Manual Curso Seg Elect Int FABIO CASAS

IGT International Grounding Training

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CONTENIDO NIVELACION SEGURIDAD ELÉCTRICA .................................................................................................... 4 ENCUESTA DE SEGURIDAD ELÉCTRICA ......................................................................................................... 5 EL ENTORNO ELECTROMAGNÉTICO Y SUS RIESGOS ............................................................................... 6 CÓDICO DE ÉTICA APLICADA A LA INGENIERÍA ELÉCTRICA................................................................. 7 MANDAMIENTOS PARA ELECTRICISTAS ........................................................................................................ 8 DEFINICIONES PARA ELECTRICISTAS ............................................................................................................ 9 TENSIONES DE SEGURIDAD............................................................................................................................. 13 RIESGOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA PARA SERES HUMANOS .................................................... 16 ENTIDADES NORMALIZADORAS...................................................................................................................... 20 NORMAS Y DOCUMENTOS DE APLICACIÓN ................................................................................................ 21 SIMBOLOGÍA DE MAGNITUDES Y UNIDADES UTILIZADAS EN ELECTROTECNIA ........................ 24 PRINCIPALES SÍMBOLOS GRÁFICOS A UTILIZAR EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS................. 25 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC).............................................................................. 26 ¿QUÉ ES CALIDAD? .............................................................................................................................................. 27 COMPONENTES DEL SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD ........................................................................... 27 COMPONENTES DE LA CALIDAD DEL SUMINISTRO................................................................................. 28 DE ELECTRICIDAD ................................................................................................................................................ 28 ¿QUÉ ES CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA (CEL) ?........................................................................ 28 COMPONENTES DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA (CEL) ........................................................................ 28 FUENTES DE PROBLEMAS DE CALIDAD DE LA ENERGÍA (CEL) .......................................................... 28 ¿QUÉ ES COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)? ................................................................... 29 TÉRMINOS RELACIONADOS CON EMC.......................................................................................................... 29 OBJETIVOS DE LA EMC ....................................................................................................................................... 29 CLASIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS POR IEC .............................. 29 CALSIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONES SEGÚN CINCO CRITERIOS “PIVOTE”..................... 30 CATEGORÍAS DE PERTURBACIONES SEGÚN IEEE-1159 ....................................................................... 30 ATRIBUTOS DE LAS PERTURBACIONES ....................................................................................................... 31 LÍMITES Y MÁRGENES DE EMC........................................................................................................................ 31 LAS 5 TÉCNICAS DE ORO PARA CONTROLAR PERTURBACIONES...................................................... 32 EL SPT COMO CANAL DE ACOPLE ................................................................................................................... 32 RAZONES PARA HACER UN ANÁLISIS DE CEL........................................................................................... 32 EFECTOS DE MALA CALIDAD DE LA POTENCIA (CAP)............................................................................ 32 OBJETIVOS DE UN ANÁLISIS DE CALIDAD DE POTENCIA .................................................................... 33 NIVELES DE INVESTIGACIÓN DE UN PROGRAMA DE CALIDAD DE POTENCIA............................. 33 RECURSOS TÉCNICOS PARA MEJORAR LA CALIDAD DE POTENCIA ................................................. 33 INDICADORES DE ARMÓNICOS....................................................................................................................... 34 PROCEDIMIENTO PARA LOGRAR LÍMITES DE ARMÓNICOS ................................................................. 34 SOLUCIONES PARA PROBLEMAS DE ARMÓNICOS ................................................................................... 34 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS ............................................................................................... 35 POLARIZACIÓN DE NUBES ................................................................................................................................ 36 TIPOS DE RAYOS................................................................................................................................................... 36 PROCESO DE LA DESCARGA............................................................................................................................. 37 SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS .............................................................. 37 MÉTODO ELECTROGEOMÉTRICO..................................................................................................................... 39 CARACTERÍSTICAS DE LOS TERMINALES DE CAPTACIÓN.................................................................... 40 REQUERIMIENTOS PARA LAS BAJANTES ..................................................................................................... 40 -2-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL ESPECIFICACIONES SUGERIDAS PARA PROTECCIÓN CONTRA RAYOS Y SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ................................................................................................................................................. 41 PROTECCIÓN CONTRA RAYOS EN TANQUES DE TECHO FLOTANTE ................................................. 45 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA.............................................................................................................. 52 BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA ...................................................................... 53 TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ............................................................................................... 54 BASES TECNOLÓGICAS PROPUESTAS PARA SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPT) ............... 54 PASOS PARA LOGRAR EXCELENTES SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA............................................ 55 REQUISITOS MÍNIMOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ......................................................... 57 FUNCIONES DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ............................................................................... 57 PATOLOGÍAS TÍPICAS ......................................................................................................................................... 57 MÉTODOS DE CONEXIÓN DEL NEUTRO ....................................................................................................... 58 MÁXIMOS VALORES DE RESISTENCIA.......................................................................................................... 59 PANORAMA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPT).............................................................. 59 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ........................................................................ 60 ABANICO DE MEDICIONES EN PUESTAS A TIERRA................................................................................. 61 CORRIENTES ESPURIAS ..................................................................................................................................... 62 FACTORES QUE INCIDEN EN LA RESISTIVIDAD....................................................................................... 62 EJEMPLO DE PROPIEDADES DE SUELOS...................................................................................................... 67 FORMAS DE CONDUCCIÓN EN EL SUELO................................................................................................... 67 POTENCIALES SOBRE ELECTRODOS ............................................................................................................. 68 DISTRIBUCIÓN DE POTENCIALES Y CORRIENTES EN EL SUELO ....................................................... 69 CORROSIVIDAD DE LOS SUELOS ................................................................................................................... 70 PUESTAS A TIERRA DEDICADAS E INTERCONECTADAS ....................................................................... 71 UNA SOLA PUESTA A TIERRA PARA TODAS LAS NECESIDADES ........................................................ 71 PUESTAS A TIERRA SEPARADAS O INDEPENDIENTES ........................................................................... 72 FÓRMULAS BÁSICAS............................................................................................................................................ 73 SOBRECORRIENTES EN CASO DE FALLA ..................................................................................................... 74 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SEGÚN NEC.............................................................................................. 76 REQUISITOS PARA ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA....................................................................... 77 CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA – TABLA 250-66 DEL NEC ....................... 77 CALIBRES DE CONDUCTOR DE TIERRA DE EQUIPOS – TABLA 250-122 DEL NEC...................... 78 TIPOS DE CONEXIONES ..................................................................................................................................... 79 BARRAJES EQUIPOTENCIALES ......................................................................................................................... 82 MÉTODOS DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA................................................... 83 MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD– MÉTODO WENNER.................................................................................. 84 MEDICIÓN DE RESISTENCIA – EN PEQUEÑOS SISTEMAS.................................................................... 85 MEDICIÓN DE RESISTENCIA - EN GRANDES SISTEMAS....................................................................... 86 MEDICIÓN DE EQUIPOTENCIALIDAD ............................................................................................................ 87 TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE PUESTAS A TIERRA......................................................................... 87 CARACTERÍSTICAS DE UN SUELO ARTIFICIAL.......................................................................................... 89 CONEXIONES PARA EQUIPO SENSIBLE........................................................................................................ 90 MALLA DE ALTA FRECUENCIA .......................................................................................................................... 91 TIERRAS EN CUARTO DE EQUIPOS SENSIBLES........................................................................................ 92 TIERRAS ANTIESTÁTICAS.................................................................................................................................. 93 PUESTAS A TIERRA PARA TANQUES DE COMBUSTIBLE ........................................................................ 94 TIERRA PARA TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN ............................................................................. 95 CONCEPTOS GRÁFICOS DE PUESTA A TIERRA Y TEMAS CONEXOS . ¡Error! Marcador no definido. BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................................................... 96 -3-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

NIVELACION SEGURIDAD ELÉCTRICA

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

-4-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ENCUESTA DE SEGURIDAD ELÉCTRICA

ENCUESTA DE SEGURIDAD ELÉCTRICA PRESENTACIÓN: Considerando las nuevas dimensiones que está tomando la prevención y la competitividad que deben ofrecer las empresas, lo invitamos a contestar el siguiente test, en relación con su Empresa. Señale una opción para cada afirmación. SI 1

Todos nuestros electricistas están entrenados para atender casos de electrocución.

2

Tenemos detectados y evaluados todos los riesgos eléctricos en el programa de salud ocupacional.

3

Nuestro pararrayos se diseñó con el método electrogeométrico, considerando la densidad de rayos a tierra y la corriente máxima.

3

Tenemos un sistema de protección contra rayos.

5

Mi empresa posee unas puestas a tierra excelentes y unificadas.

5

Construimos igual una puesta a tierra para baja o alta frecuencia.

7

Hacemos mantenimiento anual de las puestas a tierra.

8

Todas las áreas clasificadas como peligrosas cumplen las normas

9

Hemos eliminando los riesgos de electricidad estática.

NO

10 Los electricistas siempre cumplen con las reglas de oro. 11 Tenemos controlados los armónicos. 12 Nuestro factor de potencia es excelente. 13 La termografía es una gran ayuda para nuestro mantenimiento. 14 Tenemos circuitos sobrecargados. 15 Algunos de los accidentes eléctricos no son reportados como tales.

Estos son algunos de los temas que usted tendrá la oportunidad de actualizar en el Seminario. -5-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

EL ENTORNO ELECTROMAGNÉTICO Y SUS RIESGOS

-6-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CÓDICO DE ÉTICA APLICADA A LA INGENIERÍA ELÉCTRICA 1. Recuerde que la sociedad le otorgó el título para servirle a ella, no para servirse de él. 2. Sea agradecido. Colabore con las asociaciones, universidades e instituciones que promuevan nuestra profesión. 3. No ofenda nuestra profesión. No denigre de ella ni en público ni en privado. 4. No revele ni pida secretos. Ni los de empresa, ni los de negocios, sin la respectiva autorización. 5. Sea honrado. Todos los aspectos financieros que maneje, deben tener absoluta claridad desde el principio. No ofrezca ni reciba dineros para lograr una posición favorable en los negocios. 6. Actúe con máxima seguridad. El elemento que manejamos le puede costar la vida a usted o a un semejante. 7. Mire todo el tablero. Conserve siempre la panóptica, es decir, la visión de conjunto de su trabajo y de todo su entorno. 8. Siga las normas. Cuando se desvíe de ellas, hágalo conocer y tenga claras las consecuencias. Pero si encuentra propuestas verdaderamente novedosas para la ingeniería eléctrica, llénese de fe, audacia, coraje y humildad. 9. Ame sus proyectos. Cuando tome un proyecto, convénzase firmemente de sus bondades y luego dedíquele su mayor esfuerzo. 10. Sea honesto intelectualmente. Si no sabe de un tema, dígalo. Si sabe, exprese solo opiniones técnicas que sean veraces y puedan sustentarse. 11. Responda siempre por sus decisiones. exíjale igualmente que responda.

Si la responsabilidad es de otro,

12. Sea leal. Mientras trabaje, tendrá clientes. A ellos y a sus amigos sitúelos en primer lugar. 13. Autoanalice periódicamente. qué quiero? qué me rodea?

Pregúntese:

Quién soy? qué me hace feliz?

