nº 6 AWG o mayor.
8.4.2.8 Aquellos sistemas eléctricos que no sean sistemas de transmisión de radio,
microondas, fibra de vidrio, etc. que se encuentren instalados en la misma sala, dentro del
área de protección del anillo de tierra interno, se consideran adecuadamente protegidos al
conectarlos a dicho anillo a excepción de que dichos equipos requieran instalarse en un
plano de tierra aislado.
120
121
8.4.3
Puesta a tierra de Antenas Celular e Internet inalámbrico
8.4.3.1 Por lo general, antenas del servicio celular e Internet inalámbrico, se encuentran
expuestas a ser golpeadas por una descarga atmosférica. Por tal motivo, es indispensable la
instalación de un adecuado sistema de pararrayos.
8.4.3.2 Un inadecuado sistema de pararrayos puede causar daños en equipos, interrupciones
del servicio y lesiones en el personal que opera dichos equipos.
8.4.3.3 En la publicación “Qwest Wireless PCS Site Guidelines, Specifications, and Design
Details document”, se detallan claramente las distintas directrices correspondientes a la
puesta a tierra para antenas inalámbricas PCS, aplicables a antenas inalámbricas de celular,
telefonía fija inalámbrica, antenas de radio entre otras.
8.4.3.4 Las antenas monopolares utilizadas en estas aplicaciones resultan ser excelentes
terminales aéreas para descargas atmosféricas, por tal motivo se requiere de un sistema de
pararrayos correctamente diseñados e instalado, el cual debe estar integrado con el sistema
de puesta a tierra de las torres, las guías de ondas y demás objetos metálicos cercanos.
8.4.3.5 En cuanto a los cables entrantes al edificio, se requiere que lo hagan a través de
conductos de acceso similares a los descritos anteriormente para las guías de onda.
8.4.3.6 Para la puesta a tierra de este tipo de antenas, se deben seguir cuidadosamente las
especificaciones dadas del fabricante y mantener en todo momento un sistema de puesta a
tierra integral.
121
122
8.4.3.7 Por lo general estas antenas se aterrizan con un conductor no menor al Nº 2 AWG a
un anillo de tierra cercano, ya sea el de la torre o el del sistema de pararrayos, también
pueden estar conectados a las barras CCGB.
8.4.3.8 Dichas conexiones deben realizarse en todo momento con soldadura exotérmica.
8.4.3.9 En caso de que tengan sus propios sistemas de electrodos de tierra, estos deben estar
unidos a los sistemas de electrodos de tierra de la central.
Figura 3.13. Puesta a tierra en antenas monopolares. [06]
122
123
9.
Puesta a tierra de sistemas de electrónicos sensibles
9.1
Principios de un plano de tierra aislada o tierra dedicada
9.1.1
Un plano de tierra aislado es aquel el cual está conectado a un único punto de
referencia de tierra. Además, no hace contacto con ningún otro punto del sistema de puesta
del edificio.
9.1.2
Durante una descarga eléctrica o condición de falla en la red de suministro o los
sistemas DC, ninguna corriente de falla puede fluir hacia el plano de tierra aislado debido a
que se encuentran conectados en un único punto.
9.1.3
La mayoría de los equipos de conmutación requieren de un plano de tierra aislado.
Sin embargo, otros equipos de conmutación no requieren de estos, todo depende de las
indicaciones del fabricante.
9.1.4
En caso que este dato no se conozca, se debe asumir que dichos equipos de
conmutación tanto analógicos como digitales, requieren de un plano de tierra aislado.
9.2
Conexión a tierra de bastidores y estructuras
9.2.1
Los grupos de bastidores u otras estructuras metálicas dentro del plano de tierra
aislado pueden interconectarse unos con otros y a su vez, estos con otros grupos de
bastidores. Objetos metálicos como conductos de cables, pantallas metálicas entre otras
pueden ser utilizados para la interconexión de los distintos grupos de bastidores dentro del
plano de tierra aislada.
123
124
9.2.2
Para la interconexión de los bastidores puede utilizarse tanto la forma radial como
en serie, las cuales evitan la formación de lazos.
Figura 3.14. Conexión de bastidores en zonas de tierra aislada. [06]
9.2.3
Todas estas conexiones deben hacerse a la Barra Ventana de tierra GWB, la cual a
su vez está conectada a la sección I de la barra COGB del piso respectivo.
9.2.4
A la hora de interconectar los bastidores se debe tener cuidado que no se vayan a
formar lazos entre ellos, principalmente cuando se utilizan conductos metálicos para
unirlos. Ya que en una eventual condición de falla la corriente podría fluir entre un bastidor
y otro y no directamente a tierra.
9.2.5
Las conexiones entre los bastidores debe realizarse con conductores de calibre no
menor al Nº 6 AWG de cobre preferiblemente recubierto.
9.2.6
Para la conexión entre cables se pueden utiliza conectores por compresión.
9.2.7
La conexión del conductor de tierra a los bastidores debe realizarse con terminales
planas de doble ojo y la superficie debe ser limpiada de cualquier recubrimiento protector
124
125
como pintura, para asegurar una buena conductividad eléctrica y luego se debe tratar con un
agente antioxidante.
9.2.8
En algunos casos, los fabricantes ponen a disposición en los bastidores barras de
cobre con un cordón trenzado para aterrizarlo o simplemente el cordón conectado a la
estructura metálica del mismo. Este debe tener una sección transversal igual o mayor a la de
un conductor Nº 6 AWG de cobre.
9.2.9
Los conductores de puesta a tierra de las estructuras de los equipos y equipo de
alimentación, bastidores para cables, esferas de puesta a tierra para el control estático,
placas de descarga, equipo de transmisión y las conexiones a tierra de cualquier otro equipo
de la Zona de Tierra Aislada que obtenga su alimentación de la planta de energía principal,
deben también ser conectados a la GWB. Se deberá cumplir con cualquier recomendación
especial establecida por el fabricante del equipo.
9.2.10 Se deben seguir las instrucciones dadas por el fabricante sobre la puesta a tierra a
puesta de la terminal positiva de los bancos de baterías o de las barras positivas de las
plantas DC.
9.2.11 Los conductores AC, incluyendo los conductores de tierras de los tomacorrientes de
120V AC y todo el equipo periférico conectado en forma directa, ubicado en la zona de
tierra aislada, deben ser integrados al sistema de tierra del edificio a través de la GWB.
9.2.12 Los bastidores metálicos pueden estar aislados de los pisos de concreto y acero de
refuerzo o podrían estar conectados a ellos.
9.2.13 Las terminales de tierra de los tomacorrientes AC, presentes en las zonas de tierra
aislada deben estar integradas al plano de tierra aislada. Además, no se debe remover bajo
125
126
ninguna circunstancia dicha terminal de tierra de las extensiones de tres pines, para la
alimentación de equipos como computadoras, con adaptadores de dos pines.
9.2.14 Se debe tomar toda medida de precaución posible para garantizar la integridad de la
Zona de Tierra Aislada. No se permitirá que puestas a tierra entren en contacto con equipo
alguno dentro de la Zona de Tierra Aislada que no lo sea a través de la Barra Ventana a
Tierra con excepción de lo que pueda ser indicado por el fabricante del equipo.
9.2.15 El tamaño de los conductores a tierra de equipos se debe ajustar a lo indicado por el
NEC y a lo dispuesto por los proveedores de los equipos. En ningún caso, el conductor de
tierra para un sistema DC debe ser menor que un conductor Nº 6 AWG o equivalente.
9.2.16 Los conductores de tierra de bastidores y distintas estructuras metálicas pueden ser
desnudos o aislados, sin embargo es preferible que sean aislados. Los demás conductores
deben ser aislados.
9.2.17 Los conductores con escudos metálicos descubiertos no pueden utilizarse como
conductores de puesta a tierra de equipos.
9.3
Barra Ventana de Tierra (GWB)
9.3.1
La GWB debe ubicarse dentro de la zona de tierra aislada y a su vez estar ubicada
dentro del área de cobertura de la COGB.
9.3.2
Todas las conexiones a tierra desde los equipos, bastidores, conductos,
canalizaciones de cables, la armadura de los cables blindados, y los cables de tierra
asociados a estas superficies deben ser conectadas a tierra en la GWB.
9.3.3
La GWB debe estar aislada de su soporte.
126
127
9.3.4
Se deben conectar a la barra de tierra principal del piso respectivo (COGB) con un
conductor siguiendo la ruta más directa posible. Este conductor debe ser cobre con un
calibre Nº 2/0 o mayor. La utilización de conductores paralelos con fines de redundancia es
aceptable de ser requerido por el fabricante.
9.3.5
Las dimensiones de la GWB deben ser las mismas a las de la COGB.
9.3.6
Los conductores terminados en la Barra Ventana a Tierra deben ser identificados
apropiadamente.
9.3.7
Para verificar si un plano de tierra aislada se ha establecido correctamente, se
recomienda antes de realizar la conexión entre la barra COGB y la GWB, hacer una prueba
de la resistencia de aislamiento entre el plano de tierra aislado y el sistema de tierra integral
del edificio. Dicha prueba debe arrojar resultados del orden de los 100 000 ohmios cuando
se aplican 500V DC.
9.4
Fuentes de alimentación de corriente directa
9.4.1
Todas las fuentes de alimentación de corriente directa que alimentan equipos dentro
de un plano de tierra aislada, deben estar conectados a tierra en un único punto.
9.4.2
La terminal de retorno, por lo general la barra terminal positiva, de una fuente de
energía DC, debe ser puesta a tierra con un conductor de cobre a la barra GWB asociada al
plano de tierra aislada en el que se encuentra.
9.4.3
En todo momento se deben considerar las indicaciones del fabricante.
127
128
9.4.4
En caso que este no indique dicho calibre puede seleccionarse a partir de lo indicado
en la siguiente tabla, en la que las corrientes corresponden a la capacidad de las
protecciones.
Tabla 3.1. Calibre del conductor de tierra de plantas DC. [02]
Corriente
Menos de 30A
30A – 100A
100A – 400A
400A – 800A
Más de 800A
9.4.5
Calibre
#10
#6 - #2
1/0 – 4/0
350kcmil
750kcmil
Además se deben considerar las limitaciones en cuanto a las longitudes de los
cables debido a la resistencia. Ver tabla 3.2.
9.4.6
Otras fuentes de energía externas DC que sirven cagas dentro del plano de tierra
aislada, de deben conectar a tierra únicamente en la GWB. Otras necesidades para la puesta
a tierra de fuentes DC se indican en la sección 250.160 del NEC.
9.4.7
El conductor de retorno de la fuente de DC no bebe considerarse como un
conductor de puesta a tierra. Además, sus gabinetes deben ser conectados a la GWB con un
conductor de calibre no menor al Nº 1/0 AWG de cobre.
9.5
9.5.1
Fuentes de alimentación de corriente alterna
Todas las fuentes de alimentación AC derivadas separadamente deben cumplir
con los requerimientos de la sección 250.30 del NEC.
9.5.2
Por motivos de seguridad todos los componentes utilizados en la red de
distribución de energía que suplen sistemas dentro de un plano de tierra aislada deben estar
128
129
certificados por estándares de seguridad internacionales, como el Underwriters Laboratory
(UL) y a la vez estar en conformidad con el NEC.
9.5.3
Las canalizaciones y conductos de cables que portan los circuitos ramales que
sirven cargas dentro del plano de tierra aislada, deben ser metálicos y tener continuidad
eléctrica en todo su trayecto para poder conectarlos a tierra de forma efectiva.
9.5.4
Los conductores tierra de equipos de corriente alterna deben ser de color verde
y estar debidamente identificados.
9.5.5
Todos los conductores de tierra y conductos metálicos asociados con la fuente
de alimentación de AC externa que alimenta cargas en el plano de tierra aislado, deben ser
conectados a tierra en la barra GWB.
9.6
Efectos de inducción
9.6.1
Los efectos por inducción dentro del plano de tierra aislada deben ser reducidos al
mínimo, por tal motivo debe evitarse la formación de espiras con los conductores de puesta.
9.6.2
En especial con los conductores de tierra de las barras positivas de los distribuidores
de las plantas de corriente directa.
9.6.3
Las guías de onda, cables coaxiales entre otros que provengan de las antenas del
edificio, las canalizaciones o conductos de cables de otros sistemas, deben ser instalados a
no menos de 90cm de los límites de la zona de tierra de aislada.
129
130
10.
Terminación, enrutamiento y dimensionado del conductores para
puesta a tierra
10.1
Los conductores de tierra deben instalarse en trayectos lo más recto posible. En caso
que sea necesario cambiar su dirección, debe hacerse poco a poco, con un radio de
curvatura mínimo de 8 veces el diámetro del conductor utilizado, tanto en el interior como
en el exterior del edificio.
10.2
Los conductores de tierra deben instalarse se forma que se puedan realizar
inspecciones visuales de ellos con facilidad, además deben ser accesibles.
10.3
Según la sección 250.134 del NEC, los conductores de puesta a tierra de equipos
deben ser instalados en la misma canalización o conducto en el que se instalaron los
conductores del circuito para cancelar los campos magnéticos creados alrededor de cada
uno cuando se presenta una condición de falla. Ya que el flujo magnético que se cancela es
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
10.4
Cuando los conductores se instalan a grandes distancias, la impedancia de la
trayectoria a tierra aumenta y retrasa la operación de los dispositivos de protección de
sobrecorriente.
10.5
En sistemas DC, se permite que el conductor de puesta a tierra del equipo sea
instalado por separado de los conductores del circuito debido a que la frecuencia es cero, la
impedancia también lo es, solo la resistencia propia de los conductores u otros objetos que
formen parte de la trayectoria a tierra. (Sección 250.134(B) excepción 2 del NEC).
130
131
10.6
Cuando las canalizaciones o tuberías utilizadas, son metálicas y tienen una buena
continuidad eléctrica, se permite que ellos funcionen como conductor de tierra del equipo.
En casos donde dichos conductos no son metálicas, como el PVC, es necesaria la
instalación de un conductor como conductor de tierra.
10.7
La sección 250.118(5) del NEC indica que bajo ciertas condiciones se permite
utilizar conductos flexibles como conductor de tierra de equipo si dicho conducto está
certificado y aprobado para dicha función, si cuentan con la ampacidad necesaria y los
conectores aprobados para la puesta a tierra. Ya que en condiciones de falla, si no cumple
con estos requerimientos puede llegar a romperse e interrumpir la trayectoria a tierra, lo
cual es un riego para las personas y equipos.
10.8
Los conductores de tierra que se encuentren asociados con conductores retorno o
neutro no deben instalarse en conductos metálicos.
10.9
Los conductores que atraviesa el piso de un edificio se debe utilizar ductos no
metálico de protección para atravesar la estructura, además para evitar daños mecánicos y
protegerlos en caso de incendios.
