SISTEMA PUESTA A TIERRA

El sistema de puesta a tierra de cualquier sistema eléctrico de alta tensión es la base para la protección personal, contra rayos y EMC. Por lo tanto, debe planificarse y dimensionarse cuidadosamente, diseñarse correctamente y después proceder a su puesta en servicio conforme a las normas aplicables. Puesto que el acceso a los sistemas de puesta a tierra no suele ser sencillo, generalmente no se les presta la atención que requieren y se merecen.
En prácticamente todos los países existen normas que estipulan la comprobación del sistema de puesta a tierra a intervalos específicos, tanto con inspecciones visuales tras la excavación como con la realización de mediciones reales. OMICRON ha desarrollado sistemas de medición especiales que están específicamente diseñados para este tipo de investigación, en particular para los sistemas de puesta a tierra de gran escala.
Caída de Potencial, Resistencia a Tierra e Impedancia de Tierra

Contenido
Los aumentos de tensión en el área que circunda a los sistemas eléctricos pueden ser extremadamente peligrosos en caso de fallo. Por lo tanto, los sistemas de puesta a tierra deben revisarse regularmente. Con la medición de la impedancia de tierra, según estipulan las normas internacionales como DIN VDE 0101, CENELEC HD 637 S1 o IEEE 80-2000, IEEE 81-1983 e IEEE 81.2-1991, se pueden obtener resultados considerablemente más fiables que con meras inspecciones visuales del sistema de puesta a tierra. Sin embargo, los datos disponibles para calcular estos valores no suelen ser muy precisos, por lo que la medición directa es, con diferencia, el mejor método para determinar estos valores.
Los métodos de prueba convencionales que funcionan a la frecuencia de línea requieren dispositivos extremadamente grandes y potentes, además de complejos procesos para evitar los problemas causados por las interferencias de frecuencia de línea. Con el sistema multifuncional de pruebas primarias CPC 100, en combinación con la unidad de acoplamiento CP CU1, OMICRON ha desarrollado un sistema de medición que soluciona este problema, a la vez que ofrece resultados extremadamente precisos.
Puesta a Tierra para Cableado de Redes Apantallado y Blindado
El cableado blindado ha sido la infraestructura de cableado preferida en muchos mercados alrededor del mundo por mucho tiempo. Los cables descritos como apantallados, con una hoja de metal o pantalla (foil) sobre los pares trenzados sin blindaje (F/UTP), y los cables completamente blindados, con una malla que cubre los pares trenzados individualmente apantallados (S/FTP), están ganando más popularidad en mercados donde el cableado de par trenzado no blindado (UTP) ha sido tradicionalmente la solución más común.
Este incremento en la adopción del cableado blindado se puede explicar por la publicación del estándar de la IEEE conocido como 802.3an 10GBASE-T y la susceptibilidad de esta aplicación emergente al ruido de cableado adyacente. Este ruido generado por cables adyacentes se conoce como alien crosstalk (diafonía exógena). Los sistemas de cableado de 10 Gb/s apantallados y completamente blindados, tales como categoría 6A F/UTP y categoría 7 S/FTP son inmunes al alien crosstalk que presenta problemas para el cableado categoría 6A UTP. Estos sistemas de cableado pueden ayudar a reducir el tamaño y el costo de los espacios de canalización debido a sus diámetros más reducidos.
Aún cuando los instaladores de cableado y sus clientes disfrutan cada vez más de estos beneficios, la confusión que existe acerca de la puesta y unión a tierra de los sistemas de cableado blindado y apantallado han causado que muchos los eviten. Esta preocupación no tiene fundamento, ya que los avances en los sistemas de cableado apantallados y blindados han simplificado considerablemente los métodos de conexión y unión a tierra. Hoy en día, la puesta y unión a tierra para los sistemas de cableado F/UTP y S/FTP requiere de un mínimo esfuerzo adicional y experiencia sobre las instalaciones UTP.
¿Por qué Unir y Poner a Tierra?
Los servicios eléctricos, el equipo de telecomunicaciones y todos los sistemas de bajo voltaje requieren ser unidos a tierra siguiendo los requisitos locales y nacionales y los estándares de la industria por razones de seguridad; mientras que la necesidad específica de poner a tierra los sistemas de cableado de red apantallados y blindados es un asunto de desempeño. Un sistema de cableado adecuadamente puesto y unido a tierra lleva las corrientes de ruido inducidas por interferencia electromagnética (EMI por sus siglas en inglés) en el ambiente hacia la tierra junto con el blindaje, protegiendo así los conductores que llevan los datos del ruido externo. La pantalla, hoja de metal o foil también minimiza las emisiones del cableado. Estas funciones son las que permiten la inmunidad superiror de los sistemas apantallados y blindados ante el alien crosstalk y otras fuentes de interferencia electromagnética conducida o radiada.