14. Trate a los demás con calor humano. Atienda con el máximo de cortesía a sus subalternos, sus homólogos, sus jefes y al público en general. 15. Asóciese y negocie sólo con ingenieros que practiquen la ética. -7-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

MANDAMIENTOS PARA ELECTRICISTAS 1. No lleve anillos, relojes o cadenas al intervenir en una instalación eléctrica. Utilice el equipo adecuado de casco, guantes, botas, uniforme y cinturón. 2. Cuando realice una instalación eléctrica, tenga conciencia que el más leve error técnico puede ocasionar un accidente. 3. Jamás manipule un aparato eléctrico conectado, si su cuerpo está húmedo. 4. Considere energizada toda línea o instalación que no esté conectada a tierra. 5. La baja tensión también puede ocasionarle la muerte. 6. Al acercarse a una instalación de alta tensión, calcule bien sus movimientos, en especial los de sus brazos. 7. Practique siempre las reglas de oro: * * * *

Hacer corte visible. Condenar Probar Aterrizar.

8. Recuerde que algunos equipos como los condensadores almacenan energía cuando se retira la fuente de alimentación. 9. Jamás combine los procedimientos de trabajo de línea viva con los de línea muerta. 10. Si tiene que hacer una instalación provisional, por favor, que sea provisional. 11. Si a pesar de todas las precauciones ocurre une electrocución, tenga presente los siguientes pasos: * * * * *

Conserve la calma. Retire la víctima. Verifique los signos vitales. Preste los primeros auxilios. Traslade al paciente a un centro médico.

JAMÁS LE TOME CONFIANZA A LA CORRIENTE!!!!!!

-8-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

DEFINICIONES PARA ELECTRICISTAS Apantallamiento: Elementos metálicos que se instalan alrededor de los dispositivos que se desean proteger contra los efectos de una perturbación. Barraje Equipotencial (BE) o Punto de Puesta a Tierra (Ground Busbar o Ground Bar o Ground Bus): Conductor de tierra colectiva, usualmente una barra de cobre, pero puede ser un cable de gran longitud. Carga lineal: Es aquella en donde la forma de onda de la corriente de estado estable, sigue la forma de onda de la tensión aplicada. Carga no lineal: Es aquella en donde la forma de onda de corriente de estado estable, no sigue la forma de onda de la tensión aplicada. Calidad de la Energía Eléctrica (CEL): Es el grado de conformidad de los indicadores de las señales electromagnéticas, en un tiempo dado y en un nodo o punto definido, para cumplir con las necesidades de los consumidores, dentro del marco regulatorio del país. Calidad de la potencia (CAP):Conjunto de atributos físicos de las señales de tensión y corriente, en estado estable y transitorio, de manera que los equipos funcionen correctamente. Circuito en modo común: Es la totalidad de las corrientes de un lazo (o el circuito cerrado) por las corrientes de modo común. Incluyen el cable, el aparato y las partes cercanas del sistema de puesta a tierra. Circuito en modo diferencial: Es la totalidad de las corrientes de un lazo (o el circuito cerrado) definidas para señales o potencia. Incluyen el cable y el aparato conectado en ambos extremos. NOTA: Términos semejantes: Modo normal, modo en serie. Compatibilidad Electromagnética (Electromagnetic Compatibility): Es la capacidad o aptitud de un equipo o sistema para funcionar satisfactoriamente en su ambiente electromagnético, sin dejarse afectar ni afectar a otros equipos por energía electromagnética radiada o conducida. Es como la aplicación de un código de buen comportamiento o de convivencia. Compatibilidad: Capacidad de varios sistemas o mecanismos para coexistir en armonía. Conductor de puesta a tierra de equipo: Es el conductor usado para conectar partes metálicas, canalizaciones y gabinetes con la puesta a tierra. Conductor del electrodo de puesta a tierra: Conductor que es intencionalmente conectado a una puesta a tierra, desde el neutro, bien sólidamente o a través de una impedancia limitadora de corriente. Conector: Dispositivo que une dos o más conductores con el objeto de suministrar un camino eléctrico continuo. Conexión de Puesta a Tierra (Connection, Grounding Terminal o Ground Clamp): Soldadura exotérmica, lengüeta certificada, conector a presión o de cuña certificados o abrazadera certificada; destinados a asegurar, por medio de una conexión especialmente diseñada, dos o más componentes de un sistema de puesta a tierra. Confiabilidad: Capacidad de un dispositivo, equipo o sistema para cumplir una función requerida, en unas condiciones y tiempo dados. Equivale a fiabilidad.

-9-

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL Contacto directo: Es el contacto directo de personas con cualquier parte activa de una instalación eléctrica. Contacto indirecto: Contacto de personas con elementos puestos accidentalmente bajo tensión; o el contacto de personas con cualquier parte activa de una instalación eléctrica a través de un medio conductor. Degradación: Es una desviación indeseable en las características de funcionalidad, de algún dispositivo, equipo o sistema respecto de sus características consideradas como normales. Disponibilidad: Certeza de que un equipo o sistema sea operable (disponibilidad para uso) en un tiempo dado. Cualidad para operar normalmente. Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias (DPS): Dispositivo para protección de equipos eléctricos, el cual limita el nivel de la sobretensión, mediante la absorción de la mayor parte de la energía transitoria, minimizando la transmitida a los equipos y reflejando la otra parte hacia la red. No es correcto llamarlo pararrayos. Electrodo de Puesta a Tierra (Grounding Electrode): Conductor o grupo de ellos en contacto con el suelo, para proporcionar una conexión eléctrica con el terreno. Puede ser una varilla, un tubo, una placa, una cinta o un cable. El más común es el de varilla, que debe ser de 5/8” x 2.4 m como mínimo. Equipotencialidad (Bonding): Es la unión permanente de partes metálicas para formar una trayectoria que asegure la continuidad y la capacidad de conducción segura ante la corriente que le sea impuesta. Equipotencializar: Es el acto de conectar partes conductivas y conductores activos con el sistema de puesta tierra por medio de conductores eléctricos y dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias, en el espacio a ser protegido. Grado de riesgo: Valoración conjunta de la probabilidad de accidentes, de la gravedad de sus efectos y la vulnerabilidad del medio. Los componentes esenciales son: GRAVEDAD o severidad y FRECUENCIA o exposición. Impedancia de transferencia: Es la relación de la tensión acoplada en un circuito a la corriente que se presenta en otro circuito o en una parte de este. Interconectado electrónicamente: Unidades que, para completar un sistema o efectuar una operación, deben conectarse a través de un canal de señales. Interfase: Límite entre dos sistemas o entre dos partes de un mismo sistema, que se define por la especificación de características apropiadas, usualmente con el propósito de asegurar la compatibilidad de formatos, de funciones, de señales y de interconexión en el límite. Nota- Una interfase puede definirse, por ejemplo, en una conexión de clavija y tomacorriente, en la abertura de una antena o entre capas de un sistema jerárquico. Interferencia Electromagnética (EMI): Degradación funcional o física en las características de un dispositivo, equipo o sistema; causadas por una perturbación electromagnética. Lazo de tierra: En un sistema de tierra radial es una trayectoria conductiva indeseable entre dos cuerpos conductivos que están conectados a una tierra común (único punto). Método electrogeométrico: Metodología que permite establecer cual es el volumen de cubrimiento de protección contra rayos (zona de protección) de una estructura para una corriente de diseño (corriente de rayo especificada) según la posición y la altura de la estructura interceptora. Este método se utiliza en el diseño de instalaciones de terminales de capatación.

- 10 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL Neutro (Neutral o Grounded Service Conductor): Es un conductor de un sistema o circuito que es intencionalmente conectado a la tierra o a algún cuerpo conductivo que sirve en lugar de esta. Perturbación electromagnética (PE): Cualquier fenómeno electromagnético que puede degradar las características de un dispositivo, equipo o sistema. Puente de conexión equipotencial (Bonding Jumper): Conductor confiable que asegura la conductividad eléctrica necesaria entre las partes metálicas que deben estar eléctricamente conectadas entre sí. Puerto: Punto por el que pueden entran las señales en una red o salir de ella. Interfase especifica de un aparato con el entorno electromagnético. Puesta a Tierra (Grounding): Grupo de elementos conductores equipotenciales, en contacto eléctrico con el suelo o una masa metálica de referencia común, que distribuyen las corrientes eléctricas de falla en el suelo o en la masa. Comprende electrodos, conexiones y cables enterrados. También se le conoce como toma de tierra o conexión a tierra. Puesta a Tierra de Protección: Conjunto de conexión, cable y clavija que se acoplan a un equipo, para prevenir electrocuciones por contactos con partes metálicas energizadas accidentalmente. Puesta a Tierra de Servicio: Puesta a tierra que pertenece al circuito normal de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal, como de falla. Pueden ser de subestación, de comunicaciones, de estática, de equipo sensible, de terminales de captación. o requerida por las disposiciones de los fabricantes de equipo electrónico. Puesto a Tierra (Grounded): Toda conexión intencional o accidental del sistema eléctrico con un elemento considerado como una puesta a tierra. Se aplica a todo equipo o parte de una instalación eléctrica (neutro, centro de estrella de transformadores o generadores, carcasas, incluso una fase para sistemas en delta, etc.), que posee una conexión intencional o accidental con un elemento considerado como puesta a tierra. Resistencia de puesta a tierra: Es la relación entre la tensión aplicada entre dos puntos y la intensidad resultante. Los dos puntos corresponden a la puesta a tierra a medir y un punto lo suficientemente alejado para mantener su tensión constante cuando por la puesta a tierra circula una intensidad. Riesgo: Condición ambiental o humana cuya presencia o modificación puede producir un accidente o una enfermedad ocupacional. Probabilidad de que en una actividad, se produzca una pérdida o ganancia determinada, en un tiempo dado. Sistema derivado independiente: Sistema de alambrado de una instalación, cuya energía procede de una batería, sistema solar fotovoltaico o del bobinado de un generador, transformador o convertidor y que no tiene conexión directa, ni siquiera mediante un conductor del circuito sólidamente puesto a tierra (neutro), para alimentar los conductores que proceden de otro sistema. Sistema de Protección Externa (SPE): Es el conjunto comprendido por los terminales de captación, las bajantes, el sistema de puesta a tierra, conectores herrajes y otros, cuya función es captar las descargas y llevarlas a tierra en forma segura. Sistema de Protección Interna (SPI): Conjunto de dispositivos y técnicas para reducir las sobretensiones transitorias que se pueden presentar al interior de una instalación. Sistema de puesta a tierra (SPT) (Grounding System): Conjunto de elementos conductores de un sistema de potencia específico, sin interrupciones ni fusibles, que unen los equipos eléctricos con el suelo o terreno. Comprende la puesta a tierra y todos los elementos puestos a tierra.

