UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P DE INGNERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE MEDIDAS ELÉCTRICAS II INFORME N°1 : SISTEMA DE PUESTA A TIERRA AUTOR: OCHOA GUEVARA GIANCARLO 10190234
CIUDAD UNIVERSITARIA, NOVIEMBRE DE 2015
Laboratorio de Medidas Eléctricas II
EXPERIMENTO N°1:
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA I.
OBJETIVO
II.
Explicar aspectos básicos del sistema de puesta a tierra y sus características.
Describir las características que deben presentar el terreno para ejecutar en forma correcta una puesta a tierra
Identificar los métodos de medición de las puestas a tierra, las precauciones en la aplicación de métodos y las recomendaciones para efectuar la medición con eficiencia.
FUNDAMENTO TEÓRICO Sistema de puesta a tierra Podemos definir la puesta o conexión a tierra como la conexión eléctrica directa de todas las partes metálicas de una instalación, sin fusibles ni otros sistemas de protección, de sección adecuada y uno o varios electrodos enterrados en el suelo, con objeto de conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas al terreno, no existan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o la de descarga de origen atmosférico. La finalidad principal de una puesta a tierra es limitar la tensión que con respecto a tierra, puedan presentar, en un momento dado, las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados. El sistema de protección está basado, principalmente, en no permitir la existencia de tensiones entre diferentes masas metálicas o entre éstas y el suelo, superiores a 24 V en viviendas y locales húmedos, o 50 V en locales secos. Estos valores son los máximos que puede soportar el cuerpo humano sin peligro de lesiones graves.
Composición de una instalación de puesta a tierra
Electrodo Línea de enlace de Tierra Punto de puesta a Tierra Línea de Tierra: Principales Derivación Conductores de Protección
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El terreno El terreno es el encargado de disipar las corrientes de fuga o de defecto y las de origen atmosférico. La resistencia al paso de la corriente entre los electrodos y el terreno define la resistividad del mismo, permitiéndonos conocer su comportamiento eléctrico. Un buen contacto entre ellos, facilita el paso de la corriente eléctrica, mientras que un mal contacto la dificulta. A este valor que define la bondad del contacto se le denomina resistencia de paso a tierra y se mide en ohmios. Así pues, a la hora de dimensionar los electrodos sobre un terreno dado, el valor de la resistencia de paso deberá ser el menor posible.
Tomas de tierra Se entiende por toma de tierra la parte de la instalación encargada de canalizar, absorber y disipar las corrientes de defecto o de origen atmosférico que son conducidas a través de las líneas principales de tierra. Los electrodos utilizados para las tomas de tierra son muy variados, los más frecuentes están formados por:
Barras y tubos. Pletinas y conductores desnudos. Placas. Anillos o mallas metálicas constituidos por los elementos anteriores o sus combinaciones. Armaduras de hormigón enterradas; con excepción de las armaduras pretensadas. Otras estructuras enterradas que se demuestre que son apropiadas.
El tipo, los materiales utilizados y la profundidad de enterramiento de las tomas de tierra, deben ser tales que, la posible pérdida de humedad del suelo, la corrosión y la presencia del hielo u otros factores climáticos, no aumenten su resistencia eléctrica por encima del valor previsto. La profundidad nunca será inferior a 0,50 m. Las canalizaciones metálicas de otros servicios nunca deben utilizarse como tomas de tierra por razones de seguridad.
Conductores de tierra Se conoce como línea de enlace o conductores de tierra a los que conectan al conjunto de electrodos o anillo con el borne principal o punto de puesta a tierra.
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Bornes de puesta a tierra Los bornes de puesta a tierra forman el punto de unión entre la toma de tierra y el circuito de puesta a tierra de un edificio. El punto de puesta a tierra está formado por un sistema de placas y tornillos que permite la conexión y desconexión del edificio con la toma de tierra. El punto de puesta a tierra se aloja en el interior de una arqueta de características y dimensiones apropiadas.
Conductores de protección Los conductores de protección unen las masas de una instalación y los elementos metálicos que puedan existir, como cañerías, calderas, etc. y cualquier otra masa importante del edificio, con las líneas de tierra.
Conductores equipotenciales En una instalación de tierras, se denominan conductores equipotenciales a aquellos que conectan eléctricamente todas las masas metálicas de la estructura de un edificio o de un recinto, con el fin de evitar diferencias de potencial entre ellas. El conjunto forma una red equipotencial unida a la red de tierra del edificio En las instalaciones a tierra hay dos tipos de conductores equipotenciales: El conductor principal de equipotencialidad: Debe tener una sección no inferior a la mitad de la del conductor de protección de sección mayor de la instalación, con un mínimo de 6 mm2. Sin embargo, su sección puede ser reducida a 2,5 mm2, si es de cobre. El conductor suplementario de equipotencialidad Si este uniera una masa a un elemento conductor, su sección no será inferior a la mitad de la del conductor de protección unido a esta masa.