10.10 Los conductores de tierra de sistemas DC, pueden instalarse unos al lado de otros
siempre y cuando se mantengan visibles. Siempre y cuando el fabricante de alguno de los
equipos especifique lo contrario.
10.11 Cuando se realicen empalmes en conductores de tierra, dicha conexión debe
realizarse de forma el conductor empalmado se dirija hacia tierra o a un punto de tierra más
cercano, como una barra. Como por ejemplo un conductor de tierra de equipo conectado al
anillo de tierra interno.
131
132
Figura 3.15. Conexiones entre cables.
10.12 Todos los conductores de tierra de equipos deben ser aislados e identificados con un
color verde. El tamaño de estos se calculará con base a la tabla 250.66 de NEC para los
conductores de electrodos de puesta a tierra y con la tabla 250.122 para el conductor de
tierra de equipos.
10.13 Cuando se requieran hacer ajustes en los conductores de fase por caídas de tención,
se debe ajustar el calibre del conductor de puesta a tierra de forma proporcional al de los
conductores de fase.
10.14 Cuando se instalan varios circuitos en un mismo conducto, el conductor de puesta a
tierra puede calcularse a partir de la capacidad de la mayor de las protecciones de
sobrecorriente y no de la capacidad combinada de todos los circuitos, ya que no se prevé
que todos los circuitos fallen al mismo tiempo. (250.122 parte (C))
132
133
10.15 Para circuitos que alimentan motores, el conductor de tierra de equipo puede
calcularse a partir de la capacidad de la protección de sobrecarga del motor, siempre que el
calibre resultante sea mayor al dado por la tabla 250.122.
10.16 Cuando un sistema de alimentación sea dividido en circuitos en paralelo, instalados
en conductos distintos, se permite que el conductor de puesta a tierra de equipo también se
instale en paralelo, sin embargo, su calibre no puede dividirse como se hace con los
conductores de fase y el neutro.
10.17 En algunos casos es recomendable aumentar los calibre mínimos dados por la tabla
250.122, con la finalidad de cumplir con lo estipulado en la sección 110.10 que establece
que la impedancia total del circuito, los dispositivos de protección de sobrecorriente, la
capacidad de corriente de cortocircuito y otras características del circuito deben coordinarse
de tal manera que no causen ningún daño a personas y componentes eléctricos del circuito
bajo condiciones de falla.
10.18 En aquellos casos en que los dispositivos de protección no son las adecuadas de
acuerdo con la capacidad de cortocircuito del sistema y el tiempo disponible de disipación
de la falla, es necesario aumentar el calibre de los conductores de conexión a tierra. Otra
opción para solucionar este problema es utilizar fusibles, interruptores automáticos
limitadores de corriente adecuados, con el o los conductores de fase y así limitar la
corriente de falla a la que se ve sometida el conductor de tierra.
10.19 Los empalmes o conexiones entre cables deben realizarse con conectores entallados
o con soldadura exotérmica.
133
134
10.20 Todos los empalmes, de las articulaciones y los extremos libres de los conductores
deberán estar cubiertos con un aislamiento equivalente a la de los conductores o con un
dispositivo aislante adecuado para el propósito.
10.21 A la hora de realizar conexiones a tierra de superficies metálicas, se debe remover
cualquier tipo de pintura, laca o esmalte, para asegurar una buena conductividad eléctrica.
10.22 Todas las terminales de conexión planas, cordones trenzados y barras deben ser
tratados hasta obtener un acabado brillante, para asegurarse una buena eliminación de
cualquier tipo de oxidación, o suciedad que pueda afectar la conductividad eléctrica.
10.23 No se permite conectar varias terminales de cables al mismo tiempo con un mismo
perno o tornillo. Solo se permite cuando se conectan dos conductores en lados opuestos de
una barra.
10.24 Las conexiones de los cables a las barras de conexión a tierra deben ser realizadas
con terminales planas de doble ojo, que se unan al cable con conectores por compresión o
soldadura exotérmica. Estas terminales deben tener capacidad para el atornillado en las
conexiones a la barra colectora utilizando tuercas y tornillos de cobre o acero inoxidable.
Las conexiones a la barra colectora podrían ser removidas para fines de pruebas.
10.25 El tamaño de estas terminales va de acuerdo al calibre del conductor.
10.26 Para determinar el tamaño apropiado del conductor, se establece primero la
distancia entre los dos puntos de conexión a lo largo de la ruta deseada (por ejemplo, entre
la COGB y la CCGB. Luego, en la siguiente tabla se encuentra el calibre del conductor con
una distancia máxima para la obtención de la resistencia objetivo igual o mayor que la
distancia del cable entre los dos puntos.
134
135
10.27 El uso de esta tabla o los valores de resistencia calculada son permisibles en vez de
la medición de la resistencia.
10.28 El conductor más delgado recomendado es el calibre 6, excepto en el caso de las
tierras protectoras calibre Nº 10 AWG en el Distribuidor Principal.
10.29 El conductor entre la COGB y la GWB debe ser calibre 2/0 o más grueso. La
resistencia máxima de este conductor debe ser menor a 0,005 ohmios.
10.30 El conductor entre la COGB y la barra de puesta a tierra del neutro en el tablero de
entrada de alimentación CA debe ser calibre 2/0 o mayor. La resistencia de este conductor
no debe exceder 0,005Ω.
10.31 La resistencia máxima del conductor entre la COGB y el punto de conexión con
todos los absorbedores de sobrecargas no deberá exceder 0,01Ω excepto en el caso de la
conexión entre la puesta a tierra del neutro del sistema y la COGB.
10.32 La resistencia máxima del conductor entre la COGB y el punto de conexión con
todas las puestas a tierra de los equipos no debe exceder 0,01Ω.
10.33 La planificación e instalación de los cables es un factor crítico para la obtención de
un sistema de puesta a tierra efectivo. Se debe tener cuidado de minimizar la inducción que
podría aparecer en los cables del sistema de puesta a tierra
10.34 Los conductores de puesta a tierra deben estar aislados para permitir pruebas de su
integridad. Estos conductores no deben tener empalmes. De ser inevitable el empalmado,
solamente se utilizarán conectores entallados ó soldadura exotérmica.
10.35 Los conductores de tierras, excepto los cables verdes y los conductores de
alimentación DC, no deben ser enrutados en forma paralela a otros conductores de la
135
136
central para minimizar la inducción de las sobrecargas en los cableados del equipo. Estos
conductores no deben ser enrutados a través de bastidores o conductos de cables, ni dentro
de los confines de herraje alguno. Deben ser enrutados en canales separados.
10.36 8.2.4. El conductor de tierras debe ser colocado solamente en conductos no
metálicos. En caso de que se tenga que enrutar a través de conducto metálico ambos
extremos del conductor deben ser conectados al conductor para tierras.
10.37 Los conductores de tierra conectados a las distintas barras derivadas de una COGB
deben respetar la configuración destinada para elementos productores, absorbedores,
aislados y no aislados, aunque no se encuentren explícitamente identificados.
Tabla3.2. Longitud máxima del conductor de tierra para cumplir con la resistencia
objetivo. [16]
Calibre
AWG
Nº 6
Nº 4
Nº 3
Nº 2
Nº 1
1/0
2/0
3/0
4/0
250 kcmil
300 kcmil
350 kcmil
400 kcmil
500 kcmil
750 kcmil
Resistencia DC
Ohmios/kilometro
[Ω/km]
1,348
0,8478
0,6726
0,5331
0,4229
0,3353
0,2631
0,2087
0,1657
0,1444
0,1204
0,1030
0,0902
0,0722
0,0482
Distancia máxima
[m]
R objetivo 0,005Ω
3
5
7
9
11
14
18
23
30
34
41
48
55
69
103
136
Distancia máxima
[m]
R objetivo 0,01Ω
6
11
14
18
23
29
37
47
60
69
83
97
110
138
207
137
11.
Identificación
11.1
Se deben proveer etiquetas plásticas apropiadas o rótulos en cables adhesivos y
permanentes para los cables a tierra en todas las barras colectoras para identificar el origen
de cada conductor.
11.2
La ubicación de cada conductor a tierra debe ser identificada en cada barra de
puesta a tierra mediante rótulos o etiquetas adhesivas.
11.3
Los segmentos designados P, A, N, I de las COGB deben ser claramente
identificados.
11.4
Se deben colocar etiquetas de identificación permanentes en pararrayos, puntas de
tierra de radio/microonda y de estación de sus puntos de conexión accesibles hacia el
sistema de electrodos de puesta a tierra de la central fuera del edificio de la misma.
11.5
En la sección 200.6 y 250.119 del NEC se indica que el recubrimiento de
conductores aislados debe ser de color verde para conductores de tierra de seguridad y color
verde con amarillo cuando en el caso de conductores de referencia para equipos
electrónicos.
11.6
En el caso de conductores con un calibre mayor al Nº6AWG pueden ser de un color
distinto al verde siempre y cuando permanezca identificado con cintas aislantes de color
verde en ambos extremos.
137
138
12.
Sala de equipo de cómputo y equipo electrónico sensible
12.1
Generalidades
12.1.1 Para este tipo de sistemas se pueden realizar sistemas de puesta a tierra aislados o
sistemas de tierra multipunto.
12.1.2 Sin embargo, debido a la dificultad para aislar una sala de ordenadores con fines
generales, se recomienda un sistema de puesta a tierra multipunto [17].
12.1.3 En un sistema de puesta a tierra multipunto, el único punto en común con los
sistemas aislados es que todos los componentes son efectivamente conectados juntos, para
crear un plano de tierra común para las señales de referencia de los equipos. Sin embargo,
no se limita a la utilización de una GWB y todos los conductos y objetos metálicos que
entren o se encuentren a 15cm o menos de la sala deben ser conectados al plano de tierras
para señales de referencia, si se encuentran separados por una pared o muro pueden ser
excluidos.
12.1.4 El punto de conexión a tierra óptimo para la obtención de un plano de referencia de
señales estable debe ser equivalente al resto del sistema de puesta a tierra del edificio.
12.1.5 Para la interconexión entre el plano de referencia de señales y el sistema de puesta a
tierra del edificio se requiere de una barra CGB instalada en la sala, aislada de sus soportes
y debe estar conectada a la parte N de una COGB.
12.1.6 Cada punto de conexión en la barra debe tener dos agujeros, para las terminales
planas de doble ojo que deben utilizarse para conectar los cables a esta.
138
139
12.2
12.2.1
Malla de referencia de señales
La malla de referencia de señales representa una vía de baja impedancia para las
perturbaciones de alta frecuencia y un acople capacitivo con las armaduras de los cables de
datos para reducir el ruido de alta frecuencia.
12.2.2
Debe conectarse a la CGB instalada en la sala con un conductor no menor al Nº 2
AWG de cobre, desnudo o aislado. Debe conectarse a la barra con una terminal plana de
doble ojo.
12.2.3
La malla de tener al menos una conexión con las estructuras de soporte del piso
falso, siempre y cuando se garantice una buena conductividad eléctrica en toda la
estructura. En caso contrario, se debe conectar cada pedestal a la malla.
12.2.4
La malla puede ser construida de varias formas. Una de ellas es hacer una
cuadrícula de aproximadamente 60cm de longitud cada una con conductores Nº 6 AWG
interconectados entre sí en las intersecciones con conectores por compresión o soldadura
exotérmica.
12.2.5
Otra forma es construirla con cintas de cobre, con 0,254mm de espesor como
mínimo y 10,16cm de ancho y al igual a la anterior, unida en las intersecciones con
soldadura exotérmica.
12.2.6
También, se pueden construir utilizando la rejilla de travesaños interconectados
utilizados en el soporte del piso falso de una sala. En esta, los pernos que conectan los
travesaños al pedestal deben mantenerse ajustados y libres de corrosión.
139
140
12.2.7
Antes de conectar los pedestales a la malla, deben ser limpiados de cualquier tipo
de suciedad como grasa, polvo, pintura, entre otros.
12.2.8
Si los pedestales vienen equipados con un mecanismo para ajuste de elevación, la
parte metálica inferior y la parte superior del mismo deben ser unidas con un conductor Nº
6 AWG o un cordón trenzado plano con un área transversal igual o equivalente cuando se
utilicen los travesaños como malla de referencia de señales. Este puente de unión debe
conectarse en la parte superior con una terminal plana de doble ojo al igual con la parte
inferior si es de sección transversal cuadrada. En caso que esta sea redonda debe utilizarse
una gasa metálica.
Figura 3.16. Conexiones entre las partes de los pedestales. [06]
12.2.9
El piso falso debe instalarse a una altura aproximada de 75cm, para permitir el
acceso al personal de mantenimiento y permitir un buen flujo del aire acondicionado.
12.2.10 Todas las estructuras sobre la malla o a una distancia de 1,8 o menor del perímetro
de la misma como la estructura metálica del edificio, conductos metálicos, tuberías, ductos,
etc. deben ser conectadas a esta.
140
141
12.2.11 Los distintos gabinetes y bastidores deben conectarse a la malla con un conductor
Nº 6 AWG de cobre o con un cordón trenzado plano, y no deben tener una longitud mayor
a los 60cm.
12.2.12 Se deben respetar en todo momento los radios de curvatura mínimos para cada
calibre al instalar los de conductores de tierra y al confeccionar la malla.
12.2.13 Dichos conductores se deben conectar al bastidor o gabinete con terminales planas
de doble ojo y a la malla con soldadura exotérmica o conductores entallados solo cuando la
malla se construye con conductores en vez de cintas.
12.2.14 Dicho punto de conexión debe ser preparado para garantizar una buena
12.2.15 Las conexiones para el equipo electrónico sensible deben evitar realizarse en las
partes más exteriores de la malla. Mientras que los equipos de calefacción, ventilación aire
acondicionado y tableros deben ser conectados a las partes más exteriores de la malla
12.2.16 En cuanto a los cables de datos y de energía, deben de organizarse o estar muy
cerca de la malla y cuando el fabricante lo permita se puede utilizar más de un conductor
para aterrizar los equipos
12.3
Placas de descarga
12.3.1 Para protección al equipo sensitivo de la electricidad estática, se recomienda la
instalación de placas descargadoras para que el personal de trabajo que tenga contacto con
estos equipos descargue completamente cualquier carga estática de su cuerpo. Esto es
especialmente importante en áreas de control común. Cuando el personal de la central
141
142
trabaje en áreas donde existe equipo que puede ser afectado por la electricidad
electrostática, debe tocar la placa de descarga más cercana antes de tocar cualquier parte del
equipo.
12.3.2 La instalación de las placas de descarga electrostáticas debe considerarse cuando
éstas no hayan sido provistas por el fabricante del equipo, éstas no deben ser instaladas
hasta que el fabricante haya sido consultado, en cuanto a recomendaciones acerca de las
ubicaciones y las conexiones a tierra. La forma y el método de conectar estas placas debe
ser tal que no cree peligros al personal o limite el acceso al equipo.