- 11 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL Sistema derivado independiente: Sistema de cableado de una zona, cuya energía procede de una batería, sistema solar fotovoltaico o del bobinado de un generador, transformador o convertidor y que no tiene conexión galvánica entre el sistema a alimentar y del que procede. Sistema Integral de Protección Contra Rayos (SIPRA): Aquel sistema con el que se puede alcanzar un alto grado de seguridad, mediante la combinación de varios subsistemas como SPE, SPI, SPT y acciones preventivas respecto a las personas. Sobretensión: Tensión anormal entre dos puntos del sistema, que es mayor que el valor máximo presentado entre los mismos dos puntos bajo condiciones de servicio normal. Sólidamente Aterrizado (Grounded Solidly o Grounded Effectively): Sistema de conexión a una puesta a tierra, sin otra resistencia que la del cable, es decir, sin resistencias ni inductancias. Suelo Artificial (Artificial Soil): Compuesto preparado industrialmente, de baja resistividad, para potenciar la conductividad de un electrodo enterrado. Suelo o Terreno (Soil): Capa de productos de meteorización, llena de vida, que se encuentra en el límite entre la roca inerte de la corteza y la atmósfera. Susceptibilidad: La inhabilidad de un dispositivo, equipo o sistema para operar sin degradarse en presencia de una perturbación electromagnética. Telurómetro: Nombre en castellano del equipo diseñado para medición de resistividad y resistencia de sistemas de puesta a tierra. Sus principales características son: frecuencia, potencia, alarma, detección de corrientes espurias y margen de error. Terminal de captación: elemento metálico cuya función es interceptar los rayos que podrían impactar directamente sobre la instalación a proteger. Comúnmente se conoce como pararrayos. Tierra (Ground o Earth): Para sistemas eléctricos, es una expresión que generaliza todo lo referente a sistemas de puesta a tierra. En temas eléctricos se asocia a suelo, terreno, tierra, masa, chasis, carcasa, armazón, estructura o tubería de agua. El término “masa” solo debe utilizarse para aquellos casos en que no es el suelo, como en los aviones, los barcos y los carros. Tierra aislada (Insulated equipment grounding conductor): Es un conductor de tierra de equipo, aislado que recorre las mismas conducciones y/o canalizaciones que los conductores de alimentación. Tierra de Referencia: Barraje interno de los equipos electrónicos, que fija el potencial de referencia cero para sus circuitos internos. También se conoce como tierra lógica. Tierra Remota: Sistema de puesta a tierra lejano, respecto al sistema considerado, para el cual se asume que su potencial es cero y que no causa interferencia. Tomacorrientes con Polo a Tierra: Son aquellos con una tercera clavija que hace el primer contacto eléctrico al conectar el equipo. Algunos vienen con la tierra unida a la caja y otros con la tierra aislada (para equipos sensibles). Transitorio (Surge): Designa un fenómeno o una cantidad que varía entre dos estados consecutivos durante un intervalo de tiempo corto comparado con la escala de tiempo de interés. Zonificación: Es el método por el cual se determinan unos volúmenes de una instalación en donde se deben cumplir las mismas condiciones electromagnéticas para los dispositivos, equipos o sistemas y definen los puntos de equipotencialización en las fronteras de la zona.

- 12 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

TENSIONES DE SEGURIDAD

- 13 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

- 14 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

VALORES MAXIMOS DE TENSION DE CONTACTO 5 kV

2 3b

1 3a 2a

2b

0.5

1 2a

2b

4 1

0.2

3a 3b

4

0.1 0.06

- 15 -

0.1

0.2

0.5

1 seg

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

RIESGOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA PARA SERES HUMANOS Electrocución es el paso de corriente eléctrica externa por el cuerpo humano y riesgo de electrocución es la posibilidad de circulación de esa corriente a través del cuerpo. Como la vida de hoy presenta una gran dependencia de la energía eléctrica, es conveniente recordar algunos conceptos fundamentales: Umbral de percepción: Cuando se siente sensación de cosquilleo sin daño para el 99.5 % de las personas. (Para 60HZ c.a.: 1.1 mA para hombres y 0.7 mA para mujeres). Electrización: Valor de corriente que produce movimientos reflejos de los músculos. (Para c.a. 60 HZ : 16 mA para hombres y 10.5 mA para mujeres). Clases de accidentes con origen eléctrico: Rayos, contactos directos (fase- fase, fase-neutro, fase-tierra); contactos indirectos (inducción, contacto con masa energizada, tensión de paso, tensión de contacto, tensión transferida); irradiaciones e incendios. Para analizar los individuos expuestos a riesgo eléctrico se clasifican en individuos tipo “A” y tipo “B”. Individuo tipo “A”: Toda aquella persona que lleva conductores eléctricos que terminan en el corazón. Para este tipo de paciente, se considera que la corriente máxima segura es de 80 microamperios. Individuo tipo “B”: Aquellos que están en contacto con equipos eléctricos y que no llevan conductores al corazón. Se estima como máxima corriente segura, 24 mA. Estados en función del grado de humedad y tensión de seguridad * * * *

Piel Piel Piel Piel

perfectamente seca (excepcional) húmeda (normal) mojada (más normal) sumergida en agua (casos especiales)

80 V 50 V Ambiente seco 24 V Ambiente húmedo 12 V Ambiente sumergido

La gravedad de una descarga eléctrica en el ser humano depende de muchos factores, pero ocasiona desde un malestar hasta la muerte. Recordemos que el hombre es un buen conductor de la electricidad. La resistencia normalizada del ser humano se toma de 1000 ohmios. Experimentalmente se mide entre las dos manos sumergidas en solución salina, que agarran dos electrodos y parado sobre una placa de cobre. El fenómeno de rigidez muscular que se presenta al paso de corriente se llama tetanización. - 16 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

El corazón es un músculo y la parte más vital de nuestro cuerpo. La corriente estimada como mínima mortal es de 25 miliamperios, si al pasar por el corazón produce fibrilación ventricular. Una persona sobrevive más fácil a una descarga por encima de 3 amperios que a una de 0.1 amperios. Se estima que la fibrilación es reversible si el tiempo de contacto es menor de 0.15 segundos. El ciclo cardiaco dura aproximadamente 0.75 segundos. Se acepta en la práctica que corrientes de 30 mA durante un segundo no producen daño irreversible. Siempre se presentan en mayor o menor grado 3 efectos cuando circula corriente por el cuerpo: Nervioso, químico y calorífico. Conviene tener presente en una emergencia, que la muerte por electrocución, en general no es súbita. Existen dos causas básicas de muerte por electrocución: La suspención respiratoria y la paralización del corazón. Lo mismo que en los casos de ahogamiento, el método más eficaz para dar primeros auxilios es la respiración boca a boca y el masaje cardíaco. Efectos Patológicos de la Corriente: 0-2 mA 2-9 mA 9-20 mA 25 mA 100 mA 1 Amperio 5 Amperios

Cosquilleo Contracción muscular involuntaria Contracción muscular dolorosa EFECTOS FATALES, si no se interrumpe Muerte segura si no se interviene. Ninguna quemadura Muerte cierta. Quemaduras Quemaduras graves. No hay fibrilación. Supervivencia posible

*

Recuerde que la energía eléctrica está en todas partes.

*

Los circuitos mecánicos.

*

Los accidentes de tipo eléctrico son: destrucción de equipos e instalaciones.

*

El incendio es el accidente más frecuente y costoso con origen eléctrico.

- 17 -

eléctricos

se

pueden

comparar

con

circuitos

hidráulicos

o

Rayos, contactos, irradiaciones y

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

*

La gravedad de una descarga eléctrica en el ser humano depende de muchos factores, pero ocasiona desde un malestar hasta la muerte.

*

El hombre es un buen conductor de electricidad.

*

En todo circuito eléctrico están presentes; la tensión (en voltios), la intensidad de corriente (en amperios) y la resistencia (en ohmios).

*

En los elementos conductores (como el hombre), la conductividad de la corriente va paralela a la humedad.

*

Tenga presente que la resistencia del cuerpo humano es de sólo 1000 ohmios.

*

La fase o línea “VIVA” no debe ser tocada en lo posible.

*

Los plásticos, la madera seca y las sogas secas son excelentes aislantes y los puede necesitar para rescatar a alguien.

*

El fenómeno que se presenta en los baños eléctricos se llama tetanización o rigidez muscular.

*

El corazón es un músculo y la parte más vital de nuestro cuerpo.

*

La corriente mínima mortal es de 25 miliamperios si al pasar por el corazón produce fibrilación ventricular.

*

Elementos primordiales de una red eléctrica: Fases, fusible, neutro y tierra.

*

Como 24 voltios es la tensión capaz de producir una corriente de 24 miliamperios, es la máxima tensión seguro.

*

Evite el paso de corrientes peligrosas aislándose al máximo. desconecte siempre el circuito y pruébelo.

*

Una persona sobrevive más fácil a una descarga por encima de 3 amperios que a una de 0.1 amperios.

*

Siempre se presentan en mayor o menor grado tres efectos cuando circula corriente por el cuerpo: Nervioso, químico y calorífico.

*

Cuando accidentalmente una persona quede adherida a una red eléctrica, retírela lo antes posible; evitando obviamente que a usted le circule corriente.

*

Tenga presente en una emergencia que la muerte por electrocución, en general no es súbita.

- 18 -

O mejor aún:

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL *

Existen dos causas básicas de muerte por electrocución: respiratoria y la paralización del corazón.

La suspensión

*

Lo mismos que en los casos de ahogamiento, el método más eficaz para dar primeros auxilios es la respiración boca a boca y el masaje cardíaco.

*

Nunca toque un equipo eléctrico con los pies descalzos.

*

Cuando ingiera bebidas, aléjese de la corriente.

*

Inspeccione frecuentemente las instalaciones eléctricas y evitará dolores de cabeza.

*

En instalaciones eléctricas, por favor, no haga arreglos provisionales o improvisaciones.

*

En su empresa y en su casa, conecta a tierra las carcasas metálicas de los equipos.

*

Use y reemplace los fusibles correctamente.

*

No recargue las instalaciones con tomacorrientes múltiples.

*

Trabajar sobre redes energizadas requiere personal y equipo especializado.

*

Las palabras de oro en seguridad eléctrica: PROBAR Y ATERRIZAR.

LA ENERGÍA ELÉCTRICA ES MUY ÚTIL, CONTRÓLELA Y AHÓRRELA.

- 19 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ENTIDADES NORMALIZADORAS AENOR: Asociación Española de Normalización. AHAM: Association of Home Appliance Manufacturers. ANSI: American National Standard Institute. API: American Petroleum Institut. ASTM: American Society for Testing and Materials. BSI: British Standrds Institution. CBEMA: Computer and Business Equipment Manufacturers Association. CCIR: Comité Consultif International des Radiocomunications. CCITT: Comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos (depende de UIT). CEN: Comité Europeo para Normalización. CENELEC: Comité Europeo de Normalización Eléctrica. CIGRE: Conseil International des Grands Réseaux Électriques. CISPR: Comité Internacional Especial de Perturbaciones Radioeléctricas. CSA: Canadian Standards Association. DIN: Deustches Institut Für Normen. EIA: Electronic Industries Association. ECMA: European Computer Manufacturer Association. FCC: Federal Communications Commission. ICONTEC: Instituto Colombiano de Normas Técnicas. IEC/CEI: International Electrotechnical Commission. IEEE: Institute of Electricaland Electronics Engineers. ISA: Instrument Society of America. ISO: International Standards Organization. NACE: National Asociation of Corrosion Engineers. NBS: National Bureau of Standards. NEMA: National Electrical Manufacturers Association. NFPA: National Fire Protection Association. OSHA: Occupational Safety and Health Administration. TIA: Telecommunications Industry Association. UIT/ITU: Unión Internacional de Telecomunicaciones. UL: Underwriters' Laboratories Inc. VDE: Verband Deutscher Elecktrotechniker.