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La unión de equipotencialidad suplementaria puede estar asegurada, bien por elementos conductores no desmontables – tales como estructuras metálicas no desmontables – bien por conductores suplementarios, o por combinación de los dos.
III.
IV.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
1 Telurómetro.
3 Cables de aproximadamente 35m.
1 Wincha de 50m.
3 Jabalinas de acero.
1 Martillo.
1 Cincel.
PROCEDIMIENTO Al utilizar el telurómetro se tiene que tener presente: 1. La disposición de los electrodos es como se describe en la figura n°1. 2. En esta medición interviene 03 electrodos hincados en el terreno.
X es la puesta a tierra cuya resistencia se desea medir.
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P y C son jabalinas auxiliares que se instalan para realizar la medición y se retiran cuando finaliza. Normalmente se utilizan las jabalinas de 0.60m., que se entregan con el telurómetro.
3. Para realizar esta medición, los bornes Px y Cx del telurómetro deben estar en corto circuito mediante la platina que se provee con el equipo. 4. Instalar las estacas o jabalinas como se indica en la figura n°1. Tomar unos 4 valores haciendo disminuir de 2 en 2 metros el valor de “a”, tomando el dato de R en cada caso.
(Figura n°1)
V.
RESULTADOS OBTENIDOS RESULTADOS DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA DEL TERRENO PARA UN SPAT N° de medición a (m) L(m) Resistencia (Ω)
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1
2
2
1595
2
4
2
1547
3
6
2
293
4
8
2
273
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1800 1600 1400 ) Ω
( a i c n e t s i s e R
1200 1000 800 600 400 200 0 0
1
2
3
4
5 a (m)
VI.
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7 8 9 Resistencia de Terreno para un SPAT
CUESTIONARIO 1. ¿Qué elementos influyen en la resistividad del terreno? Lo que influye directamente en el valor de la resistividad del terreno, es la naturaleza del mismo, es decir, no podemos tener un mismo valor de resistividad para un terreno de arena arcillosa que para un terreno de arena silícea. Así como también se tiene que tener en cuenta si el terreno en el que se desea medir su resistividad no contenga desmonte, piedra o cemento, pues esto alteraría el valor esperado de resistividad. Otro factor que influye en el valor de la resistividad de cualquier terreno, es la humedad que se percibe en el ambiente o si el terreno está mojado o no. Lo segundo es determinante al momento de tomar la medición final de resistencia del electrodo de un SPAT, pues se recomienda antes de ello mojar el terreno con una manguera por un lapso determinado de tiempo.
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2. Mencionar los valores de resistividad para terrenos de diferente naturaleza. De acuerdo a la Naturaleza de los diferentes tipos terrenos, y a las pruebas realizadas en estos, tenemos los siguientes valores de resistividad.
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3. ¿Cuáles serían los pasos o consejos, para el emplazamiento de los electrodos para una buena puesta a tierra? Para un correcto y adecuado emplazamiento de los electrodos para una buena puesta a tierra se deben en cuenta las siguientes consideraciones:
Tomas a tierra independientes Una toma a tierra se considerará independiente de otra, cuando una de ellas no alcance, respecto a un punto de potencial cero, una tensión superior a 50 V cuando por la otra circula la máxima corriente de defecto a tierra prevista.
Separación entre las tomas de tierra de las masas de las instalaciones Se verificará que las masas puestas a tierra en una instalación de utilización, así como los conductores de protección asociados a estas masas o a los relés de protección de masa, no están unidas a la toma de tierra de las masas de un centro de transformación, para evitar que durante la evacuación de un defecto a tierra en el centro de transformación, las masas de la instalación de utilización puedan quedar sometidas a tensiones de contacto peligrosas. Se considerará que las tomas de tierra son eléctricamente independientes cuando se cumplan todas y cada una de las condiciones siguientes:
No exista canalización metálica conductora (cubierta metálica de cable no aislada especialmente, canalización de agua, gas, etc.) que una la zona de tierra del centro de transformación con la zona en donde se encuentran los aparatos de utilización.