12.3.3 Las placas de descarga para el personal deben estar ubicadas, cuando sea práctico, a
intervalos menores a 2 metros de cualquier punto de mantenimiento.
12.3.4 Placas de descarga suplementarias podrían ser también provistas por puertas
metálicas de bisagra aterrizadas con un conductor calibre 14 al sistema de puesta a tierra
del edificio. También en interruptores de luces y tomacorrientes de alimentación AC con
placas metálicas las cuales estén conectadas eléctricamente al cable de tierra del suministro
dentro de la caja eléctrica.
12.3.5 Señales de advertencia: Se deben colocar señales de advertencia apropiadas en todas
las puertas de acceso del área de equipos dentro de la central, en lugares donde puedan ser
fácilmente vistas sin crear un peligro a la seguridad. Estas señales deben indicar al personal
acerca de áreas sensitivas a la electrostática y la necesidad de descargar las cargas estáticas
del cuerpo antes de manejar los equipos.
142
143
13.
Protección de la alimentación comercial
13.1
La protección mínima para la alimentación CA que sirve al edificio de la estación (o
instalación de telecomunicaciones) debe consistir de un descargador apropiado en el
circuito secundario de alimentación eléctrica. El diseñador es responsable por determinar
que las características del descargador de la alimentación secundaria sean las
correspondientes con la rigidez dieléctrica y la capacidad de soportar corrientes de
sobrecarga de todos los dispositivos del equipo alimentado mediante corriente alterna en la
estación. Esto significa que se debe utilizar un descargador de alimentación secundaria con
un voltaje de ruptura ante sobrecargas no mayor a los 600 voltios (valor pico) y un
dispositivo de válvula para prevenir corriente de descarga.
13.2
La compañía de electricidad provee un descargador de alimentación secundaria para
proteger su medidor de vatios-hora a la entrada de la alimentación al edificio. Estos
dispositivos podrían no ser apropiados para la protección (de la instalación de
telecomunicaciones) ya que normalmente están diseñados de acuerdo únicamente a la
rigidez dieléctrica de los medidores de vatios-hora (normalmente entre 9 y 10 KV). Este
valor es normalmente demasiado alto para el equipo de alimentación telefónica.
13.3
La utilización de un descargador secundario para proteger la alimentación AC que
llega a la central de telecomunicaciones, es altamente recomendada.
Algunos
descargadores secundarios presentan una respuesta rápida y se coordinan rápidamente con
el equipo alimentado mediante corriente alterna.
Estos descargadores podrían estar
montados ya sea en el punto de acometida o en el centro de carga.
143
Otros tienen
144
características menos apropiadas por lo que tienen que ser montados en el punto de
acometida, con al menos 5 metros de conducto de acero separando al descargador del
centro de carga para garantizar su correcto funcionamiento.
13.4
Si después de la instalación de un descargador secundario, se siguen
experimentando fallas en la alimentación producto de la sobrecarga en el bus CA, se debe
aplicar un protector suplementario a la rama afectada del circuito.
14.
Efectos de los campos electromagnéticos y electrostáticos
14.1
La electricidad estática es la acumulación de cargas eléctricas estacionarias en un
cuerpo medio conductor creada por el movimiento físico como el producido al peinarse.
Aún corrientes de aire circulantes pueden causar una acumulación de carga, especialmente
durante períodos de baja humedad. La carga electrostática es descargada mediante la
puesta a tierra del medio que almacena esta carga.
14.2
Muchas tarjetas electrónicas utilizadas en equipos de telecomunicaciones contienen
dispositivos activos tales como transistores FET, semiconductores MOS y CMOS. Estos
componentes sensitivos a la electricidad estática pueden sufrir daños permanentes si son
sujetos a voltajes mayores a su punto de ruptura. El cuerpo humano puede desarrollar y
almacenar una carga de hasta 40.000 voltios por medio del caminado a lo largo de un piso
no conductivo, especialmente durante períodos de baja humedad.
Los componentes
sensitivos a la electricidad estática que son utilizados en los equipos de telecomunicaciones,
pueden resultar dañados permanentemente si se les aplican voltajes superiores que el de su
punto de ruptura. Debido a esto, se deben tomar medidas especiales para prevenir daños a
144
145
los componentes producto de este peligro potencial cuando se manejen tarjetas de circuitos
impresos.
14.3
La acumulación de cargas electrostáticas en un cuerpo puede ser reducida en un
área específica mediante el aumento de la humedad relativa. La acumulación electrostática
en los cuerpos a una humedad relativa de 60% , es mínima. Aún a estos niveles excesivos
de humedad, no hay garantía de que no se darán acumulaciones de carga electrostática.
Aún más, la humedad podría también causar contaminación y corrosión del equipo o
problemas por ruta de fuga en las tarjetas de circuitos impresos y sus componentes
asociados. Tales problemas podrían causar inconvenientes permanentes o intermitentes.
14.4
Existen dos tipos de condiciones electrostáticas que producen problemas en los
equipos; arcos directos hacia el equipo electrónico y energía radiada que alcanza los
circuitos mediante acoples de campos magnéticos y eléctricos. La energía electrostática
puede crear un campo eléctrico localizado (eléctrico) y campos magnéticos (corriente) en
tarjetas adyacentes. Ambos tipos de campos pueden causar daños permanentes al equipo
y/o errores lógicos en los circuitos.
15.
Requerimientos generales en el manejo y en el ambiente para
equipo sensitivo a la electricidad estática
15.1
Medidas respecto al manejo y al medio ambiente apropiados para el equipo
sensitivo de la electricidad estática son esenciales para prevenir daños en los componentes
y tiempos de desconexión
15.2
Las siguientes medidas ambientales deben ser tomadas siempre que sea posible:
145
146
•
Mantener los niveles de humedad relativa apropiados ya que las cargas estáticas se
acumulan más fácilmente bajo condiciones de ambientes secos. Se deben seguir
las recomendaciones relacionadas a la humedad relativa provistas por el fabricante
de los equipos.
•
Se deben instalar filtros para el aire y para el polvo adecuados en los ductos de
aire.
15.3
Se deben tomar las siguientes medidas de precaución cuando se ejecuten
procedimientos de mantenimiento en el equipo y en el edificio:
•
Usar las cintas de puesta a tierra cuando se manejen las tarjetas de circuitos
impresos las cuales estén designadas por el fabricante como susceptibles a sufrir
daños. Refiérase a los procedimientos especificados por el fabricante del equipo
con relación a este tópico.
•
Cuando sean requeridas, se deben instalar esferas de puesta a tierra o mosaicos en
el piso que sean conductores y estén aterrizados apropiadamente.
Las
recomendaciones del fabricante en referencia a los mosaicos conductores para el
piso deben ser seguidas para su instalación a tierra, así como las referentes al
mantenimiento del piso para preservar la conductividad.
•
Las tarjetas de circuitos impresos no deben ser tocadas o transportadas asiéndolas
de sus componentes o pines conectores.
•
La reparación o modificación de estas tarjetas no debe realizarse en la estación.
Estas unidades deben ser retornadas al fabricante para ser reparadas si las pruebas
146
147
determinan que están defectuosas. Se debe mantener una cantidad adecuada de
tarjetas de repuestos en contenedores de almacenamiento apropiados.
•
Se deben utilizar contenedores para tarjetas conductoras de circuitos impresos en
la manera recomendada por el fabricante del equipo.
•
En los casos en que exista función conectado/desconectado y el fabricante lo
recomiende, no se debe insertar o extraer tarjeta alguna hasta que el interruptor de
conexión /desconexión esté en la posición de desconexión y / o la conexión de la
ranura de la tarjeta sea deshabilitada mediante una orden de computadora.
•
Solamente los tomacorrientes aterrizados AC ubicados dentro de la Zona de Tierra
Aislada, podrán ser utilizados para operar herramientas, equipo de prueba y equipo
de mantenimiento de rutina dentro de la Zona de Tierra Aislada. Refiérase a las
instrucciones del fabricante del equipo en relación al uso de herramientas o
equipos de prueba alimentados por corriente alterna en el área de equipos.
•
No se deben utilizar lanas de acero o piezas de tela secas no tratadas o palos de
piso para el mantenimiento de los pisos.
•
Los
componentes
reemplazados.
de
iluminación
fluorescente
defectuosos
deben
ser
Esto incluye arrancadores, tubos fluorescentes parpadeantes o
balastros ruidosos defectuosos. El no reemplazar estos elementos defectuosos
podría introducir ruido en las líneas de abastecimiento de corriente y
eventualmente en el sistema mismo.
15.4
Las siguientes precauciones deben ser tomadas cuando herramientas eléctricas sean
involucradas en la reparación.
147
148
•
Todas las herramientas de motor deben tener extensiones aterrizadas de tres
conductores para eliminar cargas estáticas o señales transitorias de radio frecuencia
generadas por ruidos en escobillas de contacto (“carbones “).
•
Los motores ajenos al sistema no deben ser arrancados, operados o detenidos dentro de
la Zona de Tierra Aislada.
•
El equipo debe ser desconectado cuando se añadan o renuevan conexiones arrolladas.
Cuando esto no sea posible, se deben utilizar herramientas para arrollado neumáticas o
manuales con brocas aisladas.
•
Las herramientas con controles de motores con Rectificadores Controlados de Silicio
(SCR) no deben ser conectadas a los tomacorrientes suplidos por el inversor. El SCR
puede producir transitorios en la línea de alimentación y generar campos magnéticos.
15.5
Se deben tomar las siguientes medidas en cuanto a las cintas magnéticas, discos de
computadora y otros dispositivos de memoria.
•
Los equipos activados por motores no deben ser ubicados junto a transportadores de
cinta o dispositivos de memoria. Se debe utilizar una manguera extra larga al aspirar de
tal modo que el motor de la aspiradora esté ubicado varios metros fuera de la Zona de
Tierra Aislada.
•
Los aparatos magnéticos tales como las cintas de grabación y los transportadores de
cintas no deben ser expuestos a los campos magnéticos producidos por tales
dispositivos, por ejemplo, focos, destornilladores magnéticos o motores eléctricos.
•
Las cintas magnéticas deben ser almacenadas en gabinetes metálicos ferrosos
herméticos a frecuencia de radio para evitar pérdidas de información.
148
149
CAPÍTULO 4: Propuesta del Sistema de Puesta a Tierra de la
Central de Telecomunicaciones del ICE en San Pero de Montes
de Oca.
4.1
Introducción
El presente informe se ha desarrollado con la finalidad de solucionar los distintos
problemas presentes en el sistemas de puesta a tierra en la Central de Telecomunicaciones
del ICE San Pedro.
Para esto, previamente se realizaron una serie de inspecciones en todas las
instalaciones de la Central.
A continuación se presentan los principales problemas detectados en los distintos
sistemas de puesta a tierra del edificio piso por piso, además se presentan alternativas para
solucionar cada uno de ellos.
Dichas propuestas se apegan a los requerimientos mencionados en la Guía para la
puesta a tierra de sistemas de telecomunicaciones del capítulo anterior.
4.2
Consideraciones para los conductores
En la presente propuesta para dicho sistema de puesta a tierra, se estableció como
parámetro de diseño que los conductores de tierra tanto de los equipos a las barras como
entre barras no excedan una resistencia de 0,05Ω y 0,1Ω para otros como tableros de
149
150
suministro eléctrico. Para esto se utilizó la Tabla 3.2 de la Guía, la cual se basa en
indicaciones dadas en la norma REA-1751F-810 y en la Tabla 8 del Capítulo 9 del NEC.
Todos los conductores indicados en la presente propuesta son del tipo THHN, el
fabricante
de
los
mismos
queda
a
criterio
de
las
ingenieros
del
ICE encargados. Por otro lado, cabe señalar que si el fabricante de algunos de los equipos
especifica algún tipo de conductor en particular debe utilizarse este y no el THHN, tal es el
caso de las Salas Lucent Celular y Celda Celular Lucent, en las cuales se utilizan
conductores del tipo RHW el cual tiene un recubrimiento retardador de fuego diferente al
del THHN.
4.3
Conexiones en las barras secundarias
Tal y como se había mencionado en la Guía, las conexiones en las distintas barras
derivadas de las barras COGB respetan el ordenamiento del tipo PANI. Sin embargo el
seccionamiento en las barras no está señalado explícitamente, ya que podría causar
confusión al analizar el sistema de forma integral. Como por ejemplo una parte de una
CGB asignada para equipos aislados dentro de una sala de transmisión cuyos equipos se
catalogan como productores y a su vez la CGB estaría conectada a la parte P de la COGB
respectiva. Por tal motivo se clasificaron las distintas salas de acuerdo al tipo de equipos y a
partir de esto determinar a qué sección de la COGB conectar la CGB, mientras que dentro
de esa sala se hace una subclasificación de los equipos. De esta forma se conectan primero
150
151
los equipos que son más propensos a producir sobrevoltajes, luego se conecta el absorvedor
o conductor que va hacia la barra COGB y luego se conectan los equipos más sensibles.
Por tal motivo es importante indicar que el orden de las conexiones en las barras de
los planos si importa y debe respetarse.
4.4
Problemáticas generales
Producto de las inspecciones realizadas, fue posible detectar varia problemáticas
presentes de forma general en las instalaciones de puesta a tierra del edificio. Dichas
problemáticas son:
•
Las conexiones de puesta a tierra en las barras de tierra tanto las principales como las
derivadas no presentan ningún tipo de ordenamiento, no se respetan las configuraciones
PANI, tal y como se indica en las siguientes imágenes.
Figura 4.1. Barra de tierra principal del tercer piso
151
152
Figura 4.2. Barra de tierra Sala PCM Cuarto piso
•
No se utilizan terminales apropiadas para la conexión de conductores a las barras. Se
utilizan conectores de un solo ojo conocidos como conectores tipo “silla”. Los cuales
tienden a aflojarse con el tiempo.
Terminales
Figura 4.3. Barra de tierra MGB Sala San Pedro Digital II del Cuarto piso
En la anterior figura se señalas las terminales antes mencionadas y dos conductores
de tierra, de los cuales uno está completamente suelto y la terminal del otro está floja.
•
Se utilizan conductores flexibles con terminales tipo silla. El problema no es el hecho
de utilizar conductores flexibles, es el utilizarlo con terminales que se fijan al conductor
152
153
con un perno y no por compresión. Ejemplo de esto se muestra en la siguiente imagen
de la barra de tierra de la Subestación del Sótano.
Figura 4.4. Barra de tierra principal en la Subestación del Sótano
•
No se respetan los radios de curvatura mínimo para los conductores de tierra. Uno de
los casos más críticos es la barra principal del cuarto piso en la que la mayoría de los
conductores violan sus respectivos radios de curvatura.