- 20 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

NORMAS Y DOCUMENTOS DE APLICACIÓN Protección Contra Rayos API 2003 (1998). Protection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning, and Stray Currents AS 1768-1991 NZS/AS 1768-1991 Lightning Protection. BS 6651: 1999 Code of Practice for Protection of Structures against Lightning. ICONTEC: NTC 4552 (1999) Norma Técnica Colombiana de protección contra Rayos. IEC 1024-1 (1990-03) Protection of structures against lightning. IEC 1024-1-1 (1993-08) Protection of structures against lightning IEC 61024-1-2 (1998-05) Protection of structures against lightning- Part 1-2. KSC-STD-E-0013D, 1995 Facility Ligntning Protection Design Standard. MOTOROLA: R56 (1994) Quality Standards. Fixed Network Equipment Installations. NFPA 780 (1997) Lightning Protection Code. UIT (1991). Spectrum Monitoring Handbook. UIT –T K11 1993 (Antes CCITT) Principios de protección contra las sobretensiones y sobrecorrientes UL 96 A: Installations Requirements for Lightning Protection System. VDE 0185 Blitzchutzrichtlinien. Compatibilidad Electromagnética EMC 61000-1-1 (1992) Part 1: General. Section 1: application and interpretation of fundamental definitions and terms. EMC 61000-2-1 (1990) Part 2: Environment. Section 2: Description of the environment – Electromagnetic environment for low – frequency conducted disturbances and signaling in public power supply systems. EMC 61000-2-2 (1990) Part 2: Environment. Section 2: Compatibility levels for lowfrequency conducted disturbances and signaling in public low-voltage power supply systems. EMC 61000-2-5 (1995) Part 2: Environment. Section 5: Classification of electromagnetic environments. Basic EMC publication. EMC 61000-3-3 (1994) Part 3: Limits – Section 3: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current ≤ 16 A. EMC 61000-5-1 (1996) Part 5: Installation and mitigation guidelines – Section 1: General considerations. UNE – EN 50160 (1996) Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución. Puestas a Tierra ANSI C2 - 1990: National Electric Safety Code (NESC). ANSI T1.313: Electrical Protection for telecommunications central offices and similar type facilities. ANSI/ IEEE 1100-1999: Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment. - 21 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ANSI/ IEEE 80 - 1986: (version 1992) Guide for Safety in AC Substation Grounding. ANSI/ IEEE Std 142-1982: Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial power Systems. ANSI/ IEEE Std 81 - 1983: Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance. ANSI/ IEEE Std 837-1989: Std for Qualifyng Permanent Connections used in Substation Grounding ANSI/ UL 467 - 1984: Standard for Grounding and Bonding Equipment. ANSI/IEEE 32-1972 (R1990) Standard Requirements, Terminology and Test Procedures for Neutral Grounding Device (ANSI) BS 7430: 1998 Code of Practice for Earthing. CIDET: PEP – 05 Suelos artificiales. CODENSA ET-489 (1998) Especificación Técnica de Suelos artificiales. EEB: LA 400, CS 500-2,CS 556, CS 557 y unificadas del sector eléctrico. ICONTEC: NTC 2050 (1999) Código Eléctrico Colombiano. ICONTEC: NTC 2206 - 1986 Electrotecnia. Equipo de Conexión y Puesta a Tierra. ICONTEC: NTC 2155 (1986) Conectores eléctricos de potencia para subestaciones. ICONTEC: NTC 4171 (1997) Telecomunicaciones. Nueva Tecnologías. Requisitos para la conexión y continuidad de tierra para telecomunicaciones en construcciones comerciales. ICONTEC: NTC 4628. Calificación de Conexiones Permanentes Usadas en Puestas a Tierra en Subestaciones. IEC 61000-5-2 (1997-11) Electromagnetic compatibility part 5: Instalation and mitigation guidelines - section two: Earthing and cabling. IEC 364-3 (1993 ) Electrical Installations of Buildings. Part 3. IEC 364-3 (1994 ) Electrical Installations of Buildings. Part 3. IEC 364-5-54 (1980) Electrical Installations of Buildings. Chapter 54. Earthing arrangements and protective conductors. IEC 564-5-548 (1996) Electrical Installations of Buildings – Part 5. IEC 61557-1/9 Electrical Safety in low Voltage Distribution Systems up to 1000 V a.c. and 1500 V d.c.- Equipment for Testing, Measuring of Protective Measures. IEC: 77B.WG2: Installation and mitigation guidelines: “Earthing and bonding”. IEEE Standard 1048 - 1990: Guide for Protective Grounding of Power Lines. IEEE STD 367 - 1979: Guide for the Maximun Electric Power Station Ground Potencial Rise. IEEE STD 665 - 1995: Standard for Generating Station Grounding. KSC - STD-E-0012c-1994 Bonding and Grounding, Standard. NFPA 70- 1996: National Electric Code (NEC). NFPA 75 - 1995. Protección de Equipos de Computación Electrónicos / Equipos Procesadores de Datos 1992. NFPA 77. Static Electricity 1993. S45052-L1511-P661 (1993) SIEMENS, Puesta a Tierra de Equipos de Telecomunicaciones. TIA/EIA SP-607-A: Commercial Building grounding and Bonding requirements for Telecommunications (August 1994).

- 22 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

UIT –T K8 –1988 (Antes CCITT) Separación en el suelo entre un cable de telecomunicación y el sistema de puesta a tierra de una instalación de energía eléctrica. UIT –T K27 1996 (Antes CCITT) Configuraciones de continuidad eléctrica y puesta a tierra dentro de los edificios de telecomunicación. UIT –T K31 1993 (Antes CCITT) Método de conexión equipotencial y puesta a tierra dentro de los edificios de abonados. UIT –T K35 1996 (Antes CCITT) Configuraciones de continuidad eléctrica y puesta a tierra en instalaciones electrónicas distantes. V15-E (1993): Bonding Configurations and Earthing inside a Telecommunication Building. VDE 0141 (1964), Regulation for Earthings in A.C. Installations with Rated Voltage above 1 kV. Protecciones Internas IEC 1312-1 (1995-02) Protection against lightning electromagnetic impulse. IEC 60099-4 (1998) Surge arresters. Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems IEC 99-1 (1991) Surge arresters. Non-linear resistor type gapped surge arresters for a.c. systems. IEC 99-3 (1990) Surge arresters. Artifial pollution testing of surge arresters. IEC 99-5 (1996) Surge Arresters-Part 5: Selection and application recommendation. IEEE C62.41-1991 (R1995) Recommended Practice on Surge Voltages in LowVoltage AC Power circuits (ANSI) IEEE C62.42-1992 Guide for Application of Gas Type and Air Gap Arrester LowVoltage (Equal to or Less than 100 Vrms or 1200 Vdc) Surge-protective Device (ANSI) IEEE C62.45-1992 Guide on Surge testing for Equipment Connected to Low-Voltage AC Power Circuits (ANSI). UIT –T K36 1996 (Antes CCITT) Selección de los dispositivos de protección.

- 23 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

SIMBOLOGÍA DE MAGNITUDES Y UNIDADES UTILIZADAS EN ELECTROTECNIA Nombre de la magnitud Admitancia Capacitancia Carga Eléctrica Conductancia Conductividad Corriente eléctrica Densidad de corriente Densidad de flujo eléctrico Densidad de flujo magnético Energía activa Factor de potencia Frecuencia Frecuencia angular Fuerza electromotriz Iluminancia Impedancia Inductancia Intensidad de campo eléctrico. Intensidad de campo magnético Intensidad luminosa Longitud de onda Permeabilidad relativa Permitividad relativa Potencia activa Potencia aparente Potencia reactiva Reactancia Resistencia Resistividad Tensión o potencial eléctrico

- 24 -

Símbolo de la magnitud Y C Q G

σ

I J D

Β

W FP F

ω

E Ev Z L E H Iv

λ µr εr

P PS PQ X R

ρ V

Nombre de la unidad Siemens Faradio culombio Siemens Siemens por metro Amperio Amperio por metro cuadrado columbio por metro cuadrado Tesla vatio hora Uno Hertz radian por segundo Voltio Lux Ohmio Henrio voltio por metro Amperio por metro Candela Metro Uno Uno Vatio voltamperio voltamperio reactivo Ohmio Ohmio ohmio metro Voltio

Símbolo de la unidad SI S F C S S/m A A/m2 C/m2 T W.h 1 Hz rad/s V lx Ω H V/m A/m cd m 1 1 W V.A VAR Ω Ω Ω.m V

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

PRINCIPALES SÍMBOLOS GRÁFICOS A UTILIZAR EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS

G Riesgo Eléctrico

Central de Generación

Central Hidráulica

Central Térmica

Generador

Subestación

Transformador de Aislamiento

Transformador de Seguridad

Doble Aislamiento

Caja de Empalme

Conductores de Fase

Conductor Neutro

Conductor de Puesta a Tierra

Interruptor Automático

Fusible

Descargador de Sobretensión

Tomacorriente de 20 A

Clavija de 15 A

Clavija de 20 A

Tomacorriente doble (Arquitectónico)

Tomacorriente en el piso

Tierra

Tierra de Protección

Tierra Aislada

Masa

! 0

Equipotencialidad

- 25 -

Ánodo de sacrificio

Parada de Emergencia

Extintor para Equipo Eléctrico

Detector Automático de Incendio

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

- 26 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

¿QUÉ ES CALIDAD? Es la forma de ser de un producto. Es el grado de conformidad o cumplimiento de unos requisitos para satisfacer necesidades explícitas e implícitas. Es un conjunto de cualidades o atributos, como disponibilidad, precio, confiabilidad, durabilidad, seguridad, consistencia, respaldo y percepción.

CARACTERÍSTICAS DE LA ELECTRICIDAD * * * * * * * *

No se almacena en forma intensiva. Se transporta en tiempo real. Presenta riesgo para los seres vivos. Ocasiona alto impacto ambiental. Gran dependencia para la vida actual. Varía ciclicamente su consumo. Sus redes se diseñan para demanda máxima. Redes subutilizadas gran parte del tiempo.

COMPONENTES DEL SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD

ENTORNO SOCIOECONÓMICO SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

ADMINISTRACIÓN (IMPLÍCITO)

PROCESOS DE MEDICIÓN Y FACTURACIÓN

PRODUCTO (EXPLÍCITO)

SERVICIOS

POTENCIA

AGREGADOS

E.S.P.

- 27 -

CONTINUIDAD

USUARIO

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

COMPONENTES DE LA CALIDAD DEL SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD

CALIDAD DEL SERVICIO DE ENERGIA ELECTRICA (CASEL) CALIDAD DE LA ADMINISTRACION DEL SERVICIO (CAS) ATENCIÓN AL CLIENTE

PERCEPCIÓN DEL SERVICIO

CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA (CEL) CALIDAD DE LA POTENCIA (CAP)

DISPONIBILIDAD CONFIABILILDAD

¿QUÉ ES CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA (CEL) ? Es el grado de conformidad de los indicadores de las señales electromagnéticas, en un tiempo dado y en un punto determinado; para cumplir las necesidades de los usuarios y el marco regulatorio del País.

COMPONENTES DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA (CEL) * * *

Disponibilidad: Presencia de tensión en el punto de entrada del servicio. Confiabilidad: Capacidad de una señal electromagnética, para cumplir una función requerida, en unas condiciones y tiempo dados. Calidad de Potencia (CAP): Conjunto de atributos físicos de las señales de tensión y corriente, en estado estable y transitorio, de manera que los equipos funcionen correctamente.

FUENTES DE PROBLEMAS DE CALIDAD DE LA ENERGÍA (CEL) 1. La red de alimentación 2. Los casos fortuitos (Rayos, accidentes,etc) 3. Las instalaciones del usuario: * la acometida * las redes de cableado internas * los equipos * los sistemas de puesta a tierra

- 28 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

¿QUÉ ES COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)? Es la capacidad o aptitud de un equipo para no dejarse afectar ni afectar a otros equipos por la energia electromagnética, bien sea radiada o conducida. es como la aplicación de un código de buen comportamiento o de convivencia.

TÉRMINOS RELACIONADOS CON EMC EMC: IEC/IEEE: CAPACIDAD de funcionar satisfactoriamente en un entorno. EMI: DEGRADACION de un dispositivo o sistema. EMS: INCAPACIDAD de un equipo para funcionar sin degradarse. La susceptibilidad es la vunerabilidad de un equipo. ESD: Descargas electrostáticas. PQ: IEC: No lo considera. IEEE 1159-1995: Amplia variedad de fenómenos EM que caracterizan V e I. IEEE 1100-1999: Es un CONCEPTO pendiente de consenso. EPRI: Cualquier problema de potencia.... THD: Distorsión Armónica Total TDD: Distorsión Total de la Demanda UNIPEDE: Unicas normas que tratan de PQ y EMC

OBJETIVOS DE LA EMC * * *

Garantizar niveles tolerables de emisión. Asegurar mayores niveles de inmunidad Asegurar la coexistencia de diferentes equipos en su ambiente.

CLASIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS POR IEC

BAJA FRECUENCIA CONDUCIDAS

ALTA FRECUENCIA

BAJA FRECUENCIA

RADIADAS

ALTA FRECUENCIA

ARMONICOS,ARMONICOS NO CARACTERISTICOS SUPERPOSICIÓN DE SEÑALES FLUCTUACIONES DE TENSION CAIDAS DE TENSION E INTERRUPCIONES DESBALANCE DE TENSION TENSIONES INDUCIDOS VARIACIONES DE FRECUENCIA DC EN REDES DE AC ONDAS CONTINUAS INDUCIDAS DE TENSION O CORRIENTE TRANSITOTIOS UNIDIRECCIONALES TRANSITOTIOS OSCILATORIOS CAMPOS ELECTRICOS CAMPOS MAGNETICOS CAMPOS ELECTRICOS CAMPOS MAGNETICOS CAMPOS ELECTROMAGNETICOS ONDAS CONTINUAS TRANSITORIOS

DESCARGAS ELECTROSTATICAS PULSOS NUCLEARES ELECTROMAGNETICOS

- 29 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CALSIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONES SEGÚN CINCO CRITERIOS “PIVOTE”

CLASIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONES SEGÚN CINCO CRITERIOS "PIVOTE" NATURALES SEGÚN EL ORIGEN

1

TECNOLÓGICAS

CONDUCIDAS GALVÁNICAMENTE SEGÚN EL MEDIO DE PROPAGACIÓN

2

PULSOS ELECTOMAGNETICOS NUCLEARES (NEMP) RADIADAS

CAMPOS ELECTROSTÁTICOS (ESD) ACOPLE CAPACITIVO

CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS ACOPLE INDUCTIVO

RADIADAS BAJA FRECUENCIA CONDUCIDAS 3

SEGÚN LA FRECUENCIA RADIADAS ALTA FRECUENCIA CONDUCIDAS

4

SEGÚN LA DURACIÓN

5

SEGÚN CAPTACIÓN

TRANSITIVAS IMPULSIVAS LARGA DURACION SIMÉTRICAS O DE MODO DIFERENCIAL ASIMÉTRICAS O DE MODO COMÚN

CATEGORÍAS DE PERTURBACIONES SEGÚN IEEE-1159 • • • • • • •

- 30 -

Transitorios electromagnéticos. Variaciones de corta duración. Variaciones de larga duración. Desbalance. Distorsión de la forma de onda. Fluctuaciones. Variaciones de la frecuencia.

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ATRIBUTOS DE LAS PERTURBACIONES

* * * * * * *

ESTADO ESTACIONARIO

ESTADO NO ESTACIONARIO

AMPLITUD FRECUENCIA ESPECTRO MODULACIÓN IMPEDANCIA DE LA FUENTE RUIDOS TITILACIÓN

* * * * * * * * *

TASA DE CRECIMIENTO TASA DE REPETITIVIDAD AMPLITUD DURACIÓN FRECUENCIA ESPECTRO MODULACIÓN IMPEDANCIA DE LA FUENTE ENERGÍA POTENCIAL

LÍMITES Y MÁRGENES DE EMC NIVEL DE PERTURBACION

DESTRUCCION LIMITE DE SUSCEPTIBILIDAD LIMITE DE INMUNIDAD

NIVEL DE EMC

AVERIA MARGEN DE SUSCEPTIBILIDAD MARGEN DE INMUNIDAD

ERROR

MARGEN DE EMC

MARGEN DE EMISION

LIMITE DE EMISION 0

- 31 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

LAS 5 TÉCNICAS DE ORO PARA CONTROLAR PERTURBACIONES

1. Absorber energía. 2. Equipotencializar. 3. Filtrar. 4. Apantallar. 5. Sistema de puesta a tierra. EL SPT COMO CANAL DE ACOPLE

ENTORNO ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

RECEPTOR

RAYOS FALLAS DE P O T E N C IA R E S IS T IV ID A D TEM PERATURA AREA ESD

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

HOMBRE C A R A C T E R ÍS T IC A S D E L A IN S T A L A C IÓ N S U S C E P T IB IL ID A D RUTAS DE CABLEADO PUERTOS

C A N A L RAZONES PARA HACER UN ANÁLISIS DE CEL * * * * * * * * * * * *

Legislación Pérdidas Aumento de riesgos Ignorancia Costos de operación Uso deficiente de energía Crecimiento de las plantas No modernización de redes Incrementos de equipo sensible Incrementos de susceptibilidad de componentes. Incremento de interconexiones Ubicación del país

EFECTOS DE MALA CALIDAD DE LA POTENCIA (CAP) * * - 32 -

Electrocución. Explosión de condensadores. ©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL * * * * * * * *

Destruccion de puertos de comunicaciones. Paros no programados en líneas de producción Pérdida del confort Reducción de vida útil de equipos. Imprecisión en los medidores de energía. Deficiencia en grupos electrógenos. Incendios Pérdidas económicas

OBJETIVOS DE UN ANÁLISIS DE CALIDAD DE POTENCIA * * * *

Determinar las características de la red. (cableados, tensiones, corrientes, cargas, cumplimiento de normas, spt) Caracterizar las señales. Determinar las fuentes de perturbación y sus posibles daños. Evaluar impacto económico.

NIVELES DE INVESTIGACIÓN DE UN PROGRAMA DE CALIDAD DE POTENCIA *

NIVEL 1: CABLEADOS Y PUESTAS A TIERRA.

*

NIVEL 2: NIVEL UNO MAS MONITOREO DE PARAMETROS ELECTRICOS BASICOS (V, I, fp, P,f, THD, TDD, Forma de onda).

*

NIVEL 3: NIVEL DOS MAS MONITOREO DEL AMBIENTE ELECTROMAGNETICO (EMF, ESD, EMI)

RECURSOS TÉCNICOS PARA MEJORAR LA CALIDAD DE POTENCIA * * * * * * * * * * * * * *

Filtros activos Filtros pasivos Reguladores DPS Discriminadores de frecuencia Multiplicadores de fase. Apantallamiento contra rayos. Inyección de armónicos en contrafase. Acondicionadores de línea. Coordinación de protecciones Equipos invulnerables Trafos de aislamiento Reguladores de magnéticos de tensión. Grupo motor – generador.

- 33 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL * * *

UPS Condensadores Aislamientos galvánicos

INDICADORES DE ARMÓNICOS * * * * * *

THD (Distorsión Armónica Total). Factor de peso (W). TDD (Distorsión total de la demanda). V*T o I*T. Factor K de los transformadores. TIF (Factor de influencia telefónica).

PROCEDIMIENTO PARA LOGRAR LÍMITES DE ARMÓNICOS * * * * * *

Cambiar el punto común de acople (PCC). Caracterizar la carga generadora de armónicos. Corregir el factor de potencia. Cálculo de los armónicos en el PCC. Diseño e implementación de soluciones. Seguimiento de las medidas tomadas.

SOLUCIONES PARA PROBLEMAS DE ARMÓNICOS * * * * *

- 34 -

Filtros pasivos (serie o paralelo). Multiplicación de fase con transformadores. Diseño de transformadores especiales. Filtros activos. Normas “aterrizadas” al entorno de aplicación.

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

- 35 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

POLARIZACIÓN DE NUBES

CONVECCION

OROGRAFIA

CONVERGENCIA

OROGRAFIA

TIPOS DE RAYOS

- 36 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

PROCESO DE LA DESCARGA

SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS El propósito de la protección contra rayos, es controlar (no eliminar) el fenómeno natural, encausándolo en forma segura. SISTEMA INTEGRAL DE PROTECCION CONTRA RAYOS (SIPRA) COMPONENTE 1 Evaluación del nivel de riesgo.

FUNCION QUE CUMPLE Determinar las medidas de protección.

2 Sistema de protección externo Canalizar el rayo hasta el suelo en forma segura. (SPE) 2.1 Terminales de captación Interceptar el rayo. 2.2 Bajantes

Conducir el rayo, reducir el di/dt, atenuar efectos internos del campo magnético. 2.3 Puesta a tierra de protección Dispersar y disipar la corriente del rayo. contra rayos (PTPR) 3 Sistema de protección interno Limitar las sobretensiones transitorias al interior (SPI) de la instalación. 3.1 Equipotencialización con DPS Limitar sobretensiones. 3.1.1 Protección primaria 3.1.2 Protección secundaria - 37 -

Limitar sobretensiones en las partes energizadas del panel de distribución principal. Limitar sobretensiones en equipos electrónicos. ©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL 3.2 Equipotencialización con Reducir efectos internos del campo eléctrico. conductores 3.3 Apantallamientos localizados Reducir efectos internos del campo magnético en equipos electrónicos . 3.4 Topología de cableados Contribuir a la compatibilidad electromagnética. 3.5 Instalación de filtros.

Control de perturbaciones conocidas.

4 Prevención de riesgos. 4.1 Guía de seguridad personal

Lograr comportamientos seguros de las personas.

4.2 Sensor de tormentas

Suspender actividades de alto riesgo.

- 38 -

4.2.1 Fijos

Suspender actividades de alto riesgo.

4.2.2 Portátiles

Suspender actividades de alto riesgo.

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

MÉTODO ELECTROGEOMÉTRICO

PROTECCION CON UN PARARRAYOS

r

r r

s

s

H

r a

Región protegida

s

r

s

s

z

PROTECCION CON VARIOS PARARRAYOS

Región protegida

H

H

- 39 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CARACTERÍSTICAS DE LOS TERMINALES DE CAPTACIÓN TIPO Y MATERIAL DEL TERMINAL VARILLA

CABLE TUBO LAMINAS

Cobre

Longitud máxima libre (m)

Diámetro mínimo (mm)

Espesor mínimo (mm)

Calibre mínimo (AWG)

Ancho (mm)