En una instalación podrá existir una puesta a tierra de servicio y una puesta a tierra de Protección.

La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el punto neutro de un
Transformador de potencia o de una máquina eléctrica. La resistencia de la malla de servicio De pende exclusivamente del valor de corriente de falla monofásica que se desea tener en el Sistema.

La tierra de protección es la malla de tierra donde se conectan todas las partes metálicas De los equipos que conforman un sistema eléctrico, que normalmente no están energizados, pero Que en caso de fallas pueden quedar sometidos a la tensión del sistema. Los valores de resistencia de la malla de protección están limitados por condiciones de seguridad de los equipos y de las Personas que operan el sistema de potencia. Las tensiones de paso, de contacto y de malla
Máximas definidas por normas internacionales, definen* el valor de la resistencia de la malla.

Es común usar la misma malla de tierra de una subestación tanto como malla de servicio Como malla de protección. En la medida que se cumplan las condiciones de seguridad esto no es Problema. No está permitido conectar a la misma malla sistemas de tensiones diferentes.
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SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA.

Los sistemas eléctricos de potencia, desde el punto de vista de su conexión con respecto a
tierra, pueden clasificarse en:
Sistemas aislados.
Sistemas aterrizados.

Sistemas aislados.

Los sistemas aislados no tienen una conexión intencional a tierra. Cabe destacar que la
conexión a tierra en sistemas aislados se hace a través de caminos de alta impedancia, como son las capacidades distribuidas de los alimentadores (cables y líneas aéreas) y a través de las Impedancias de los pararrayos. La principal característica de este tipo de sistema son las bajísimas corrientes de cortocircuito monofásico que presentan, en caso de existir una falla en el Sistema. Por esta razón es necesario disponer de protecciones especiales, muy sensibles que puedan detectar la presencia de una falla monofásica del orden de miliamperios. El retorno de la corriente de falla monofásica en sistemas aislados se produce a través de capacidades distribuidas
De los cables y de las líneas.

La principal ventaja de estos sistemas, es la mayor continuidad de servicio que se logra,
Ya que pueden seguir operando en la presencia de una falla monofásica. Sin embargo, son más las desventajas que presentan los sistemas aislados, razón por la cual son poco utilizados en la Actualidad. Desde el punto de vista de la continuidad de servicio, los sistemas aislados no presentan más ventaja que los sistemas aterrizados a través de alta resistencia, con la diferencia Que en estos últimos, las tensiones pueden limitarse.
Una forma de detectar la existencia de fallas monofásicas en sistemas aislados, es
Conectando voltímetros entre fase y tierra. Estos dispositivos son capaces de detectar la fase Dañada, pero no de ubicar el punto de falla.

Sistemas aterrizados.

Los sistemas aterrizados se caracterizan por tener el neutro de los transformadores o
Generadores conectados a tierra. Estos sistemas no presentan el inconveniente de sobretensiones mencionado en el sistema aislado, ya que cuando se produce un cortocircuito monofásico, éste es detectado inmediatamente por las protecciones de sobre corriente residual y por lo tanto, Despejado rápidamente.

La conexión a tierra puede realizarse de distintas maneras, distinguiéndose principalmente
las siguientes:
Sólidamente aterrizados.
Resistencia de bajo valor.
Resistencia de alto valor.
Reactor.
Bobina Peterson
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Los sistemas aterrizados, protegen la vida útil de la aislación de motores, transformadores
y otros componentes de un sistema. Los sistemas aterrizados, al garantizar una corriente de falla elevada permiten utilizar protecciones rápidas y seguras que despejen las fallas a tierra en un Tiempo no mayor a 5 seg.

La resistencia del neutro, tiene limitada su capacidad de corriente, definida por el tiempo
Que dura la corriente que pasa por ella, siendo su máximo de 10 segundos. La tensión de
Resistencia corresponde a la tensión entre fase y neutro del sistema. La corriente corresponde al valor de corriente que fluirá por la resistencia durante el cortocircuito con la tensión nominal Aplicada.

Tendencia actual
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La tendencia actual en sistemas de baja tensión, menores a 1 KV, es no usar resistencia en
el neutro, debido a que la corriente de cortocircuito puede ser demasiado pequeña y no sea capaz de hacer operar los equipos de protección. En media tensión, los sistemas sólidamente aterrizados o conectados a tierra a través de una baja resistencia, se utilizan cuando las corrientes de falla Monofásica, alcanzan valores no demasiados altos, que puedan comprometer la seguridad y la vida útil de los equipos que conforman el sistema de distribución. Para sistemas de 22 KV y superiores se prefiere conexión directa a tierra. En líneas de transmisión de 115 KV y superiores se prefiere a través de resistencia. En sistemas de 69 KV con alta concentración de potencia sujeto a altas corrientes de cortocircuito, se usan reactores de moderado valor óhmico.