Figura 4.5. Barra de tierra principal del quinto piso
•
Inconsistencias con los calibres de los conductores de tierra y los conductores entre
barras, ya que en algunos casos se conectan las barras con conductores de menor calibre
153
154
al utilizado para los conductores de tierra. Ejemplo de esto es la barra de la Sala Lucent
Celular del tercer piso en la que conectan conductores de 750kcmil y la barra la unen a
la principal con dos conductores 2/0AWG en paralelo.
Figura 4.6. Barra de tierra de la Sala Lucent Celular del tercer piso
4.5
Sótano
En el sótano se detectaron los problemas en la barra de la subestación, en la galería
de cables, en las salas de baterías, en la sala de fuerza, en los grupos electrógenos.
4.4.1
Subestación
En la barra de tierra de la subestación se detectaron aparte de problemas
mencionados anteriormente como desorden en las conexiones en la barra, irrespeto a los
radios de curvatura, uso de terminales inadecuadas y ausencia parcial de rotulaciones, se
detectaron serios problemas de corrosión en uno de los conductores que conecta esta barra
con una de las mallas de puesta a tierra.
154
155
Como medidas correctivas se recomienda instalar una nueva barra e instalar
nuevamente los conductores de puesta a tierra con las terminales adecuadas, guardando la
configuración PANI de la barra, respetando los radios de curvatura a la hora de instalar los
cables tanto en la barra como en sus trayectos hasta los equipos o barras secundarias.
Rotular debidamente todos los conductores de tierra en ambos extremos. Sustituir los
conductores flexibles por conductores no flexibles, trenzados o utilizar terminales de
compresión, planas y de doble ojo.
4.4.2
Galerías de cables
En ésta sala también se detectaron problemas con los radios de curvatura en las
barras y un gran deterioro por oxidación en las estructuras y conductores producto del alto
nivel de humedad de la sala. Por tal motivo se sugiere instalar nuevas barras de tierra e
instalar nuevamente los conductores considerando lo mencionado anteriormente
4.4.3
Salas de baterías
No se encontró ningún sistema de aterrizamiento para los bancos de baterías de las
centrales Digital 1, Digital 2 y Digital 3. Por lo que se recomienda la instalación de barras
de tierra en ambas salas para aterrizar los bastidores de las baterías con conductores
debidamente rotulados y con terminales planas de doble ojo en ambos extremos.
4.4.4
Sala de fuerza
Al igual que en la mayoría de las instalaciones se detectaron problemas con los
radios de curvatura de los conductores de tierra y a su vez están conectados a las barras de
155
156
forma desordenada y con terminales inadecuadas. Además algunos bastidores no se
encuentran aterrizados como el del banco de baterías de la UPS #4 y otros se aterrizan con
conductores de aluminio desnudos como los de los Rectificadores #3 y #4 TX y Tadirán
Por tal motivo se sugiere la instalación de nuevas barras y conductores de puesta a
tierra de forma ordenada, con terminales planas de dobles y rotulados en ambos extremos.
Respetando los radios de curvatura mínimos para los conductores,
4.4.5
Consideraciones para la propuesta
En la barra de tierra ubicada detrás de la subestación en la Sala de Fuerza, no se
pudieron identificarse los conductores conectados en las posiciones 6, 7, 11, 12, 13, 16, 17,
18 y 19 que se muestran en la siguiente figura.
Figura 4.7. Barra de tierra detrás de la subestación en sala de fuerza.
Por lo que se recomienda identificar de donde proceden dichos conductores,
determinar si no se trata de algún objeto que se encuentra aterrizado por otro medio. En tal
caso dicho conductor podría eliminarse. En caso contrario se debe conectar a la barra o a
otra barra más cerca, siempre respetando los distintos lineamientos indicados en el Capítulo
156
157
3. En caso de que dichos conductores correspondieran a la tierra de tableros de suministro
eléctrico deben eliminarse y el tablero debe aterrizarse en un punto de tierra de su fuente.
Para determinar el conductor de tierra de las barras positivas de las plantas de
corriente directa se utilizaron los parámetros de diseño dados por Argus Technology Ltd.
en la tabla K del Manual de Plantas de Fuerza en CC. Para la planta Lorain considerando
que las protecciones de los rectificadores son las que limitan la capacidad de la planta, se
estimó que un conductor de 350kcmil es el más adecuado. En el caso de la planta Argus,
actualmente se encuentra fuera de servicio. Sin embargo, esta se va a poner en operación en
el futuro y tomando en cuenta que se vayan a instalar más rectificadores, se estimó que el
conductor más apropiado es uno de 350kcmil.
Los tableros T-IP en la subestación y el T-EE que actualmente están aterrizados en
la barra de tierra principal de la subestación, se recomienda conectarlos a tierra en las
fuentes de donde provienen.
Para el tablero T-IP de la transferencia IP se recomienda aterrizarlo a la barra de
tierra del transformador principal del edificio, para ello se debe utilizar un conductor
aislado de calibre 2/0 AWG. Su longitud no debe superar los 18m, en tal caso debe
aumentarse, siguiendo lo indicado por la Tabla 3.2.
Para el tablero T-EE debe aterrizarse a la barra de tierra del tablero T-GE II, que es
la misma para toda la subestación de la Sala de Fuerza. Para ello se deben utilizar 2
conductores 3/0 AWG en paralelo, esto debido a la distancia entre ambos puntos.
157
158
Utilizando este par de conductores, su longitud no debe ser mayor a 47,92m. En tal caso
debe aumentarse los calibres.
4.6
Piso 1
En el primer piso se detectaron los problemas principalmente en la barra principal,
en la sala del Distribuidor y en la Sala de Gestión de Cobros.
4.6.1
Barra principal en ducto
Se detectaron los mismos problemas generales, tales como desorden en las
conexiones, uso de terminales inadecuadas e irrespeto a los radios de curvatura mínimos
para los conductores. Por tal motivo, al igual que para casos anteriores se recomienda la
instalación de una nueva barra de tierra y nuevos conductores de tierra, con las terminales y
rotulaciones adecuadas, guardando la configuración PANI y a su vez respetando los radios
de curvatura mínimos tanto en la barra como en sus trayectos.
4.6.2
Sala del distribuidor principal
Al igual que el caso anterior no se respetan radios de curvatura, los conductores no
están rotulados. Además, hay bastidores que no están aterrizados como los 101-D7, 101-D8
y 101-D9 y en la mayoría de los casos se instala un solo conductor de tierra del cual se
derivan otros conductores para los multiplexores de un mismo bastidor.
Debido a esto se recomienda instalar nuevas barras e instalar nuevamente los
conductores de puesta a tierra, respetando los radios de curvatura, debidamente rotulados en
ambos. Aterrizar todos los bastidores y los multiplexores de forma independiente.
158
159
4.6.3
Sala de Gestión (Facturación):
En esta sala, debido a que se realizan procesos muy delicados no fue posible realizar
una inspección a fondo del sistema de puesta a tierra. Sin embargo se identificó una malla
bajo el piso falso, con conductores Nº 6 AWG. A su vez no se encontró el punto de
conexión de ésta a la barra principal. Por tal motivo se recomienda verificar el estado de la
malla bajo el piso falso, ya que podría funcionar como una malla de referencia de señales.
Además se recomienda instalar una barra de tierra en la sala y conectar la malla a esta. Los
bastidores metálicos y otras estructuras metálicas deben conectarse a esta malla con
conductores Nº 6 AWG.
Debe eliminarse el conductor de tierra del tablero T-1A que está suelto.
Los equipos que requieran de una tierra de referencia pueden conectarse a la malla.
4.6.4
En la barra de tierra principal, hay cuatro conductores que no fue posible determinar
a que pertenecían, los que están ubicados en las terminales de la 7 a la 10. Por tal motivo no
fueron excluidos del diagrama de conexiones. Sin embargo se recomienda determinar de
dónde provienen y que es lo que están aterrizando, y así determinar si son necesarios, si
deben ser reemplazados o si deben permanecer como están. En caso de que dichos
conductores correspondieran a la tierra de tableros de suministro eléctrico deben eliminarse
y dicho tablero debe aterrizarse en un punto de tierra de su fuente.
159
160
Figura 4.8. Barra de tierra principal. Piso 1.
Por otro lado, siguiendo lo indicado por el NEC, el tablero T-AA que se encuentra
dentro de la Sala de Gestión, debe aterrizarse a la barra de tierra del tablero T-GE I en la
Sala de fuerza del sótano. Partiendo del su protección de 90A un conductor Nº 8AWG sería
adecuado, sin embargo, al considerar la distancia entre ambos tableros que es
aproximadamente 18m se recomienda utilizar un conductor no menor al #2AWG.
El tablero T-1B que actualmente se encuentra aterrizado en la barra principal del
primer piso, se recomienda aterrizarlo en la barra de tierra del tablero T-SG de la
subestación de la Sala de fuerza. Debido a la distancia se recomienda utilizar un conductor
1/0 AWG. En caso de que la distancia entre esto tableros supere los 29m deben aumentarse
los calibres de los conductores.
En esta sala se estimó la instalación de una malla de cobre bajo el piso falso, sin
embargo, actualmente hay una malla instalada, hecha con cable Nº 6 AWG, por tal motivo
se recomienda verificar que dicha malla cumple con todos los requerimientos indicados en
el Capítulo 3, tales como las uniones con soldadura o conectores por compresión, además
se debe verificar que esta malla se extienda bajo el piso falso de toda la sala.
160
161
En caso de que esta malla sea de utilidad, puede utilizarse como señal de referencia
para los equipos que así lo requieran, y como tierra para todos los bastidores y estructuras
metálicas dentro de la sala.
En lo que respecta a la sala del Repartidor Principal, se consideran dos conexiones
distintas a tierra para cada bastidor. Hay que tomar en cuenta que una de ellas es para los
multiplexores y el otro para la estructura del bastidor. Cada uno de los multiplexores se
deben conectar se a las barras de tierra sugeridas.
4.7
Piso 2
En el segundo piso se detectaron los problemas principalmente en la sala de gestión.
4.7.1
En esta barra al igual que en las demás se detectaron problemas con los radios de
curvatura mínimos para los conductores, uno de terminales inadecuadas y no están
rotulados. Por esto se recomienda instalar una nueva barra de tierra y nuevos conductores
de puesta a tierra, guardando la configuración PANI de la barra, respetando los radios de
curvatura tanto en la barra como en sus trayectos y utilizando terminales planas de doble
ojo y las debidas rotulaciones.
4.7.2
Sala de gestión
En esta sala no hay una malla de tierra bajo el piso falso, además los bastidores de
los equipos no se encuentran aterrizados, a acepción de los bastidores de la gestión
ALCATEL.
161
162
Por tal motivo se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para
aterrizar tanto los soportes de este como los distintos bastidores presentes en la sala. Dicha
malla debe ser conectada a una barra CGB derivada de la COGB2.
En caso de que algunos equipos requieran de una referencia para señales libre de
ruido, pueden conectarse directamente a la malla o a la estructura metálica del bastidor.
Los conductores de tierra que requieran ser llevados hasta la CGB, deben ser
instalados en trayectos lo más recto posibles, siempre respetando los radios de curvatura
mínimos para cada conductor.
4.7.3
En la barra de tierra principal, hay un conductor que no fue posible determinar a que
pertenecían, éste corresponde a la posición 4 de la barra. Por tal motivo no se excluyó del
diagrama de conexiones. Sin embargo se recomienda determinar de dónde proviene y que
es lo que está aterrizando, para determinar si son necesarios, si debe reemplazarse o si
deben permanecer. En caso de que dichos conductores correspondieran a la tierra de
tableros de suministro eléctrico deben eliminarse y dicho tablero debe aterrizarse en un
punto de tierra de su fuente.
162
163
Para la sala de gestión se consideró la instalación de una malla de tierra bajo el piso
falso. Tal y como se indica en la sección 12.2 de la Guía, esta puede ser construida con
conductores Nº 6 AWG o con cintas de cobre, sin embargo, debida a que bajo el piso falso
hay instalados una gran cantidad de conductores y otros objetos, es preferible la utilización
de conductores en lugar de cintas.
Los tableros T-2A y T-2B que se encuentran aterrizados a la barra de tierra principal
de este piso se deben aterrizar a la barra de tierra del tablero T-SG en la Sala de fuerza del
sótano. Para el tablero T-2A que tiene una protección de 100A podría utilizarse un
Nº8AWG, pero al considerar la distancia entre ambos tableros que es aproximadamente
31m se recomienda aumentar el calibre a 2/0AWG. Para el tablero T-2B con una protección
de 90A, podría utilizarse un Nº8AWG, pero al considerar la distancia que es
aproximadamente 28m se recomienda utilizar un 1/0AWG.
163
164
4.8
Piso 3
En el tercer piso se detectaron los problemas principalmente en la barra principal, en
la Sala Lucent Celular, en la Sala IP, en la Sala NAP y en la Sala de Maquetas.
4.8.1
Además de los problemas presentes en las barras anteriores hay un serio problema
de espacio en el ducto, ya que en éste hay instalado un transformador y consecuentemente
se violan los espaciamientos mínimos dados por el NEC en la sección 100.26.
Se recomienda instalar una nueva barra de tierra y nuevos conductores de puesta a
tierra con las rotulaciones y terminales adecuadas, guardando la configuración PANI de la
barra, respetando los radios de curvatura tanto en la barra como en sus trayectos.
4.8.2
Sala Lucent Celular
En esta sala, algunos bastidores no están
aterrizados tales como los de los
servidores Hewlett Packard y varios bancos de baterías.
Se recomienda instalar un anillo interno de tierra en la sala, sobre las canastas de
cables, para aterrizar los distintos bastidores presentes en la sala. Dicho anillo debe ser
conectado a la CGB1 derivada de la COGB3.
164
165
4.8.3
Sala IP
En esta sala se detectaron los mismos problemas presentes en la mayoría de las
instalaciones, tales como radios de curvatura mínimos, desorden en la barra, ausencia de
una malla de tierra bajo el piso falso. Por tal motivo se recomienda instalar una malla de
tierra bajo el piso falso, para aterrizar las estructuras de soporte de este como los distintos
bastidores de la sala. Esta malla debe conectarse a la barra CGB2 derivada de la COGB3.
En caso de que algunos equipos requieran de una referencia para señales libre de
ruido, pueden conectarse a la malla. Además, los conductores de tierra que requieran ser
llevados hasta la CGB, deben ser instalados en trayectos lo más recto posibles, siempre
respetando los radios de curvatura mínimos para cada conductor.
4.8.4
Sala NAP
En esta sala se presenta la misma problemática que la de la sala IP mencionada
anteriormente, por tal motivo, las recomendaciones son las mismas.
4.8.5
Sala de Maquetas
Al igual que en los casos anteriores, no hay malla de tierra bajo el piso falso, las
estructuras de soporte de este no están aterrizadas, no se respetan los radios de curvatura
mínimos para los conductores de tierra que a su vez no está rotulados. Además cada
maqueta tiene un sistema de puesta a tierra independiente y por ende en desorden en el
mismo. Hay un ducto vertical que sale de la barra de la Subestación hasta la sala, para
aterrizar la maqueta Northel y además algunos bastidores que no están aterrizados.