1

9,6

no aplica

no aplica

no aplica

Bronce

1

8

no aplica

no aplica

no aplica

Acero

1

8

no aplica

no aplica

no aplica

Cobre

no aplica

7,2

no aplica

2

no aplica

Acero

no aplica

8

no aplica

no aplica

no aplica

Cobre

1,5

15,9

4

no aplica

no aplica

Bronce

1500

15,9

4

no aplica

no aplica

Cobre

no aplica

no aplica

4

no aplica

12,7

Acero

no aplica

no aplica

4

no aplica

12,7

Hierro

no aplica

no aplica

5

no aplica

12,7

REQUERIMIENTOS PARA LAS BAJANTES Altura de la estructura

- 40 -

Número mínimo de bajantes

Calibre del conductor de acuerdo con el material de este Cobre

Aluminio

Menor que 25 m

2

2 AWG

1/0 AWG

Mayor que 25 m

4

1/0 AWG

2/0 AWG

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ESPECIFICACIONES SUGERIDAS PARA PROTECCIÓN CONTRA RAYOS Y SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Los paises situados en la zona de confluencia intertropical, presentan las más altas actividades eléctricas atmosféricas del mundo. Debe tenerse claro entonces, que los métodos de protección contra rayos implementados en otras latitudes (especialmente las tierras), no necesariamente se aplican en la zona ecuatorial. A continuación se presentan algunas propuestas de especificaciones técnicas relacionadas con esta temática. Anillos de Apantallamiento: Se montan en lo alto de los edificios y en su contorno con cable de cobre desnudo no. 2 AWG de 7 hilos o más, pero preferiblemente mimetizados en la mampostería. En edificios de más de 25 m se montará un anillo perimetral adicional por cada 50 m adicionales. Bajantes: Se dejarán dos bajantes como mínimo, en cable desnudo calibre No. 2 AWG y por la parte externa de la torre o edificio. Se busca el manejo de los dos parámetros críticos, como son la corriente máxima y la pendiente máxima. Las magnitudes de corriente de rayo encontradas en Colombia son del orden de 60 kA y el di/dt pasa de 100 kA/ µs. En el caso de edificios, se instalarán como mínimo dos bajantes hasta 25 m, la fijación mecánica a fachadas se hará en tubería metálica galvanizada. Para la fijación a torres, se establecen dos métodos: cuando la torre sea en ángulo, con conectores mecánicos de tornillo y para montantes tubulares, con cinta “band it”. En ambos casos se fijarán cada tres metros. Barraje Equipotencial (BE): Se emplearán en la subestación, en cada cuarto y en cada piso para edificios. Se dejarán a un metro del piso como máximo, en platina de cobre y montados sobre aisladores. Se han utilizado dos tamaños: 60 cm x 3” x ¼” y 30 cm x 3” x ¼”. Estos valores son los mínimos. Baterías: Siempre se debe aterrizar el positivo al barraje equipotencial del cuarto de equipos directamente con cable aislado No. 4/0 como mínimo. Bobina de Choque: Es un concepto novedoso que se ha aplicado en estaciones de telecomunicaciones, pozos petroleros, contenedores y edificios como parte de un enfoque integral de protección contra el rayo. Las especificaciones mínimas pueden ser 40 µH y frecuencia de resonancia de 1 MHz. También se ha instalado, como experimentación, en paralelo con un descargador de sobretensiones tipo varistor de ZnO. Cajas de Inspección: Se dejará como mínimo una por cada sistema de puesta a tierra. Se construirá con base en tubos de gres de 10” x 50 cm, con entrada lateral o cajas cuadradas en concreto de 0.3 x 0.3 m o circulares de 0.3 m de diámetro. La tapa debe construirse en concreto o lámina corrugada, con una manija para poderla levantar. Centros de Computo: Se construirá una malla de alta frecuencia del tamaño del piso con una de estas tres formas: Con cintas de cobre, con cables o con la - 41 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

estructura del piso falso. El tamaño de la retícula no debe ser inferior a 30 cm ni superior a 60 cm. Electrodos de Puesta a Tierra: El estudio de resistividad del terreno determina el tipo de electrodos, siempre buscando su menor valor. Para sistemas de tierras superficiales, se utilizarán como electrodos los contrapesos o mallas de 2m x 2m en el cable de cobre desnudo No. 2 AWG, con varios cuerpos. Los electrodos tipo varilla, que son los más utilizados, se pueden enterrar en diversos tamaños, con un máximo de 6m, pero en todo caso será de cobre sólido o con recubrimiento electrolítico de 250µm y como mínimo de 5/8”x 2.4 m. Estructura Metálica de Edificios: También debe conectarse a tierra en el barraje equipotencial. Estudio de Resistividad del Terreno: En todas las instalaciones donde se vaya a construir un Sistema de puesta a tierra, se realizará previamente un estudio de la resistividad del terreno por el método Wenner. Se adopta la siguiente clasificación de terrenos para efectos de mejoramiento. * * * * *

Suelo Suelo Suelo Suelo Suelo

clase clase clase clase clase

A: Suelos blandos ácidos, con resistividad menor de 200 Ω-m B1: Suelos arenosos secos, con resistividad entre 500 y 1000 Ω-m B2: Suelos arenosos secos, con resistividad entre 1000 y 2000 Ω-m C1: Suelos rocosos con resistividad menor de 1000 Ω-m C2: Suelos rocosos con resistividad mayor de 1000 Ω-m

Evaluación del Grado de Riesgo: Antes de tomar decisiones que ocasionen gastos innecesarios, es obligatorio presentar una evaluación del grado de riesgo frente a rayos. Se sugiere la metodología ya presentada de la norma colombiana o la de la NFPA 780. Formas de Conexión: Se ha implementado la conexión por medio de cable aislado color verde a un sólo punto de la malla para equipos sensibles, con el fin de evitar diferencias de potencial peligrosos dentro del salón de equipos y en todos los casos evitando lazos de tierra. Algunos artículos respaldan este concepto. También se requiere que todo elemento quede interconectado al sistema de puesta a tierra. Grupo de Medida: Siempre se debe aterrizar a la parte del Sistema de puesta a tierra más cercano con cable no. 2 como mínimo. Guiaondas: Se aterrizarán en la parte baja de la torre, en la entrada al cuarto de equipos y en torres de más de 50 m, se aterrizarán adicionalmente en la parte intermedia. Halo de Repartición de Tierras: Se dejará sólo en cuartos de comunicación en la parte superior, totalmente aislado de la pared y asegurado, con una sola conexión - 42 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

aislada al barraje equipotencial. Se partirá dejándolo con un “gap” o separación de un centímetro dentro de una manguera. Interconexión de Tierras: Es requisito indispensable la equipotencialización de todos los componentes de los sistemas de puesta a tierra y su interconexión debe ser tal, que no exista más de 0.5 ohmios entre los extremos más lejanos. Mallas de Cerramiento: Se deben aterrizar en por lo menos cuatro puntos con cable de cobre No. 2; asegurándola en la parte inferior (ángulo) con conector del tipo tornillo bristol a presión o en su defecto a los tubos con tornillo pasante en bronce. Medición del Sistema de Puesta a Tierra: Como parte del control de calidad del sistema de puesta a tierra se harán mediciones de resistencia de puesta a tierra de cada sitio, con telurómetro de más de 1000 Hz, 20 kW y precisión de 0.01 empleando algunos de los métodos aceptados por la ingeniería. Para los casos de mejoramiento, se hará antes y después del proceso. Pararrayos o Puntas de Captación: Se recomiendan sólo pararrayos tipo Franklin, por ser los únicos que están respaldados ampliamente por la ingeniería eléctrica mundial y por la norma colombiana de protección contra rayos. Su ubicación se establece según el método electrogeométrico, es decir, debe ser el elemento metálico más alto. Si la edificación requiere de varios, su zona de protección se determinará haciendo rodar una esfera imaginaria. Para edificios con estructura en metal, pueden no requerirse. Plantas de Emergencia: Siempre se deben aterrizar a la parte del Sistema de puesta a tierra más cercano con cable No. 2 como mínimo. Protecciones Finas: Se puede implementar en dos etapas, según la norma ANSI C62.41. Se ubicará la tipo C en la acometida y la tipo B junto a la transferencia. Quirófanos: Se construirá una malla en el piso, en láminas de bronce con retículas de 15 a 20 cm. Recepción De Obras: Para facilitar la recepción de obras por parte de quien haga la interventoría, siempre deberá realizarse con base en una lista de comprobación. Tanques de Combustible: Siempre se deben aterrizar a la parte del Sistema de puesta a tierra más cercano con cable No. 2 como mínimo. Tipos de Conexiones: Se admiten varias formas, según su ubicación y uso. Tornillos de cobre o de bronce para el barraje equipotencial Conectores Burndy ref KA con tornillo bristol para el halo. Soldadura exotérmica para nivel de piso y torre. Terminales a compresión del tipo pala para terminal de cables. - 43 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

Soldadura de plata para electrodos tipo malla. Conectores tipo “Wrench Lok” como alternativa de soldaduras. Conector de tornillo partido para derivaciones. Transformador de Alimentación: Se construirá un sistema de puesta a tierra por etapas y se interconectará con el sistema de puesta a tierra general cuando sea posible. Se protegerá con doble juego de descargadores de sobretensiones y dos cables de guarda en casos críticos. Tratamiento del Terreno: Se hará tratamiento del terreno si la resistividad supera los 50 Ω-m. En los suelos clase B y C siempre. En casos de torres entre 15 y 70m de altura, el criterio será dictaminar el número de contrapesos necesarios para llegar a la resistencia objetivo, así: * * * *

Para Para Para Para

suelos suelos suelos suelos

clase clase clase clase

B1: B2: C1: C2:

Tres contrapesos Cuatro contrapesos Cuatro contrapesos Cinco contrapesos

En caso de aplicar un suelo artificial, debe cumplir las siguientes especificaciones: * * * * * * * * * * *

Que Que Que Que Que Que Que Que Que Que Que

no genere riesgos sea muy estable. no presente migraciones sea tixotrópico sea fácil de almacenar, transportar y aplicar. su resistividad sea menor a 1 Ω.m su temperatura de fusión sea mayor a 1100ºC. su PH sea mayor de 7. su permitividad sea superior a 10. la humedad relativa sea menor del 10% su capacidad de intercambio catiónico sea mayor a 30.

Tubería Metálica: Siempre se debe aterrizar a la parte del Sistema de puesta a tierra más cercano con cable No. 2 como mínimo. Vida Util: Se recomienda que las instalaciones de protección contra rayos y puestas a tierras presenten soportes para garantizar una vida útil mínima de 20 años.

- 44 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

PROTECCIÓN CONTRA RAYOS EN TANQUES DE TECHO FLOTANTE

1. LOS RIESGOS

Caida de material fundido

++++++++++ Carga estática Inducida en el techo

1. Impacto Directo

2. Impacto Cercano

10 Km

++++++++++ Carga estática Inducida en el techo

3. Inducción de Nubes

- 45 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

2. LOS CONDICIONANTES

4

2 4

5

1

1

1

Techo Flotante SELLO

3

7

1. Zona CLASE I División 1 2. Pintura 3. Grasas o parafinas 4. Oxidación 5. Escobillas Galvanizadas y no en acero inoxidable 6. Las Normas API 505, API 2003, NFPA 70, NTC 2050 7. Perfil

- 46 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

3. LAS SOLUCIONES CONTRA IMPACTOS DIRECTOS CONTRA IMPACTOS DIRECTOS 3a. APANTALLAMIENTO DIRECTO CON CUATRO MASTILES

1

1

1 3

1

2 1

1 3

4

2

1

1. Mástil Metállico 2. Cable de Guarda 3. Estructura a ser protegida = Tanque + Zona 1 4. Zona Protegida (Vista en Planta)

Zona 1 Zona 2

- 47 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

3b. APANTALLAMIENTO DIRECTO CON DOS MASTILES Y CABLE DE GUARDA 2

1

1 3

1

2

1

3 4

1. Mástil Metálico 2. Cable de Guarda 3. Estructura a ser protegida = Tanque + Zona 1 4. Zona Protegida (Vista en Planta)

- 48 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

3c. APANTALLAMIENTO DIRECTO CON DOS MASTILES Y PARARRAYOS

2

2

1

1

1

1 3 2

4

1. Mástil Metálico 2. Pararrayos Franklin 3. Estructura a ser protegida 4. Zona protegida

- 49 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

3d. BUEN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PARARRAYOS SOBRE LA PLATAFORMA

3e. BUENOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

CONTRAPESOS DE 15 m

- 50 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CONTRA CARGAS INDUCIDAS