MALLAS DE TIERRA.

La malla de tierra es un conjunto de conductores desnudos que permiten conectar los
Equipos que componen una instalación a un medio de referencia, en este caso la tierra. Tres componentes constituyen la resistencia de la malla de tierra:
La resistencia del conductor que conecta los equipos a la malla de tierra.
La resistencia de contacto entre la malla y el terreno.
La resistencia del terreno donde se ubica la malla.

Una malla de tierra puede estar formada por distintos elementos:
Una o más barras enterradas. Conductores instalados horizontalmente formando diversas configuraciones. Un reticulado instalado en forma horizontal que puede tener o no barras Conectadas en forma vertical en algunos puntos de ella.

Las barras verticales utilizadas en la construcción de las mallas de tierra reciben el
Nombre de barras copperweld y están construidas con alma de acero revestidas en cobre. El valor de la resistencia de una malla de tierra depende entre otros parámetros de la resistividad del terreno. El método más usado para determinar la resistividad del terreno es el de Schlumberger, el cual permite determinar las capas que componen el terreno, como también la profundidad y la resistividad de cada uno de ellos.

Objetivos de una malla.

Los objetivos fundamentales de una malla de tierra son:
Evitar tensiones peligrosas entre estructuras, equipos y el terreno durante cortocircuitos a tierra o en condiciones normales de operación.

Evitar descargas eléctricas peligrosas en las personas, durante condiciones
Normales de funcionamiento.

Proporcionar un camino a tierra para las corrientes inducidas. Este camino
Debe ser lo más corto posible.

Tipos de mallas.

Se deben distinguir dos tipos de mallas en una instalación eléctrica que son:
Mallas de alta tensión.
Mallas de baja tensión.
Ambas mallas deben estar separadas de modo que la inducción de voltajes de la malla de
alta en la de baja sea a 125 V, a menos que la resistencia de cada una de ellas, en forma
Separada, sea inferior a 1 en este caso pueden las mallas conectarse entre sí.

Resistividad equivalente del terreno.
Una forma ideal de realizar cálculos de resistencia y solicitaciones de voltaje para una
puesta a tierra ubicada en un terreno de 2 o más estratos, sería de disponer de una resistividad.

Objetivo
Adquirir los conceptos y fundamentos para proyectar Sistemas de Puesta a Tierra.
Generalidades
Puesta a tierra significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad pero la tierra como un todo, es considerada como un buen conductor. Por esta razón y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.
En síntesis los Sistemas de Puesta a Tierra nos protegen de Sobretensiones (Perturbaciones), de manera de garantizar:
· Protección al personaly a los equipos.
· Fijar un potencial de referencia único a todos los elementos de la instalación.
Para cumplir con esto, las redes de tierra deben tener 2 características principales:
· Constituir una tierra única equipotencial.
· Tener un bajo valor de resistencia.
Se aclara que la resistencia del suelo varía con la temperatura, la humedad y la acumulación de sales.
Sobretensiones
Las sobretensiones transitorias son un incremento de voltaje de corta duración entre 2 conductores (en nuestro caso entre 2 fases ó entre fase y neutro).
Cuando esta tensión llega a los equipos y supera el nivel de tolerancia de algún componente, los mismos resultarán dañados.
Las principales causas de sobretensión son las siguientes:
Descargas eléctricas (externa). Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo (consecuencia catastróficas para personas, animales ó bienes) ó por causas indirectas (generan grandes pérdidas económicas).
Las causas indirectas que son las más numerosas, son las caídas del rayo sobre tendidos aéreos ó en las inmediaciones, generando inducciones en estos conductores.
Conmutaciones de las Empresas de Energía (externa). Estas operaciones que son normales en todo sistema de distribución de energía, pueden causar sobre voltajes. Generalmente son más frecuentes en distribuciones largas y aéreas.
Contacto con sistemas de alto voltaje (externa). Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de baja tensión ó cuando falla el aislamiento de un transformador. Su importancia dependerá de la forma de conexión del neutro (aislado ó a tierra).
Fallas de línea a tierra (interna). Sucede cuando una fase del sistema se pone a tierra. Su importancia dependerá de la forma de conexión del neutro (aislado ó a tierra), ya que en el caso de Neutro Aislado, las fases sanas reciben una sobretensión de 73% más de lo normal. En caso de neutro a tierra no hay sobretensión.
Pulsos por conexión y desconexión de cargas (interna). Estas operaciones normales en todo sistema, pueden causar sobre voltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje nominal y de corta duración. Las mismas se originan por el prendido y apagado de grandes cargas inductivas ó capacitivas.