165
166
Por esto se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para aterrizar
tanto los soportes de este como los distintos bastidores presentes en la sala. Dicha malla
debe ser conectada a la barra GWB1 derivada de la COGB3. En caso de que algunos
equipos requieran de una referencia para señales libre de ruido, pueden conectarse a la
malla, tal es el caso de los equipos de la maqueta de ALCATEL.
Los conductores de tierra que requieran ser llevados hasta la GWB, deben ser
mínimos según el calibre del conductor y deben contar con la rotulación debida.
Eliminar el ducto vertical y aterrizar los bastidores de la Maqueta Northel a la malla
y las distintas distribuciones en caso de que existan a la barra GWB1 con un conductor
adecuado según la tabla 250.122 del NEC.
4.8.6
Sala Digital 3 ERICSON
En esta sala no hay malla bajo el piso falso, por lo que no se determinó si las
estructuras de éste se encuentran aterrizadas. Además el conductor que va de la barra
principal a la barra de la sala no cumple con las especificaciones en cuanto a las distancias
máximas para cada calibre.
Se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para aterrizar los
soportes de este, además de bastidores u otras estructuras metálicas en tal caso que el
fabricante lo permita. Dicha malla debe ser conectada a la barra GWB3 derivada de la
COGB3, conectadas con un conductor 3/0 AWG o dos conductores 1/0 AWG en paralelo.
166
167
4.8.7
En la barra de tierra principal, hay 5 conductores que no fue posible determinar a
que pertenecen, estos conductores corresponden a las posiciones 3, 4, 13, 16 y 18 de la
barra, tal y como se muestra en la siguiente imagen. Por tal motivo no se excluyeron del
diagrama de conexiones. Sin embargo se recomienda determinar de dónde proviene y que
es lo que está aterrizando, para determinar si son necesarios, si debe reemplazarse o si
deben permanecer. En caso de que dichos conductores correspondieran a la tierra de
tableros de suministro eléctrico deben eliminarse y dicho tablero debe aterrizarse en un
punto de tierra de su fuente.
En lo que respecta a la Sala Lucent Celular, en el plano respectivo se trazo de tal
forma que pueda ser instalado sobre las estructuras de soporte de los cables instaladas sobre
los bastidores, esto para mayor facilidad y no tener que perforar la estructura de concreto.
Al instalar el anillo se debe procurar no perforar los bastidores de los equipos para
soportar los cables. Además las estructuras de soporte de cables también deben ser unidas
167
168
al anillo de tierra con un conductor Nº 6 AWG, con conectores por compresión en el lado
del empalme al anillo y terminales planas de doble ojo para conectar dicha estructura.
Para la Sala IP, a la hora de seleccionar el tamaño de la barra, se debe tomar en
cuenta que pueden llegar a instalarse más equipo. Por tal motivo se recomienda dejar
suficiente espacio libre en ella para futuras conexiones.
Para la sala de Maquetas se recomienda verificar si en las Maquetas de Siemens y
Northel hay distribuciones de energía instaladas en dichos bastidores, ya que estas
requieren de una conexión a tierra adicional directamente a la barra de tierra más cercana,
la cual se determina a partir de la tabla 250.122 del NEC.
4.9
Piso 4
En el cuarto piso se detectaron problemas principalmente en la barra principal, en la
Sala PCM I, PCM II, Transmisión Internacional, Red Inteligente y Microondas.
4.9.1
Al igual que en las barras principales mencionadas anteriormente se detectaron
problemas de ordenamiento en las conexiones, además no están rotuladas, no cuentan con
las terminales adecuadas y no respetan los radios de curvatura mínimos.
Se recomienda instalar una nueva barra de tierra y nuevos conductores de puesta a
tierra, guardando la configuración PANI de la barra y a su vez respetando los radios de
curvatura tanto en la barra como en sus trayectos y utilizando terminales planas de doble
ojo y debidamente rotulados en ambos extremos de los conductores.
168
169
4.9.2
Sala PCM I
Se detectaron bastidores sin aterrizar, mientras que otros simplemente hacen
contacto con una barra de cobre instalada en las estructuras para cables. Además, la barra
de tierra de la sala se encuentra completamente obstruida por una máquina de aire
acondicionado y los conductores conectados a esta están no están rotulados y no respetan
los radios de curvatura.
Por tal motivo, se recomienda instalar un anillo interno de tierra en la sala, sobre las
canastas de cables, para aterrizar los distintos bastidores de la sala. Dicho anillo debe ser
conectado a la CGB1, la cual se conecta a la COGB4.
Al instalar el anillo y aterrizar los bastidores a éste se elimina en gran parte el
problema de los conductores conectados a la barra de la sala.
4.9.3
Sala PCM II
En esta sala se detectaron los mismos problemas que en la PCM I, a excepción de
las obstrucciones en las barras.
Se recomienda instalar uno o varios anillos internos en cascada sobre las canastas de
cables, para aterrizar los distintos bastidores presentes en la sala. Dichos anillos deben ser
conectados a las barras CGB8, CGB7 y CGB6, respectivamente. Este último se conecta a la
169
170
COGB4. Mientras que los conductores de tierra que requieran ser llevados hasta la CGB,
deben ser instalados en trayectos lo más recto posibles, siempre respetando los radios de
curvatura mínimos para cada conductor.
4.9.4
Transmisión internacional
No se logro identificar el o los puntos de conexión entre las barras de cobre
instaladas en la parte superior de las estructuras de soporte de cables. Mientras que los
bastidores de los equipos no están conectados sólidamente a éstas barras.
Por tal motivo se recomienda la instalación de un anillo interno de tierra para
aterrizar los bastidores metálicos y a los equipos que así lo requieran. Este anillo puede ser
instalado sobre las estructuras de soporte de los cables sobre los bastidores. Esto para evitar
la instalación de nuevas canaletas y evitar la perforación de los bastidores de los equipos. El
calibre del conductor a utilizar es Nº 2 AWG.
4.9.5
Red inteligente
La mayoría de los bastidores se la sala se encuentran aterrizados en la barra del
positivo del cofre de distribución de -48V, dichas conexiones están hechas de forma
desordenada sin rotulaciones y sin las terminales adecuadas. Además hay conductores de
puesta a tierra instalados bajo el piso falso forman de espiras, las cuales violan los radios de
curvatura mínimos para dichos conductores. También se detectaron bastidores sin aterrizar
como uno de los bancos de baterías.
170
171
Por este motivo, se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para
aterrizar tanto las estructuras de soporte de este como los bastidores de la sala. Dicha malla
debe ser conectada a la barra CGB3 derivada de la COGB4. Al conectar los bastidores a la
malla de tierra se evita la instalación excesiva de conductores en la barra positiva del cofre
de -48V de la sala.
Los equipos que requieran de una conexión a tierra como referencia de señales
pueden conectarse a los bastidores debidamente conectados a la malla o conectarlos
directamente a esta. Por otro lado, los bastidores correspondientes a la planta DC y los
bancos de baterías deben aterrizarse directamente a la CGB3.
4.9.6
Central interna
En esta sala, los conductores de puesta a tierra no están rotulados y no respetan los
radios de curvatura mínimos, además, hay bastidores y canastas de cables sin aterrizar.
Sin embargo, debido a que esta sala es muy pequeña y no cuenta con gran cantidad
de equipos, simplemente se recomienda instalar correctamente los conductores de tierra
debidamente rotulado, respetando los radios de curvatura y utilizando las terminales
adecuadas. Además se deben conectar las canastas de cables a la barra de tierra y la
estructura metálica del repartidor.
4.9.7
Sala Movitel
Tanto los bastidores como las estructuras de soporte de los cables no se encuentran
aterrizados. Por lo que se recomienda instalar una barra de tierra a la cual se deben conectar
171
172
los bastidores de los equipos presente en la sala, además de las estructuras de soporte de
cables.
4.9.8
que pertenecen, estos conductores corresponden a las posiciones 4, 5, 11, 14, 15, 17, 19, 21,
22, 24 de la barra, tal y como se muestra en la siguiente imagen. Por tal motivo no se
excluyeron del diagrama de conexiones. Sin embargo se recomienda determinar de dónde
proviene y que es lo que está aterrizando, para determinar si son necesarios, si debe
reemplazarse o si deben permanecer. En caso de que dichos conductores correspondieran a
la tierra de tableros de suministro eléctrico deben eliminarse y dicho tablero debe
aterrizarse en un punto de tierra de su fuente.
En lo que respecta a las salas catalogadas como salas con equipos de transmisión
como lo son la PCM1, PCM2 y Transmisión Internacional, los respectivos anillos internos
de tierra deben instalarse sobre los bastidores y estructuras de soporte.
172
173
Por otro lado, dichas estructuras de soporte de cables deben ser conectadas a las
barras. Se debe tomar en cuenta que la continuidad entre ellas no se puede garantizar que
sea efectiva, se recomienda realizar pruebas de continuidad y determinar si requieren de
conexiones adicionales para conectarlas entre ellas.
Los bastidores Verticales BUS-DN306 y BUS-DN313 se deben aterrizar
conectándolos al anillo, se debe hacer una conexión para cada uno de los verticales.
El tablero T-4X que actualmente se encuentra aterrizado a la barra de tierra
principal de este piso debe ser aterrizado a la barra de tierra del tablero T-GE I en la
subestación de la sala de fuerza. Partiendo de la protección principal del tablero T-4X se
debe utilizar un conductor no menor al Nº 4 AWG, sin embargo debido a la distancia entre
ambos tableros que es aproximadamente 38m se recomienda utilizar un conductor 2/0
AWG. En caso de que la distancia exceda los 38m se debe aumentar el calibre.
En la Sala Red Inteligente, los equipos instalados en los bastidores Alcatel 1000
E10 pueden ser aterrizados directamente a los bastidores, mientras que éstos deben ser
conectados a la malla bajo el piso falso. Esta conexión puede realizarse con un cordón
trenzado que el fabricante pone a disposición generalmente. En caso contrario debe
utilizarse un conductor Nº 6 AWG.
Con respecto a la Sala de Microondas, debido a que en ella no hay instalados ningún
tipo de equipo, ya que a la fecha dichas instalaciones son utilizadas como oficinas, se
recomienda eliminar la barra de tierra. Sin embargo no se logro determinar a cuales equipos
pertenecen los conductores conectados a esta barra. Por tal motivo se recomienda
173
174
identificar a cuales equipos pertenecen, y verificar si estos ya fueron considerados en la
propuesta o si deben conectarse a tierra en otro punto más cercano.
Por otra parte, según se indica en la barra de tierra principal, en ella está aterrizado
el tablero T-4R, sin embargo no se logro determinar la ubicación de ese tablero. En el
cuarto piso hay dos tableros rotulados como T-R uno en la Sala PCM II y otro en la antigua
Sala Lucent. Considerando que la protección principal de este conductor es de 300A, se
podría utilizar un conductor Nº 4 AWG, sin embargo, para determinarlo se debe tomar en
cuenta la longitud del conductor desde este tablero al T-GE II de donde proviene. Por tal
motivo se debe determinar la ubicación del tablero y luego determinar el conductor de tierra
a partir de la Tabla 3.2.
4.10 Piso 5
En el quinto piso se detectaron los problemas principalmente en la barra principal,
en la San Pedro Digital I y San Pedro Digital II.
4.10.1 Barra principal en ducto
En esta barra se detectaron los mismos problemas indicados anteriormente para
otras barras principales. Por lo también se recomienda instalar una nueva barra de tierra y
nuevos conductores de puesta a tierra, con las terminales adecuadas, debidamente
rotulados, guardando la configuración PANI de la barra y a su vez respetando los radios de
curvatura tanto en la barra como en sus trayectos.
174
175
4.10.2 Sala San Pedro Digital I
En esta sala encontraron bastidores sin aterrizar. Los demás si están aterrizados a las
barras positivas de los cofres de -48V, conectados de forma desordenada, sin rotular y con
terminales inadecuadas.
Se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para aterrizar tanto las
estructuras de soporte de este como los bastidores metálicos presentes en la sala. Dicha
malla debe ser conectada a la barra CGB1 derivada de la COGB5.
Los bastidores de la sala deben ser conectados a la malla de tierra, con esto se evita
la instalación excesiva de conductores en la barra positiva de los cofre de -48V de la sala.
directamente a esta.
Los bastidores que almacenen distribuciones eléctricas deben ser aterrizados
directamente a la barra de tierra.
4.10.3 Sala San Pedro Digital II
En la barra de la Sala San Pedro Digital II se detectaron algunas estructuras
metálicas no están aterrizados, tal es el caso de las Regletas N1 y N2. Además las
conexiones en la barra de tierra están hechas de forma desordenada, sin rotular, con
terminales no adecuadas, no se respetan los radios de curvatura mínimos y algunas de ellas
se encuentran flojas o completamente sueltas.
175
176
Por esto se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para aterrizar
tanto las estructuras de soporte de este como los bastidores metálicos presentes en la sala.
Con esto se evita la instalación excesiva de conductores en la barra positiva del cofre de 48V de la sala. Además los equipos que requieran de una conexión a tierra como referencia
de señales pueden conectarse a los bastidores debidamente conectados a la malla o
conectarlos directamente a esta.
Los bastidores que almacenen distribuciones eléctricas deben ser aterrizados
directamente a la barra de tierra.
Los conductores de tierra correspondientes a las barras de tierra de la sala de gestión
del piso 6 deben removerse y conectarse a la barra de tierra de ese piso.
4.10.4 Consideraciones para la propuesta
que pertenecen, estos conductores corresponden a las posiciones 3, 7, 8, 10 de la barra, tal y
como se muestra en la siguiente imagen. Por tal motivo no se excluyeron del diagrama de
conexiones. Sin embargo se recomienda determinar de dónde proviene y que es lo que está
aterrizando, para determinar si son necesarios, si debe reemplazarse o si deben permanecer.
En caso de que dichos conductores correspondieran a la tierra de tableros de suministro
eléctrico deben eliminarse y dicho tablero debe aterrizarse en un punto de tierra de su
fuente.
176
177
En ambas salas, los equipos instalados en los bastidores Alcatel 1000 E10 pueden
ser aterrizados directamente a los bastidores, mientras que éstos deben ser conectados a la
malla bajo el piso falso. Esta conexión puede realizarse con un cordón trenzado que el
fabricante pone a disposición generalmente. En caso contrario debe utilizarse un conductor
Nº 6 AWG. Los bastidores y la barra positiva de la Sala San Pedro Digital II deben ser
aterrizados directamente a la barra de tierra.
En el caso de la Sala Northel, debido a que los equipos fueron trasladados, se
recomienda remover la barra de tierra de la sala, y aterrar directamente la estructura
metálica de la regleta del repartidor telefónico a la COGB5.