1. Escobillas

3. Escalera

- 51 -

2. Contrapeso

4. Cables Flexibles

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

- 52 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA 1720 S. GRAY y G. Wheeler realizan los primeros estudios sobre resistividad de rocas. 1746 Watson descubre que el suelo es conductor. 1815 robert Fox, llamado el “abuelo de los geofísicos”, descubre el fenómeno de la polarización espontánea. 1879 Primera muerte con energía generada por el hombre a 250 V. 1883 Brown patentó un sistema de prospección eléctrica con dos electrodos. 1883 Carl August Steinheil comprueba que la tierra conduce electricidad en telegrafía por hilo. 1892 El New York Board of Fire Underwriters (NYBFU) determina que la práctica de las conexiones a tierra es peligrosa y estas deben ser retiradas antes del 01/10/1892. 1904 VDE Publica las primeras recomendaciones sobre sistemas de puesta a tierra en Alemania. 1905 La NCSER publicó una resolución para que en edificaciones se conectara a tierra el sistema de corriente alterna a la entrada de la tubería de agua. 1913 Conrad Schlumberger “Padre la Prospección Eléctrica” logró el primer hallazgo geofísico de mineral no magnético. 1915 Schlumberger y Wenner, independientemente idean los arreglos tetraelectródicos. 1915 Invención de los electrodos marca Copperweld. 1918 O.S. Peters desarrolló el método de los tres electrodos para medir resistencia de puesta a tierra. 1925 El 25 de septiembre los hermanos Schlumberger, Conrad y Marcel solicitaron patente de su método. 1928 Se edita el primer libro sobre el tema: “Erdstroeme” o “Corrientes Telúricas” de Franz Ollendorf”. 1936 Charles A. Cadwell y F. H. Neff, realizaron con éxito una soldadura, mediante una reacción de oxido de cobre y aluminio. 1961 Primera versión de la norma IEEE 80 “Guide for Safety in A.C. Substation Grounding” Nace el factor de irregularidad Ki. 1970 HP inició el uso del cable aislado de tierras para equipo electrónico. 1994 Primer seminario internacional sobre SPT en la Universidad Nacional de Colombia. 1995 Primer curso sobre sistemas de puesta a tierra en ACIEM. - 53 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL 1997 Primer curso sobre sistemas de puesta a tierra en Fasecolda. 1999 II SIPAT 28, 29 y 30 de Julio. 2000 La IEEE reafirma la norma IEEE – 80 1996 el 27 de junio de 1991.

TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA De Protección (Para equipos) De carcasas De herramientas portátiles

* *

De Servicio (Para sistemas eléctricos) Configurada artificialmente De alta frecuencia De corriente continua De equipos de comunicaciones De equipos de computo De estática De pararrayos De referencia De subestación

* * * * * * * * *

Temporales De De De De

* * * *

baja tensión media tensión alta tensión electricidad estática

BASES TECNOLÓGICAS PROPUESTAS PARA SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPT) 1.

Estudie la resistividad del terreno antes de diseñar.

2.

Defina muy bien la corriente de falla y el tiempo de despeje.

3.

Diseñe basado en estas palabras: TIERRAS DEDICADAS E INTERCONECTADAS, QUE CUMPLAN LAS NORMAS.

4.

Maneje el símil de aguas: las CRISTALINAS de un lado y las NEGRAS de otro. No las mezcle !!.

5. Conserve siempre la equipotencialidad. - 54 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

6.

Ubique los electrodos en la zona de menor resistividad.

7.

Deje entre electrodos, dos veces su longitud.

8.

Diseñe el SPT para que tenga mínima corrosión.

9.

Instale cajas para su inspección y mantenimiento.

10. El SPT de protección contra rayos tendrá que controlar una sobretensión

transitoria. 11. El SPT para el sistema de potencia, tendrá que controlar el incremento del

potencial de tierra (GPR) y disipar altas corrientes. 12. Controle la topología en un SPT para equipos sensibles. 13. Construya los SPT de transmisión y distribución, por etapas. 14. Antes de autorizar la puesta en servicio de un SPT, realice o verifique las

mediciones. Recuerde siempre que un SPT es para dar seguridad !!!

PASOS PARA LOGRAR EXCELENTES SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Determinación de los parámetros * * * * * * * * *

Revisión de planos de la instalación. Definir la resistencia de puesta a tierra deseada. Establecer las tensiones de seguridad permitidas. Definir las temperaturas máxima y ambiente. Calcular la corriente de falla. Definir el máximo tiempo de despeje de la falla. Obtener valores del nivel de aislamiento (BIL) de equipos. Determinar el área disponible. Estudio de la resistividad del terreno.

Diseño * * * * * *

Recopilar las normas y programas necesarios. Definir geometría del SPT Elegir el tipo de electrodo y su máxima cantidad. Definir profundidad de enterramiento. Escoger material y resistividad de la capa superficial. Definir tamaño de la retícula si es malla.

- 55 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL * * * *

Definir longitud de contrapesos. Calcular calibre y longitud del conductor. Calcular resistencia de puesta a tierra. Ajustar valores.

Análisis del Comportamiento * * *

Calcular tensiones de seguridad. Calcular el GPR (máxima tensión de la malla respecto a una tierra remota) Confrontar valores respecto a las especificaciones

Topología * * * * *

Definir colas. Ubicar cajas de inspección. Definir rutas de cables. Ubicar barrajes equipotenciales. Interconectar con otros SPT.

Materiales y Cantidades de Obra * * *

Hacer listado de materiales. Valorar materiales básicos y accesorios, equipos, herramientas y mano de obra. Elaborar el presupuesto definitivo.

Ejecución de Obra * * * *

Nombrar el responsable directo. Hacer cronograma. Construir el SPT. Levantar planos “As. Built”.

Mediciones de Comprobación * * * *

De De De De

resistencia de puesta a tierra. tensión de paso. tensión de contacto. equipotencialidad

Detalles Finales * * * * *

Terminar obra civil. Señalizar Certificar el SPT. Liquidar la obra Entregar garantías y memorias de cálculo.

- 56 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

REQUISITOS MÍNIMOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA * * * * * * *

El valor de la resistencia debe ser el adecuado para cada tipo de instalación. La variación de la resistencia debida a cambios ambientales debe ser mínima. Su vida útil debe ser mayor de 20 años. Debe ser resistente a la corrosión. Su costo debe ser el más bajo posible, sin que se comprometa la seguridad. Debe permitir su mantenimiento periódico. Cumplir los requerimientos de las normas y especificaciones.

FUNCIONES DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA * * * * * * *

Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos. Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas. Servir de referencia al sistema eléctrico. Conducir y disipar las corrientes de falla con suficiente capacidad. Eliminar ruidos eléctricos. En algunos casos, servir como conductor de retorno. Transmitir señales de RF en onda media.

PATOLOGÍAS TÍPICAS * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * - 57 -

Acoples en modo común. Ausencia total de puestas a tierra. Ausencia de mallas de alta frecuencia. Bajo calibre de neutro. Mala demarcación de colores. Cables apantallados con múltiples aterrizajes. Calibres menores. Cero mantenimiento. Conexiones a tierras falsas. Conducciones metálicas sin aterrizar o sin continuidad. Electrodos de mala calidad. Electrodos muy cortos. Electrodos muy próximos. Falta de barrajes equipotenciales Interconexiones no adecuadas. Lazos de tierras Malas conexiones Más de una conexión a tierra para equipos sensibles Muchos electrodos en suelos de alta resistividad Pérdida de equipotencialidad Puestas a neutro Puestas a tierra sin hilo de continuidad Resistencias de puesta a tierra altas Resonancia a radio frecuencia ©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL * * * * *

Tierras separadas pero no independientes Tomas sin puesta a tierra aislada para equipos sensibles Tomacorrientes mal polarizados Tratamientos que desaparecieron Varias uniones neutro tierra.

MÉTODOS DE CONEXIÓN DEL NEUTRO Para que un equipo eléctrico funcione, no es requisito imprescindible que se tenga una puesta a tierra. Incluso para ciertos procesos es aconsejable que no se tenga referencia a tierra. Pero los accidentes personales, la difícil detección de fallas, los incendios, el deterioro de aislamientos, hicieron que cada vez se reafirmara más el concepto de la obligatoriedad de tener sistemas de puesta a tierra. * * * * *

Neutro artificial Neutro flotante Por medio de resistencias (altas o bajas). Por inductancia Sólidamente aterrizado

En la práctica de la ingeniería actual, las conexiones del neutro que se recomiendan son: En sistemas de 600 V o menos se utiliza la conexión directa o sólida a tierra. En sistemas desde 2.5 kV hasta 5 kV se emplea conexión con alta resistencia de puesta a tierra, para limitar la corriente de falla entre 5 y 10 Amperios. En sistemas desde 5 kV hasta 15 kV se emplea conexión con baja resistencia de puesta a tierra, para limitar la corriente de falla entre 100 y 200 Amperios. Para sistemas de más de 15 kV se emplea conexión directa a tierra. En sistemas eléctricos para industrias que manejen procesos continuos, donde las pérdidas por una interrupción son elevadas, se emplea sistema con neutro aislado o aterrizado a través de una alta resistencia. Para generadores, se tiene muy extendido el concepto de aterrizar a través de un reactor (transformador monofásico) en conjunto con una resistencia de carga en el secundario. Para sistemas ya construidos sin neutro (delta o estrella con neutro flotante) se emplean autotransformadores trifásicos, conectados en zig zag, del tipo seco y refrigerados con aire.

- 58 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

MÁXIMOS VALORES DE RESISTENCIA La principal función de las puestas a tierra es garantizar seguridad para personas y equipos. Por tanto, los valores que recomendamos a continuación son surgidos de la experiencia cotidiana, sin que necesariamente obedezcan a una norma específica o a una meta obligatoria. Para Para Para Para Para Para Para Para

torres de transmisión: estática: subestaciones de poste: comunicaciones: S/E de media tensión: computadoras: S/E de alta tensión: pararrayos:

20 Ω 15 Ω 10 Ω 5Ω 3Ω 2Ω 1Ω 1Ω

PANORAMA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPT) CLASIFICACIÓN

APLICACIÓN

FUNCIÓN

NORMAS

PRINCIPAL

QUE RIGEN

OBLIGATORIEDAD CONDICIONES

CONFIGURACIÓN

DE FALLA

DE PROTECCIÓN

SUBESTACIÓN

SEGURIDAD

NTC 2050

LEY

Y

Y/O

DE

IEEE 80

NORMA EMPRESA

DE SERVICIO

ACOMETIDA EQUIPOS

PERSONAS REFERENCIA

IEEE 81 IEEE 1100

RECOMENDADA RECOMENDADA

RESISTENCIA MÁXIMA 10 Ohmios

I

V

F

DE SERVICIO

I

DE EQUIPOS

CUALQUIERA

V

25 Ohmios 2 Ohmios

QUE

F SENSIBLES PROTECCIÓN

Y CEN DISPERSIÓN Y

IEEE 142 NTC 4552

RECOMENDADA RECOMENDADA

CUMPLA

I DISIPACIÓN

DE SERVICIO CONTRA RAYOS

RÁPIDA SEGURIDAD

AS 1768

MANTENIMIENTO

DE

IEEE 1048

RECOMENDADA OBLIGATORIEDAD

F

V I

TEMPORAL

5 Ohmios 1 Ohmio

10 Ohmios 10 Ohmios

F

V LINIEROS

- 59 -

COMO NORMA

25 Ohmios

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EQUIPOS ENLACE EQUIPOTENCIAL

HILO DE CONTINUIDAD TOMACORRIENTES LINEA PRINCIPAL DE TIERRA (Tabla 250-95) CONECTOR MECANICO BARRAJE EQUIPOTENCIAL

BARRAJE DE NEUTRO Z Y X N

BOBINA DE CHOQUE

CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA (Tabla 250-94) SUELO NATURAL

CONEXION EXOTERMICA CONTRAPESO

MALLA

CAJA DE INSPECCION

ELECTRODO RETICULA

SUELO ARTIFICIAL

Asi como un carro esta constituido básicamente por: Carrocería, motor y llantas; una puesta a tierra tiene: Cables, conexiones y electrodos.