La distancia entre las tomas de tierra del centro de transformación y las tomas de tierra u otros elementos conductores enterrados en los locales de utilización es al menos igual a 15 metros para terrenos cuya resistividad no sea elevada (<100 ohmios · m). Cuando el terreno sea muy mal conductor, la distancia se calculará, aplicando la fórmula:
Siendo: D = Distancia entre electrodos, en metros. ρ = Resistividad media del terreno en ohmios · metro. Id = Intensidad de defecto a tierra, en amperios, para el lado de alta tensión, que será facilitado por la empresa eléctrica. U = 1.200 V para sistemas de distribución TT, siempre que el tiempo de eliminación del defecto en la instalación de alta tensión sea menor o igual a 5 segundos y 250 V, en caso contrario. Para redes TN, U será inferior a dos veces la tensión de contacto máxima admisible de la instalación definida en el Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantía de Seguridad en Centrales eléctricas, Subestaciones y Centros de transformación.
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El centro de transformación está situado en un recinto aislado de los locales de utilización o bien, si está contiguo a los locales de utilización o en el interior de los mismos, está establecido de tal manera que sus elementos metálicos no están unidos eléctricamente a los elementos metálicos constructivos de los locales de utilización.
Sólo se podrán unir la puesta a tierra de la instalación de utilización (edificio) y la puesta a tierra de protección (masas) del centro de transformación, si el valor de la resistencia de puesta a tierra única es lo suficientemente baja para que se cumpla que en el caso de evacuar el máximo valor previsto de la corriente de defecto a tierra (Id) en el centro de transformación, el valor de la tensión de defecto (Vd = Id · Rt) sea menor que la tensión de contacto máximo aplicada, definida en el Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantía de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación.
4. ¿Cuáles son las formas prácticas para el mantenimiento de la resistencia de puesta a tierra de una toma a tierra?
Revisión anual en la época en la que se encuentre el terreno más seco • Se medirá resistencia de puesta a tierra • Se medirá resistividad de terreno
Se comprobará la continuidad de la instalación a tierra • Prohibido intercalar en el circuito de tierra cualquier elemento de corte
Se comprobará la conexión de todas las masas metálicas a la instalación de tierra. • Prohibida la inclusión en serie de masas metálicas y elementos metálicos en la instalación de tierra • Conexión de masas y elementos metálicos a la instalación de tierra, siempre se efectuará por derivación
Revisión cada cinco años de los conductores de enlace del electrodo con el punto de puesta a tierra.
5. ¿Cuáles son los métodos para la medida de la resistividad de los terrenos? Los métodos más usados para la medición de la resistividad de los terrenos son: Método de Wenner y el METODO DE SCHLUMBERGER (METODO SIMETRICO). Según el método de Wenner los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre
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electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. En cambio con el método Simétrico también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).
El método Simétrico es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.
6. ¿Cuál es la importancia de un sistema de aterramiento? Un sistema de PAT es importante e indispensable en las instalaciones eléctricas en los distintos niveles de tensión, puesto que gracias a esta se puede:
Procurar un medio eficaz de protección contra los contactos indirectos (Aquel que se produce cuando se accede a una masa metálica que se encuentra en tensión y que en condiciones normales de servicio no debería estar). Equilibrar potenciales entre los elementos de una instalación eléctrica. Facilitar la actuación de las protecciones. Facilitar el paso de corriente de falla y descarga atmosférica al suelo.
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7. De acuerdo a la naturaleza del terreno, ¿cómo varia la resistividad del terreno? La resistividad del terreno varía de acuerdo a la naturaleza del mismo, y está variación se da de acuerdo a cuan compactado sea el terreno mismo, es decir, obtendremos valores de resistividades altos en terrenos compuestos por granito o cuarzo, y valores bajos en terrenos compuestos por humus o arena.
VII.
VIII.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
De acuerdo a los valores obtenidos en la experiencia, podemos concluir que el terreno en el cuál se encontraba el electrodo de PAT se encontraba alterado, es decir, su naturaleza y su composición no era homogénea, puesto que en algunos puntos el terreno era suave, y en otros duro y difícil para el ingreso de la pica del telurómetro para la medición.
Un adecuado mantenimiento de un Sistema de PAT asegura la fiabilidad del mismo, siempre se tiene q tratar de mantener los valores adecuados de resistencia en el electrodo para los distintos niveles de tensión.
La seguridad de las personas y equipos eléctricos, tiene su base en las instalaciones de puestas a tierra, las cuales son utilizadas tanto en instalaciones domesticas e industriales, como en generación, transporte y distribución de energía eléctrica.
En los lugares en que el terreno no sea favorable a la buena conservación de los electrodos, éstos y los conductores de enlace entre ellos, hasta el punto de puesta a tierra, se pondrán al descubierto para su examen, al menos una vez cada cinco años.
BIBLIOGRAFIA
Puesta a tierra en edificio y en instalaciones eléctricas, Juan J., Martínez Requena, José C. Toledano Gasca.
Puesta a Tierra, Gilberto Enrique Harper.
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