Los tableros T-5E, T-5A y T-5B que actualmente se encuentra aterrizado a la barra
de tierra principal de este piso debe ser aterrizado a la barra del tablero de donde provienen.
El T-5E a la barra del T-GE II en la subestación de la Sala de Fuerza y el T-5A y T-5B a la
barra del T-4G en el ducto eléctrico del cuarto piso. Partiendo de sus protecciones
principales, de 400A del T-5E puede utilizarse un #3AWG, pero al considerar la distancia
que es aproximadamente de 56m se recomienda utilizar un 4/0AWG, para los T-5A y T-5B
177
178
con protecciones de 125A podría aterrizarse con un conductor Nº 6 AWG, sin embargo
considerando la distancia entre cada uno de estos tableros y el T-4G se recomienda utilizar
un 1/0 AWG para el T-5A y un Nº 2 AWG para el T-5B. En caso de que las distancias
excedan los 29m y 18m respectivamente, los calibres deben aumentarse.
4.11 Piso 6
En el sexto piso se detectaron los problemas principalmente en la barra principal y
en la Sala de Gestión.
En la barra de tierra principal del sexto piso se detectaron los mismos problemas
que en las anteriores, además el bastidor de los equipos de voz y datos instalados en el
ducto no está aterrizado. Por esto se recomienda instalar una nueva barra de tierra y nuevos
conductores de puesta a tierra con las terminales y rotulaciones adecuadas, guardando la
configuración PANI de la barra y a su vez respetando los radios de curvatura tanto en la
barra como en sus trayectos.
4.11.2 Sala de Gestión
En esta sala de encontraron bastidores sin aterrizar. Hay tres barras de tierra
instaladas en la sala, todas están conectadas a tierra en la Sala San Pedro Digital II en el
quinto piso. Ninguna de ellas se aprovecha al máximo. Además las conexiones en la barra
no están rotuladas y no se respetan los radios de curvatura mínimos para los conductores.
178
179
Se recomienda instalar una malla de tierra bajo el piso falso, para aterrizar tanto las
estructuras de soporte de este como los bastidores metálicos presentes en la sala. Dicha
malla debe ser conectada a la barra CGB1 derivada de la COGB6.
directamente a esta.
Los bastidores verticales de distribución y el bastidor de enlace de fibra óptica
deben ser conectados al pequeño anillo de tierra conectado a la barra.
que pertenecen, estos conductores corresponden a las posiciones 3, 4 de la barra, tal y como
se muestra en la siguiente imagen. Por tal motivo no se excluyeron del diagrama de
fuente.
179
180
En la Sala de Gestión se encontraron tanto equipos de transmisión como equipos de
electrónicos y equipos de cómputo. Por tal motivo se planteó la instalación tanto de una
malla bajo el piso como para los equipos electrónicos y los bastidores de estos y de los
equipos de cómputo como de un pequeño anillo interno de tierra instalado en las estructuras
de soporte de cables sobre los bastidores. De esta forma se evita que los equipos de
transmisión (equipos P) interfieran en la operación normal de los demás equipos (N). De
esta forma la tierra de estos equipos se comunican únicamente en la CGB1.
4.12 Piso 7
En el sétimo piso se detectaron problemas principalmente en la barra principal, en la
Celda Celular Alcatel y la Celda Celular Ericsson.
En esta barra de tierra, al igual que en las anteriores, los conductores no están
rotulados, no utilizan terminales de conexión adecuadas, no se respetan los radios de
curvatura mínimos para los conductores.
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Se recomienda instalar una nueva barra de tierra e instalar nuevamente los
conductores de puesta a tierra, guardando la configuración PANI de la barra y a su vez
respetando los radios de curvatura tanto en la barra como en sus trayectos, utilizar
terminales planas de doble ojo y rotular debidamente todos los conductores de tierra en
ambos extremos del mismo.
4.12.2 Celda Celular Lucent
En esta sala no se detectaron problemas serios en el sistema de puesta a tierra. Esta
cuenta con varios anillos en los que aterrizan los bastidores y equipos de la sala, sin
embargo por ordenamiento y por cumplir con las indicaciones dadas en el Capítulo 3 para
este tipo de equipos, se sugiere la instalación de un único anillo de tierra para aterrizar
bastidores y equipos.
4.12.3 Celda Celular Alcatel
Se encontraron canastas de cables sin aterrizar, además la barra de tierra de esta sala
se deriva de la barra de la Celda Celular Ericsson y no directamente de la principal.
Para esta sala se recomienda conectar directamente la barra a la barra principal de
este piso en la parte de productores y aterrizar las canastas de cables con un conductor Nº 6
AWG.
4.12.4 Celda Celular Ericsson
Se encontraron algunos bastidores sin aterrizar, tal es caso del banco de baterías #1.
Además las conexiones en esta barra son desordenadas, no se encuentran rotuladas, no se
181
182
respetan los radios de curvatura mínimos para los cables y no se encuentran instalados de
forma visible.
La barra de tierra se encuentra en medio de una división entre dos curtos, es decir la
mitad de la barra se encuentra en la sala y la otra mitad en la habitación adjunta.
Para esta sala se recomienda instalar una nueva barra, en una nueva ubicación en
donde no tenga problemas de obstrucción como la mencionada. Instalar un pequeño anillo
interno de tierra en donde pueden ser conectados los equipos presentes en la sala tal y como
lo disponga el fabricante, siempre respetando los radios de curvatura mínimos para los
conductores y debidamente rotulados.
que pertenecen, estos conductores corresponden a las posiciones 6, 7 y 8, tal y como se
muestra en la siguiente imagen. Por tal motivo no se excluyeron del diagrama de
fuente.
182
183
En lo que respecta a la Celda Celular Lucent, los equipos de los 8 bastidores
señalados como “Rutas” se encuentran aterrizados al bastidor. Sin embargo no se descarta
la opción de aterrizarlos directamente al anillo interno de tierra.
En cuanto a la celda celular Ericsson se sugiere la instalación de una anillo in terno
de tierra tal y como lo indica la guía para este tipo de equipos. De esta forma, este queda a
disposición para aterrizar tanto bastidores como equipos. Queda a criterio de los encargados
de dichos equipos aterrizarlos de esta forma o aterrizarlos directamente a la barra CGB3.
Por otra parte, en la barra de tierra principal se encuentra aterrizado el tablero T-7A,
sin embargo, este debe aterrizarse en la barra de tierra del tablero de donde proviene. Este
tablero se deriva del tablero T-4G y tiene una protección de 90A. Partiendo de su
protección, con conductor de tierra Nº 8 AWG es suficiente, sin embargo, considerando la
distancia entre ambos tableros, se recomienda utilizar un conductores 2/0 AWG.
183
184
CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones
La mayoría de los problemas en los sistemas eléctricos son producto de malos
diseños, la no utilización o mala interpretación de normativas.
Este tipo de situaciones se deben evitar en todo momento ya que no solo se pone en
juego la integridad de los equipos e infraestructuras sino integridad física y la vida de las
personas que se encuentran en contacto con ellas.
Un factor importante es que las distintas normativas y publicaciones similares se
redactan para casos que se podrían llamar ideales, en los cuales se cuenta con un
ordenamiento adecuado de equipos etc. Sin embargo este tipo de situaciones son muy
difíciles de obtener y más aún si se trata de instalaciones ya existentes. Por tal motivo antes
de aplicar las normativas al pie de la letra y obtener como resultado un sistema difícil de
comprender entre otros aspectos negativos, el ingeniero debe hacer un análisis de las
condiciones en las que se encuentran los distintos sistemas y adaptar los lineamientos de tal
forma siempre se obtenga un sistema de puesta a tierra adecuado.
Se debe garantizar un plano equipotencial de referencia para toda la instalación y así
de esta forma se evitan las tensiones de toque y de paso en cualquier punto de la
instalación, para no poner en riesgo al personal ni a los equipos.
Los sistemas de puesta a tierra facilitan la operación de los dispositivos de
protección de sobrecorriente de los equipos, con esto se evita que una persona que haga
contacto con un equipo que se encuentra en condiciones de falla, se vea seriamente dañada
por electrocutamientos.
184
185
Otras ventaja de que los dispositivos de protección se activen rápidamente es que
las condiciones de falla se eliminan y se previene la formación de incendios
Para tener un sistema de puesta a tierra efectivo se debe garantizar la integridad del
mismo. Se deben garantizar trayectorias directas, evitando curvaturas excesivas para
minimizar la inducción en los conductores.
Se deben evitar la formación de lazos, máxime si un equipo forma parte de este. En
algunos casos es prácticamente imposible evitar la formación de estos, principalmente
cuando
interactúan
equipos
alimentados
de
los
tableros
AC
y
equipos
de
telecomunicaciones. Sin embargo hay otra condición que si es posible evitar y es la
formación de lazos al aterrizar los tableros a las barras de tierra para equipos, ya que en
condiciones de falla una componente de la corriente de falla tiende a circular a través del
lazo y no hacia la fuente o tablero principal que lo alimenta. Mientras que al aterrizar dicho
tablero a la tierra del t ablero principal la corriente de falla circula a través de sus
protección, facilitando su activación y evitando la circulación de corrientes peligrosas a
través de los equipos.
Otro factor importante para garantizar la efectividad de un sistema de puesta a tierra
es que tenga la capacidad de conducir de forma segura la peor de las condiciones de
cortocircuito de la instalación. Esto para evitar la destrucción de los conductores de puesta
a tierra en condiciones de falla.
Al seguir los distintos ordenamiento para el diseño e instalación de sistemas de
puesta a tierra se busca obtener una especie de cableado estructurado de tierra, de tal forma
que sea fácil entender su distribución, mantenimiento y modificaciones futuras.
185
186
Debido a las limitaciones en los alcances del proyecto, no se contemplaron los
sistemas de pararrayos, sistemas de electrodos de puesta a tierra y los grupos electrógenos.
Por tal motivo, es indispensable para garantizar una solución integral a los
problemas en el sistema de puesta a tierra de la central de telecomunicaciones del ICE San
Pedro, hacer un estudio de las condiciones actuales del sistema de electrodos del edificio,
ya que éste es bastante viejo, muestra señales de deterioro graves como la oxidación en los
conductores de los electrodos conectados a la barra de tierra de la subestación principal.
Además, se debe hacer un estudio de la resistencia a tierra del mismo y así determinar si se
requieren electrodos adicionales o algún otro tipo de modificación.
También se debe hacer un estudio del área de cobertura del sistema de pararrayos
actual y determinar si se requiere la instalación de más puntas o una modificación total
mismo. Además se deben verificar las condiciones de éste ya que aparenta estar bastante
deteriorado.
En el caso de los grupos electrógenos se debe hacer un estudio de la nueva
ubicación que se les van a dar al construir la Torre de Energía, verificar la forma en la que
se van a conectar y la configuración utilizada para el conductor neutro de estas en las
transferencias y determinar si se trata de sistemas derivados separadamente o no y así
determinar la forma más adecuada en la que deben ser conectados a tierra.
También se debe verificar que los conductores bajantes, anillos de tierra de la torre
o los sistemas de pararrayos, no hagan contacto con las láminas de zinc del techo del
edificio conocido como “edificio viejo” ya que se pueden establecer trayectorias a tierra a
través de la estructura metálica del edificio y con esto podría conducirse parte de la
186
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corriente de una descarga atmosférica hacia el interior del edificio. Y esta es una condición
que se debe de evitar ya que puede ser muy perjudicial para los equipos y letal para las
personas.
Por último, es recomendable estudiar las condiciones de humedad de la galería de
cables, ya que a simple vista se aprecia que los niveles de humedad son bastante altos, lo
cual causa un deterioro acelerado de las estructuras metálicas que soportan los conductores
que entran y salen del edificio, además, afecta la resistencia de los conductores de puesta a
tierra ya que los puntos de conexión se oxidan.
187
188
BIBLIOGRAFÍA
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190
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APÉNDICES
APENDICE A: Descargas atmosféricas
Generalidades
Según estudios realizados tanto en Europa como en Estados Unidos, una descarga
atmosférica puede alcanzar temperaturas superiores a los 30.000 ºC y duran aproximada de
una millonésima de segundo y su diámetro visible es de apenas varios centímetros.
Se pueden presentar de forma vertical u horizontal, las descargas verticales alcanzan
longitudes aproximadas entre 5 y 7 Km., mientras que las horizontales alcanzan longitudes
alrededor de los 16 Km. Además sus velocidades oscilan entre 30.000km/s a 100.000 km/s.
Pueden alcanzar los 350kA y la diferencia de potencial entre una nube cargada y
tierra, antes de la descarga llega a valores de millones de volts.
Una nube es una masa visible formada por cristales de nieve o gotas de agua
suspendidas en la atmósfera. Estas formaciones dispersan la luz visible, motivo por el cual
generalmente se ven de color blanco. Sin embargo, algunas veces son muy gruesas o densas
y la luz no las puede atravesar y toman tonalidades grises o negras. [27]
La Organización Meteorológica Mundial clasifica a las nubes en distintos tipos, sin
embargo, solo uno de ellos es capaz de cargarse eléctricamente, el “Cumulonimbus” [19].
Que son de gran desarrollo vertical, formadas por columnas de aire cálido y húmedo que se
elevan en forma de espiral rotatoria. Generalmente sus bases se encuentran
aproximadamente a 2 Km. de altura y la cima puede alcanzar los 20 Km. de altitud.
191
192
Cuando estas nubes están cargadas de gotitas de agua y estas empiezan a aumentar
de tamaño y peso, también empiezan a cargarse eléctricamente, debido a fenómenos
vinculados con el campo eléctrico terrestre y captación de iones, dándose una separación de
cargas positivas negativas dentro de la nube. Además debido a vientos que acompañan a
estas nubes, se frotan con otras nubes, acumulando cargas electrostáticas muy poderosas.
Generalmente, los cristales cargados positivamente tienden a ascender, lo que hace
que la capa superior de la nube acumule una carga electrostática positiva. Mientas que los
cristales cargados negativamente, los granizos y pequeñas gotitas de agua caen a las capas
del centro y del fondo de la nube, que acumula una carga electrostática negativa,
comportándose como dipolo. Estas nubes, debido a que se desplazan sobre el suelo, pueden
cambiar de polaridad, de esta forma, la base de la nube estaría cargada positivamente y el
suelo negativamente.
La generación de la descarga
En el proceso de generación de una descarga eléctrica influyen muchos factores,
tres de ellos son las nubes, la tierra y el aire que realiza el papel de dieléctrico.
Las cargas inducidas en el interior de la nube inducen otras cargas debajo de ella,
del mismo signo de las ya existentes, aumentando la cantidad de cargas y por ende la
diferencia de potencial nube-tierra. Este proceso continúa, hasta alcanzar niveles de tensión
muy altos hasta que se supera la rigidez dieléctrica del aire y se inicia la descarga eléctrica.
192
193
Una vez iniciada la chispa en uno de los polos cargado negativamente, ya sea la
tierra o la nube, comienza a avanzar en tramos, siempre buscando el camino de menor
impedancia del aire, debido a la ionización del mismo. Cuando la proximidad de esta
chispa con el otro polo es tal que se rompe la rigidez dieléctrica del aire, salta una chispa
cargada positivamente a su encuentro. Una vez que estas se unen, formando un camino de
aire ionizado (plasma) entre la tierra y la nube, creándose así un cortocircuito de varios
cientos de millones de volts y una intensa corriente en sentido inverso. Por otro lado,
cuando iones positivos llegan a la nube, se produce un chisporroteo que neutraliza las
cargas eléctricas. Esta neutralización continúa hasta que la corriente sea neutralizada.
Efectos negativos de una descarga atmosférica
Si no se cuenta con un adecuado sistema de proyección contra este tipo de evento,
la propagación de la corriente que estos generan, pueden tener múltiples consecuencias
negativas. Motivo por el cual, estos sistemas y los sistemas de puesta a tierra forman parte
importante de un sistema eléctrico de un edificio.
Entre los principales efectos negativos producidos por una descarga atmosférica
destacan los efectos electrodinámicos inducidos, electrocutamientos, efectos térmicos y
producción de sobrecorrientes.
En cuanto a efectos electrodinámicos, un rayo es capaz de generar diferencias de
potencial muy grandes y corrientes inducidas sobre elementos conductores situados dentro
193
194
de su campo de acción. A su vez, puede producir fuerzas mecánicas inducidas capaces de
provocar deformaciones en distintos materiales.
Al producir grandes corrientes inducidas en objetos conductores, cabe la posibilidad
de que una persona llegue a hacer contacto con esta y ser electrocutado de forma letal, ya
que para el ser humano, basta con una pequeña corriente de aproximadamente 30mA para
causar efectos de fibrilación y muy posiblemente la muerte. Es claro, que el impacto de un
rayo sobre un ser humano es letal. Sin embargo, no necesariamente debe caer directamente
sobre una persona para ser peligrosa, ya que aunque este sea descargado a tierra, la
dispersión de la corriente sobre esta, puede causar tensiones de paso peligrosas para una
persona ya que pueden provocar quemaduras o interrupciones respiratorias y cardiacas.
Además una descarga atmosférica es capaz de producir sobretensiones en los
sistemas eléctricos, perjudicando a todos los equipos o cargar que estos alimentan.
194
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APENDICE B: Voltajes transitorios
La creciente utilización de dispositivos sensibles hace que cada vez sea mayor la
vulnerabilidad ante este tipo de alteraciones en la tensión, ya sea por factores internos o
externos. Dentro de las anomalías transitorias causadas en la tensión, la que más daños
pueden llegar a causar, son las diferentes formas de ondas que adopta la tensión.
Los voltajes transitorios, generalmente causan la destrucción de los componentes
eléctricos y electrónicos, a la vez reducen su confiabilidad y buen funcionamiento.
Las principales causas de las sobretensiones transitorias son, las descargas
atmosféricas, tal y como se mencionó anteriormente, los transitorios por interrupciones del
servicio eléctrico, distorsiones causadas por otros usuarios del servicio y distorsiones
creadas por plantas de generación eléctrica internas.
Las sobretensiones transitorias de origen atmosférico son las que más daños causan,
debido a los grandes niveles de energía alcanzados en periodos de tiempos muy cortos. A
su vez, estas pueden ser provocadas de distintas formas, por el golpe de rayo directamente o
por inducción sobre la red eléctrica ya sea del suministro eléctrico o de telecomunicaciones
o por aumentos momentáneos en el nivel de potencial de la tierra física.
195
196
Sobretensiones por conducción
Cuando una descarga atmosférica cae sobre una línea eléctrica, la corriente
descargada puede propagarse a través de la línea y es capaz de alcanzar instalaciones
eléctricas a varios kilómetros de distancia.
Sobretensiones por inducción
Todos los elementos metálicos localizados dentro de en un perímetro cerca del
punto de impacto de la descarga, se comportan como antenas que captan las fuertes
variaciones de la expansión electromagnética provocada por el rayo mediante inducción.
Esto produce la aparición de sobretensiones y corrientes transitorias en la red
eléctrica, afectando los equipos conectados a ella. Los daños que estas causan son
proporcionales a la potencia y a la cercanía del equipo al lugar de impacto del rayo.
Sobretensión por elevación de potencial en tierra
En el momento en que cae un rayo sobre tierra, en las cercanías de un edificio, la
energía del mismo se dispersa a través de un plano equipotencial de tierra, esta dispersión
de energía puede incrementar el nivel de potencial del sistema de puesta a tierra de la
instalación a la cual están conectadas todos los sistemas de distribución de energía y los
equipos que alimentan, también las carcasas metálicas de los equipos que por seguridad se
aterrizan.
196
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Si no se cuenta con los dispositivos de protección adecuados, estos aumentos en el
nivel de potencial generan fuertes corrientes transitorias que pueden ser muy destructivas y
peligrosas.
Este fenómeno también se presenta cuando u rayo descarga a tierra por medio de un
pararrayos y su respectivo sistema de puesta a tierra, ya que estos liberan la energía del
rayo a tierra y esta puede llegar a alcanzar otros sistemas de puesta a tierra y provocar
elevaciones en el nivel de potencial de estos.
El servicio eléctrico se considera como la segunda fuente de daños potenciales o
destrucción de instalaciones eléctricas y equipos a causa de de tensiones transitorias.
Principalmente estas son ocasionadas por rayos sobre las líneas eléctricas.
Los circuitos de datos y de telecomunicaciones que entran a un edificio también son
capaces de introducir tensiones transitorias, que pueden causar daños a través de las líneas
telefónicas. Este tipo de sobretensiones toma mucha importancia en el caso de edificios en
los cuales hay centrales telefónicas y de telecomunicaciones, ya que la cantidad de cables
de este tipo es muy grande y por ende el riesgo de sufrir un evento de este tipo es mayor.
Los voltajes transitorios introducidos a través del servicio eléctrico pueden llegar a
alcanzar corrientes superiores a los 50 000 A y voltajes tan altos que pueden causar fallas
del aislamiento en conductores, transformadores, paneles, interruptores y en el equipo
electrónico y peor aún, arcos eléctricos dentro de equipos, gabinetes de interruptores
197
198
principales y tableros de distribución dentro del edificio, quemándose cualquier cosa en su
trayectoria y causando fallas masivas en el sistema de la distribución.
Con la finalidad de protegerse de estas perturbaciones, se han desarrollado distintas
tecnologías capaces de limitar la tensión a niveles seguros. Dentro de las tecnologías
desarrolladas, las dos más sobresalientes son los diodos de avalancha de silicio (SAD) y los
varistores de óxido de metal (MOV).
198
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APENDICE C: Interferencia electromagnética
La interferencia electromagnética (EMI) también conocida como ruido eléctrico es
la perturbación o degradación de la operación de un dispositivo, circuito, sistema eléctrico,
electrónico causado por una fuente externa. Esta puede ser natural o artificial, siempre y
cuando posea corrientes eléctricas que cambien rápidamente, tales como circuitos eléctricos
y electrónicos, el Sol, auroras boreales, descargas atmosféricas, entre otras. Entre esta
fuente y el objeto afectado se da un acople, que puede ser de tipo capacitivo o inductivo o a
través de una impedancia compartida.
Hay dos tipos de interferencias electromagnéticas, las intencionadas y las no
intencionadas. Las interferencias intencionadas son causadas por señales emitidas con la
finalidad de interferir comunicaciones u operación de equipos eléctricos y electrónicos. Las
no intencionales son aquellas causadas por señales emitidas con otro fin. generalmente por
sistemas de telecomunicaciones, que accidentalmente generan este efecto; y por señales
emitidas no intencionalmente por equipos electrónicos durante su funcionamiento normal,
sistemas de conmutación, descargas electrostáticas, motores de inducción, etc.
Otra forma de clasificarlas es por la forma en la que se acoplan el objeto y la fuente
de la interferencia, puede ser por medio de radiación electromagnética o por conducción.
Los distintos avances tecnológicos y la miniaturización de los distintos dispositivos
electrónicos han hecho de estos cada vez más sensibles y vulnerables a estas
perturbaciones. Lo factores anteriores cada vez toman mayor importancia con el
199
200
crecimiento del mercado y la alta competitividad que se acrecienta día a día y más aún en el
área de las comunicaciones o de procesamiento de datos en las que la continuidad,
seguridad y calidad del servicio son indispensables.
El hecho que un dispositivo en operación normal interfiera en la operación de otro
se debe a que no son magnéticamente compatibles. Actualmente, la Compatibilidad
Electromagnética (CEM) de los dispositivos, equipos electrónicos y de telecomunicaciones
es una de las principales exigencias en cuanto a calidad a nivel mundial.
La capacidad destructiva de la interferencia electromagnética está sujeta a:
•
Nivel de la perturbación, que depende de la magnitud y forma de onda, rango de
frecuencias en las cuales se presenta, la energía que contiene, la duración etc.
•
La susceptibilidad del receptor, que es la capacidad de un dispositivo o equipo
eléctrico o electrónico para generar una respuesta no deseada cuando es sometido a una
perturbación electromagnética, que está sujeta a las condiciones de diseño de
dispositivo, a la respuesta en frecuencia, la presencia de elementos de protección,
materiales que lo constituyen, etc.
•
Las condiciones en las cuales se dio el acoplamiento entre el objeto y la fuente, ya
sea mediante conducción o por radiación electromagnética. También las características
propias de este medio y los distintos factores atenuantes que se encuentren presentes.
200
201
Métodos de evitar la interferencia electromagnética
Una forma de evitar los efectos negativos de la interferencia electromagnética es la
utilización de un condensador de desacople cerca de cada dispositivo activo conectados a
una misma fuente de alimentación. Otra forma es controlar los tiempos de subida de señales
de alta velocidad. Además de estos, existen otros métodos más sofisticados y complejos,
como por ejemplo utilizar blindaje en los dispositivos.
Un factor importante que puede modificar la magnitud de las consecuencia de la
interferencia electromagnética es la altura a la que se encuentre el dispositivo por encima de
del plano de tierra y la longitud de los conductores de alimentación en relación a la longitud
de onda de la señal causante de la interferencia, ya sea el tono fundamental, los armónicos o
los transitorios. A bajas frecuencias, la interferencia generalmente es causada por cables de
datos. El ruido de radiofrecuencia que estos causan, llega al plano de tierra y se acopla con
los cables transportadores de distintas señales a través de los pines de Vcc de alimentación
y tierra como ruido de modo común, motivo por el cual el apantallamiento no funciona.
Por otra parte, cuando se trata de señales alta frecuencia, los trazos son más largos
eléctricamente y muy por encima del plano de masa. A estas frecuencias, es recomendable
la modificación de las formas de onda con resistencias en serie y aislar las trazas entre los
planos. Si esto no es suficiente se pueden blindar los dispositivo.
Actualmente, en la mayoría de los países, existen normativas que exigen que los
dispositivos sean capaces de operar correctamente aunque se encuentren bajo la influencia
201
202
de una determinada cantidad de interferencia electromagnética y a la vez no deben interferir
en la operación de otros dispositivos que se encuentren cerca de este.
La interferencia electromagnética suele causar más problemas en dispositivos con
tecnologías antiguas, tales como modulación en amplitud analógica, los cuales no cuentan
con dispositivos para diferenciar las señales originales de las no deseadas, siempre que se
encuentre dentro del mismo ancho de banda. Los nuevos dispositivos de radio cuentan con
mejoras para la selectividad de señales. Por otro lado, en sistemas de transmisión digital se
utilizan técnicas de corrección de errores.
Una técnica llamada “espectro ensanchado” inicialmente se utilizaba para fines
militares, pero actualmente es de dominio público. Con estas técnicas, logran combatir la
interferencia electromagnética en las señales de comunicaciones tanto analógicas como
digitales. Ejemplo de la aplicación de estas técnicas son las UMTS, Wi-Fi. Hoy en día, el
ejemplo más avanzado de espectro ensanchado digital es la técnica “ultrawideband”
(UWB), la cual utiliza una porción del espectro electromagnético con bajo nivel de señal
para transmitir datos digitales a altas velocidades.
Fuentes de interferencia electromagnética
El ruido en las líneas eléctricas es uno de los problemas más comunes y las fuentes
que la causan son múltiples. Entre las cuales se tienen:
•
Interrupción de cargas
•
Transmisión de estaciones de Radio y canales de TV
202
203
•
Puesta a tierra de los equipos pobre o nula.
•
Descargas atmosféricas.
•
Motores eléctricos funcionando cerca de equipo electrónico sensible.
De las fuentes de interferencia anteriormente, las descargas atmosféricas es una de
las más importantes. Estas generan “pulsos electromagnéticos (EMP)” producto de la
variación del campo electrostático en una tormenta eléctrica. De esta forma cualquier
dispositivo, en especial un conductor eléctrico que se encuentre suspendido sobre la tierra,
se encuentra inmerso dentro de un campo electrostático y es cargado con un nivel de
potencial que depende de la altura a la que se encuentre. Por ejemplo las líneas de
transmisión o de teléfono suspendidas sobre la tierra en un campo electrostático durante
una tormenta, pueden alcanzar un potencial de cientos de miles de volts con respecto a
tierra. De esta forma cuando la descarga ocurra, dicha carga se moverá, buscando un
camino hacia tierra. En este instante, si no se cuentan con los dispositivos de protección
adecuados, esta descarga destruirá todos los dispositivos que se encuentre a su paso. En el
proceso de generación de la descarga, antes de que el paso líder llegue a tierra, una chispa
salta desde el suelo a su encuentro. En el momento en que se encuentran una gran cantidad
de energía fluye a través de la trayectoria demarcada, en este instante, el rayo de retorno
actúa como una onda viajera gigante, generando poderosas ondas de pulsos
electromagnéticos.
203
204
APÉNDICE D: Consideraciones de una descarga eléctrica en una persona
El principal motivo por el cual un sistema se conecta a tierra es por seguridad de las
personas. Por esta razón el NEC exige que todos los sistemas eléctricos se conecten a tierra,
solo en muy pocos casos y bajo ciertas condiciones se le permite a un sistema operar sin
estar aterrizado.
La preocupación por la seguridad de las personas se debe a la vulnerabilidad del ser
humano a descargas eléctricas. Cuando una persona se expone a una descarga eléctrica, la
que causa el mayor daño es la corriente, sin embargo, cuando es una descarga a alto voltaje,
tanto la corriente como el voltaje son muy perjudiciales.
Debido al efecto Joule, con el paso de corriente se genera gran cantidad de calor,
produciendo serias quemaduras según la magnitud de la corriente.
El voltaje en un circuito eléctrico es homólogo a la presión en el cuerpo humano,
por lo tanto, es capaz de producir explosiones. Por lo general, cuando una persona se
expone a una tensión muy alta, produce una explosión en el punto donde la corriente sale
del cuerpo. Además, entre mayor sea la tensión, mayor será corriente que circule a través de
la persona.
Comúnmente, se establece que una tensión de 30Vrms a 60Hz. es la tensión
máxima de seguridad para el contacto humano, ya que una tensión mayor puede causar
daños importantes y hasta la muerte. Sin embargo, cuando se trata de impulsos de corta
duración a alta frecuencia, el ser humano es capaz de tolerar voltajes mayores. Esto se debe
204
205
a que la impedancia depende de la frecuencia y al aumentar esta, también aumenta la
impedancia u oposición al paso de corriente a través del cuerpo.
La severidad de la descarga en el cuerpo humano se determina por tres factores:
•
La trayectoria que tome la corriente al atravesar el cuerpo.
•
El tiempo durante el cual se está expuesto a la descarga.
•
La cantidad de corriente que fluye a través del cuerpo.
El cuerpo humano se comporta de forma muy similar a un conductor eléctrico,
donde su interior es la parte conductora ya que en su mayoría está compuesto por agua
salada, con la diferencia de que su ampacidad es mucho menor, ya que la cantidad de
corriente que es capaz de conducir sin recibir daño es muy pequeña, a tal punto, que una
corriente de 80 miliamperios puede ser mortal.
Tensión de paso y tensión de contacto
El hecho de que un equipo se encuentre aterrizado, no quiere decir que no sea
peligroso. Esto porque en la práctica, la impedancia de un sistema de puesta a tierra no es
cero, lo que origina que siempre exista una pequeña diferencia de potencial entre las
estructuras aterrizadas del equipo y el suelo. Estas diferencias de potencial incrementan
cuando el sistema eléctrico se encuentra en condiciones de falla a tierra o cuando se dan
desbalances excesivos en las fases de un sistema trifásico.
Por ejemplo, cuando una persona camina sobre la superficie del suelo, cercano o
sobre una malla de tierra o un sistema de electrodos de tierra y en ese instante se descarga
205
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una corriente de falla, el potencial del suelo cerca de los electrodos cambia, por lo que la
persona experimentaría una diferencia de potencial entre sus piernas. Este gradiente de
potencial producirá que una corriente circule a través de las piernas de la persona. Esto es
lo que se conoce como “tensión de paso”.
Por otra parte, cuando una persona toca una estructura energizada, que se encuentra
a una tensión diferente a la de tierra, se verá sometido a una diferencia de potencial que
producirá que una corriente circule a través de su cuerpo. A este tipo de tensiones se les
denomina “tensión de contacto”.
Figura Ap.1. Tensión de contacto y tensión de paso. [03]
206
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APÉNDICE E: Electrodos de Puesta a Tierra
Distintas configuraciones de los electrodos de tierra
De los electrodos descritos anteriormente, el más utilizado es la varilla de cobre,
debido a su bajo costo en relación con los otros electrodos y por su fácil instalación. Una de
las principales ventajas es que puede estar en contacto con distintas capas de la tierra,
haciendo que la resistencia entre este y tierra sea menor al estar en contacto con estratos
húmedos. Si no se logra alcanzar la resistencia a tierra deseada, se pueden instalar varios
electrodos conectados entre sí, dispuestos en distintas configuraciones, espaciados a una
distancia preferiblemente igual a la longitud de los electrodos, siempre que ésta no sea
menor a la mínima exigida por el código.
Cuando dos o más electrodos de tierra se encuentran eléctricamente unidos, deben
ser considerados como uno solo. Además, conforme se aumente la separación entre ellos
aumenta su eficiencia.
Las distintas configuraciones entre los electrodos son útiles para poder alcanzar el
nivel de resistencia a tierra deseado según la aplicación, una vez estudiado el suelo en el
cual se va a instalar dicho sistema.
Es importante mencionar que la reducción en la resistencia a tierra no es
proporcional al número de electrodos. Si se considera el valor de la resistencia a tierra
ofrecida por un solo electrodo como el 100% de la resistencia, el hecho de utilizar dos
electrodos en línea, ésta se reduce a un 55%. Si se utilizan tres electrodos en forma de delta,
207
208
la resistencia se reduce al 38%, mientras que si se utilizan tres electrodos en línea se reduce
al 35%. Si se utilizan cuatro electros en paralelo la resistencia se reduce al 28%, mientras
que con ocho electrodos se reduce al 16%.
Variación de la resistencia a tierra de un electrodo cilíndrico
La resistencia a tierra de un electrodo de sección circular se ve reducido al
incrementar su diámetro, sin embargo, existe un límite en el prácticamente no se reduce la
resistencia con los aumentos en la sección transversal del electrodo, tal y como se muestra
en la siguiente figura.
Figura Ap.2. Variación de la resistencia de un electrodo en función del diámetro. [03]
En la gráfica anterior se puede ver en dicha prueba, al aumentar duplicar el diámetro
de la varilla, la resistencia se redujo un 11%, mientras que al aumentarlo 20 veces, apenas
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se redujo un 47,4%, por lo que se puede afirmar que aumentar el diámetro de un electrodo
para reducir la resistencia a tierra no es una buena práctica por el costo del material.
Por otro lado, si en lugar de aumentar la sección transversal se aumenta la
profundidad alcanzada por el electrodo al aumentar su longitud. Esta variación de la
resistencia con respecto a su longitud se muestra en la siguiente gráfica, que corresponde a
una prueba realizada bajo las mismas condiciones de la prueba anterior. Se puede ver que al
aumentar la longitud de un electrodo de un metro a dos metros, la resistencia se ve reducida
en aproximadamente un 43%, haciendo de ésta práctica una mejor opción para reducir la
resistencia a tierra de electrodo.
Figura Ap.3. Variación de la resistencia de un electrodo en función de la longitud. [03]
En ésta gráfica se puede ver que el hecho de aumentar la longitud más de los 3m o
4m, la disminución de la resistencia a tierra es prácticamente despreciable.
209
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APÉNDICE F: Medición de la resistencia a tierra
Para medir la resistencia a tierra, generalmente se utiliza un instrumento conocido
como “Megger”. Este puede ser analógico o digital, además existen varias versiones que
dependen de la configuración de tres o cuatro electrodos.
En estos dispositivos, al realizar una prueba con una muestra de terreno, los efectos
inductivos y capacitivos, son prácticamente despreciables, por lo que dicho instrumento
solo determina el efecto resistivo, a menos que la prueba se realice bajo ciertas condiciones
en las que duchos efectos si son significativos, tal es el caso en el que el conductor
enterrado sea de gran longitud, el conductor se instale sobre rocas con alta resistencia o
para descargas con frente de onda con frentes de onda de corriente muy escarpadas.
En fin, los electrodos auxiliares del equipo de medición inyectan una corriente en la
sección del terreno en la que se realiza la prueba y determinan cualquier elevación del nivel
de potencial. A partir de estos datos, por medio de la “Ley de Ohm” determina el valor de
la resistencia del electrodo o malla.
La resistencia de un electrodo se compone de la resistencia del metal que lo
conforma y su conexión, la resistencia del área de contacto de la tierra que lo rodea y la
resistencia en la tierra circundante para el flujo de corriente o resistividad del terreno.
La resistencia a tierra de un electrodo o grupo de electrodos del tipo varilla,
generalmente se expresa con la siguiente expresión:
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P=
ρ   4L  
ln  − 1
2πL   r  
(AP-F-1)
donde “R” es la resistencia entre la varilla y el terreno (Ω), “L” es la longitud de electrodo
de tierra (m), “r” es el radio de la sección transversal del electrodo (m) y “ρ” es la
resistividad promedio del terreno (Ω.m).
Al realizar las mediciones de la resistencia a tierra de uno o varios electrodos de
puesta a tierra se deben de tomar en cuenta las siguientes recomendaciones [03]:
Determinar por medio de un amperímetro de gancho si hay corriente eléctrica en los
conductores del electrodo de tierra. Si ésta existe, se debe considerar como un sistema de
tierra bajo tensión. Aquella corriente que provenga de la fuente de alimentación principal se
debe a una mala conexión en el sistema, una mala instalación o una condición de falla.
•
Se debe desconectar la energía del sistema o equipo.
•
Desconectar o aislar el electrodo del resto del sistema.
•
Cuando no es posible interrumpir el suministro de energía, se debe instalar otro
electrodo de tierra en paralelo, de tal manera que al desconectar el primero para
realizar la prueba, el segundo tome las funciones que tenía el primero inicialmente.
•
Se deben de utilizar los equipos de protección adecuados, tales como guantes
aislantes y zapatos con suela de hule que sean apropiados para este tipo de trabajo y
pararse sobre una tarima aislante o tapete de hule.
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Método de los tres puntos
Los equipos de medición de la resistencia a tierra usan el principio de caída de
tensión de circulación de corriente alterna entre un electrodo auxiliar y el electrodo de tierra
que se está probando. Dichas mediciones se expresan en Ohms y representan la resistencia
desde el electrodo que se está probando al punto de tierra seleccionado como referencia.
En la siguiente figura se ilustra el modo de operación de estos dispositivos, donde
este registra la diferencia de potencial entre las varillas X y Y por medio de un voltímetro y
la corriente entre X y Z por medio de un amperímetro.
Figura Ap.4. Medición de la resistencia a tierra. [03]
Los electrodos del equipo de medición deben ser enterrados en el terreno que se va
a estudiar, se deben de colocar de forma colineal a partir del electrodo de prueba o a partir
del perímetro del área del sistema, placa o malla en forma radial o perpendicular.
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La mejor forma de obtener una buena medición de la resistencia a tierra es cuando
la varilla auxiliar Y mostrada en la figura anterior, se encuentra fuera del área de resistencia
efectiva de los electrodos de los puntos X y Z. Si la varilla auxiliar Y se encuentra dentro
de estas regiones los valores de resistencia medidas pueden variar considerablemente. En
estas condiciones, los valores de resistencia de tierra medidos no son exactos. Estas
variaciones se muestran en la siguiente figura.
Figura Ap.5. Mala ubicación del electrodo auxiliar de medición “Y”. [03]
Por otro lado, cuando el electrodo o varilla auxiliar Y se encuentra fuera de las áreas
de resistencia efectiva de los electrodos X y Z, al mover el electrodo Y, las variaciones de
las lecturas son mínimas. Bajo estas condiciones, se debe buscar la posición de Y en la que
la diferencia de potencial registrada sea prácticamente constante, por lo general cerca del
62% de la distancia entre las varillas X y Z.
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Figura Ap.6. Ubicación correcta del electrodo auxiliar de medición “Y”. [03]
A partir de estas limitaciones, se creó el método conocido como el “método del
62%”. Éste es uno de los métodos más precisos, pero está limitado por el hecho de que es
una sola medición y se aplica solo cuando los tres electrodos están en línea recta y se desea
medir la resistencia de un electrodo individual, tal como una placa, un tubo o una varilla, tal
y como se muestra en la siguiente figura.
Figura Ap.7. Medición de resistencia a tierra por el método del 62%. [03]
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Método de los cuatro puntos
Al método de las cuatro puntas, también se le conoce como el método de Wenner en
honor a Frank Wenner que lo desarrolló [03].
Éste método consiste en la inserción de cuatro varillas en el terreno que se va a
estudiar, éstas se instalan igualmente espaciadas en línea. El equipo de medición que cuenta
con un generador de corriente continua inyecta una corriente entre los electrodos de los
extremos. La caída de tensión que está en función de la resistencia del terreno, es medida
entre los electrodos cercanos. Al mismo tiempo, el equipo determina la lectura de la
resistencia. La resistividad del terreno (ρ) se puede determinar al sustituir en la ecuación
siguiente.
ρ=
4πaR
1+
(a
2a
2
+ 4b 2
)
−
(a
a
2
+ b2
(AP-F-2)
)
donde “R” es la resistencia en Ohms (Ω), “a” es la longitud entre los electrodos en metros
(m), “b” es la profundidad del electrodo en metros (m) y la resistividad “ρ” en Ohms-metro
(Ω.m). En la siguiente figura se ilustra este instrumento de medición.
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Figura Ap.8. Medición de resistencia por el método de Wenner. [03]
Para determinar la resistividad de un área de terreno de forma rectangular de
longitud L y ancho A, se deben realizar mediciones en las direcciones indicadas en la
siguiente figura. Para estas mediciones, se debe colocar el equipo en el centro del terreno y
realizar mediciones con espaciamiento de 2 metros entre las varillas, luego de 3 metros y
así sucesivamente hasta cubrir la longitud total en cada una de las direcciones.
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Figura Ap.9. Direcciones recomendadas para la medición de la resistividad [03]
A partir de estas mediciones, se grafican diferentes curvas de resistividad del
terreno para determinar el grado de homogeneidad del terreno, mientras que para
determinar la resistividad promedio del terreno, se saca un promedio de las resistividades
medidas en las cuatro direcciones cuando la separación entre los electrodos es
recomendablemente de cuatro metros.
Medidor de resistencia a tierra tipo gancho
Este es un instrumento digital muy práctico y fácil de utilizar. Opera con señales
con frecuencias aproximadas a los 800Hz y existen con o sin memoria o lecturas
consecutivas, con rangos de operaciones. Algunos tienen la limitación de que no pueden
medir valores de resistencia menores a 1Ω.
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Son muy útiles en sistemas de puesta a tierra ya existentes, ya que con ellos, se
pueden realizar mediciones periódicas de la resistencia a tierra del sistema y así determinar
su comportamiento en función de la vida útil. Además, se recomienda que estas mediciones
se realicen en la época seca o verano, cuando los niveles de humedad de la tierra son
mínimos y la resistencia del terreno en aumenta considerablemente.
Figura Ap.10. Medición de la resistividad de la tierra con medidor de gancho [03]
Por otro lado, si se compara entre los tres equipos descritos anteriormente, es más
recomendable la determinación de la resistividad por el método de las cuatro puntas.
Además Se recomienda que éste tipo de mediciones se realicen a las horas en las que las
temperaturas del día son más críticas o calurosas.
En caso de utilizar los métodos de tres o cuatro puntas, se debe tener especial cuidado en
que todos los electrodos se encuentren a la misma profundidad. Por otro lado, cuando el
terreno tiene un nivel friático bajo se recomienda no enterrar las varillas con mucha
profundidad y separarlas a distancia pequeñas.
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ANEXOS
ANEXO 1: Corrientes que resisten los conductores
Figura Anexo 1. Curvas de corrientes máximas que soportan los conductores [15]
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ANEXO 2: Planos
Debido al grado de detalle de los planos, no fue posible imprimirlos de un tamaño
adecuado para incluirlos en este documento. Por tal motivo se recomienda consultar la
versión digital de los planos en el disco compacto adjunto.
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Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

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