- 60 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

ABANICO DE MEDICIONES EN PUESTAS A TIERRA * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

- 61 -

Acidez (activa, intercambiable, no intercambiable, total, titulable). Armónicos de tensión “V” y corriente “I” Campos electromagnéticos sobre sistemas de puesta a tierra. Capacidad de intercambio catiónico (CIC) Capacidad de intercambio de aniones Consistencia (pegajosidad, plasticidad, en húmedo, en seco) Densidad Equipotencialidad Granulometría (malla) Permeabilidad magnética Permitividad Ph Polaridad de tomacorriente Porosidad Punto isoeléctrico Resistencia de puesta a tierra. Resistividad del terreno. Saturación Susceptibilidad magnética Tamaño de partículas Temperatura de fusión Tensión tierra – neutro

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CORRIENTES ESPURIAS También llamadas errantes, parásitas o vagabundas se pueden presentar por diversas causas, como por ejemplo: Transformadores desbalanceados, cercas eléctricas, rayos, cables rotos, aislamientos inadecuados, aislamientos desgastados, cortocircuitos, vías electrificadas, acción galvánica, protecciones galvánicas, tensiones inducidas, circuitos de baterías, electrostática o radio frecuencia. Sus efectos pueden ser tan nocivos para los equipos como mortales para quien no sepa las técnicas para medir correctamente una puesta a tierra. Desbalance de Transformadores Cables Rotos Aislamientos Inadecuados Aislamientos Desgastados Cortocircuitos Vías Electrificadas Cercas Electrificadas Protecciones Galvánicas Tensiones Inducidas Circuitos de Baterías Rayos Electricidad Estática Radio Frecuencia

Medidas de Mitigación

1. 2. 3. 4.

Pasividad anódica Protección catódica Sistemas de puesta a tierra Aumentos del pH.

FACTORES QUE INCIDEN EN LA RESISTIVIDAD El suelo en su estado normal es un mal conductor de electricidad y totalmente seco se comporta como un material semiconductor o un aislante. El valor de la resistividad fluctúa para distintas rocas en límites muy amplios, dependiendo de la composición de las mismas, de la conductividad de sus partículas, de su estructura, de la presencia de agua, de las sales y otros parámetros. Por ello, hemos recopilado los factores que más inciden en la resistividad de un suelo y una breve explicación. Absorción: Atracción de una sustancia sólida sobre un fluido, de modo que las moléculas de éste penetren en ella. Tiene gran influencia, por ser la conductividad en los suelos de tipo iónica con electrolitos. Actividad electroquímica: En la frontera entre las rocas y el agua, al igual que entre las soluciones de diversas concentraciones, ocurren fenómenos de - 62 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

polarización espontánea que provocan campos eléctricos por fenómenos de difusiónabsorción, filtración o de oxidación-reducción. La intensidad de estos campos se agrupa en el parámetro llamado Actividad electroquímica. Adsorción: Atracción de un cuerpo y retención en su superficie de moléculas o iones de otro cuerpo. En la práctica se da por la interacción química entre las diferentes sustancias que facilitan el paso de corriente en el suelo. Es una característica de adherencia de un material. Anisotropía: La estructura particular de las rocas provoca la variación de la resistividad en función de la dirección. Este fenómeno se acrecienta en las rocas compuestas de varias capas, en las cuales la resistividad será mayor en la dirección transversal y menor a lo largo de la estratificación. Este fenómeno (propiedades físicas diferentes en todas las direcciones) se cuantifica con el Coeficiente de Anisotropía que relaciona las resistividades longitudinal y transversal. Capacidad de intercambio catiónico (CIC): Es una expresión del número de sitios de adsorción de cationes por unidad de peso del suelo. La capacidad de intercambio de cationes puede ser definida como “la medida de la cantidad de cargas negativas del suelo”. Algunos autores la definen como el “número total de posiciones intercambiables”, pero esta definición tiene el problema de prestarse a confusiones con el intercambio de aniones. La CIC se expresa en miliequivalentes/100 gramos de suelo secado al horno. Se requiere con el fin de conocer la facilidad de migración de un material. Compactación y presión del suelo: Un suelo más compacto presenta una mayor continuidad física, lo que en principio facilita una mejor conductividad, siempre y cuando se llegue a las capas de menor resistividad. Por lo anterior es recomendable esperar un cierto tiempo después de hecha la instalación para realizar la medición oficial de su resistencia. Composición del terreno: Los rangos de resistividad, según la composición del terreno son muy amplios. En un sitio determinado, no es posible dar los valores de resistividad hasta no hacer la medición. Sucede, incluso, que para una misma clase de terreno, situada en distintas regiones, la resistividad puede ser sensiblemente diferente. Concentración de sales: Siendo la resistividad de un suelo dependiente de la cantidad de agua retenida en éste, y conociéndose el hecho de que la resistividad del agua está gobernada por las sales disueltas en ésta (conducción electrolítica), se concluye que la resistividad del suelo es influenciada por la cantidad y tipo de sales disueltas en esta agua. Densidad: Es un parámetro que debe controlarse con el fin de asegurar que se manejan materiales higroscópicos, que tiene relación directa con la porosidad.

- 63 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

Factor de formación: La relación entre la resistividad de la roca y la resistividad en presencia de un electrolito saturante se conoce como factor de formación. Los factores de formación se incrementan a medida que la porosidad decrece, lo cual es lógico, ya que a menor cantidad de poros menor cantidad de electrolitos conductores. Frecuencia: Se ha asumido que la conductividad es independiente de la frecuencia del campo eléctrico inducido. Esto es cierto en las rocas sedimentarias. Pero en las rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias con contenido de minerales metálicos o arcillosos, esto NO es cierto. Entre las causas de esta dependencia se encuentran el efecto dieléctrico normal, la respuesta electrocinética de las burbujas de aire que están dentro de la roca, la polarización de electrodos y la polarización de membrana. Estratificación del suelo: La composición del suelo es generalmente estratificada en varias capas o formaciones diferentes (consecuentemente de resistividades diferentes). Este hecho presenta una contradicción con muchos textos y memorias de cálculo de proyectos, donde se asume que el suelo es uniforme. Granulometría del suelo: La resistividad del suelo está influenciada por la dimensión y la presencia de granos de diversos tamaños. Se consideran dos aspectos: La capacidad de retención de agua en las capas del suelo y la continuidad física del suelo. En ambos casos la influencia de una granulometría mayor tiende a aumentar la resistividad debido a la menor capacidad de retención de agua en el suelo, dejándola fluir hacia capas más profundas o evaporarse: menor contacto entre los granos resultando una menor continuidad eléctrica. Humedad del suelo: La resistividad del suelo disminuye en la medida que aumente la humedad del suelo. Posibilita los procesos electrolíticos necesarios para dispersar la carga eléctrica que es absorbida por la tierra. Nivel Freático: Como se ha puesto de manifiesto, se presentan muchas variables interrelacionadas e interactuantes cuando de puestas a tierra se trata. Dado que los SPT se instalan en zanjas de 0.5 m de profundidad o los electrodos se entierran hasta 6 m, es necesario determinar con anterioridad cuál es el nivel freático particular del sitio y consecuentemente clasificar el nivel de corrosividad. Permeabilidad magnética (µ): Es la relación entre la inducción magnética y la intensidad de campo magnético. Es el símil de la conductividad eléctrica. En materiales paramagnéticos es un poco superior a la unidad y para los diamagnéticos es ligeramente inferior. Pero alcanza valores elevados (como el caso del ferrosilicio) según la intensidad del campo. Está estrechamente ligada a la determinación de impedancias frente a fenómenos de alta frecuencia. Permitividad (ε): La permitividad relativa o constante dieléctrica es una medida de la polarizabilidad de un material en un campo eléctrico, cuantifica el efecto del medio sobre las fuerzas con que se atraen dos placas cargadas en forma opuesta. - 64 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

Medida en el vacío, es igual a uno. Para líquidos y gases, se estima determinando la relación entre la capacidad de un condensador provisto de un dieléctrico determinado y la capacidad del mismo cuando se usa el aire. La constante dieléctrica del agua a la temperatura ambiente es de 80.37 lo que significa que dos cargas eléctricas opuestas en el agua se atraen mutuamente con una fuerza 80 veces inferior que si estuviesen en el aire o vacío. Esto hace que algunos cristales puedan disociarse en el agua con gran facilidad. Esta propiedad tiene gran influencia en la distribución de las corrientes alternas. Según datos experimentales, las rocas difícilmente pasan de 30 (arena). Polarización o polarizabilidad: La corriente al pasar por una roca la polariza, lo que provoca una variación del potencial en el medio. Estos potenciales se denominan Potenciales de Polarización Provocada y la intensidad de los mismos da origen al parámetro. Siempre que haya un cambio en el modo de conducción de corriente, por ejemplo de iónica a metálica, se requiere una energía que haga que la corriente fluya a través de la interfase. Esta barrera energética puede ser considerada como una impedancia eléctrica. Porosidad: La porosidad, denotada como Φ, es la fracción del volumen total de roca correspondiente al espacio poral. Las porosidades se clasifican de acuerdo al ordenamiento físico del material que encierra un poro y a la distribución y forma de los poros. La dependencia entre la resistividad y la porosidad se expresa con fórmulas muy complejas. Potencial de Hidrogeno (pH): Este término fue introducido por Sörensen en 1909 para expresar las actividades de los iones H + aH + como una función logarítmica. El pH puede definirse como:

(

pH = Log

)

1 = − Log aH + = − Log ( H + ) + aH

Cuando la concentración de H + es igual a la concentración de OH − se dice que el medio es neutro. Un medio ácido es aquel en que la concentración de iones H + es mayor que la concentración de OH − . Medio básico es el que tiene la concentración de H + menor que la concentración de OH − . Según esto, el agua es una sustancia neutra a 25 o C. y el pH de la neutralidad es 7. A temperaturas diferentes la neutralidad se presenta a otros valores de pH . En puestas a tierra, es importante su control para no exponer a los electrodos a una corrosión excesiva. Potencial de ionización: Es la energía que se necesita comunicar a un electrón para separarlo de un átomo, removiéndose aquel retenido con menor intensidad. Se produce así un ion cargado positivamente y un electrón libre. La energía necesaria se llama energía de ionización o potencial de ionización y se expresa en electrónvoltios. Los elementos alcalinos como Li, Na o K poseen baja energía de ionización y son fuertemente electropositivos (tendencia a perder electrones). - 65 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

Solubilidad: Si se agrega un cristal de una sal u otra sustancia al agua, los dipolos de ésta ejercen fuerzas de atracción sobre los iones, obligando al cristal a romperse y sus moléculas a ionizarse. Cuando esto ocurre se dice que dicha sustancia tiene solubilidad en agua. Si el agua contiene ácido carbónico (lo más común) la solubilidad aumenta, como en los países tropicales. Diferentes sustancias presentan mayor o menor solubilidad en agua, algunas son muy solubles como el NaCl y otras son insolubles como CaCO3. Las sustancias insolubles en agua son solubles en otra clase de solventes. En general, las sustancias tienden a disolverse en disolventes que le son químicamente análogos. La temperatura incrementa la solubiliddad de las sales en el agua, disminuyendo la resistividad. Temperatura del suelo: Este factor influye sobre la velocidad del movimiento de los iones. Una temperatura elevada (cerca de los 100 )C provoca evaporación, disminuyendo la humedad del suelo y aumentando la resistividad. Por otro lado, al considerar que la resistividad del suelo es sensiblemente influenciada por el agua contenida en éste y que el agua posee un alto coeficiente negativo de temperatura, es un hecho que la resistividad tiende a crecer para temperaturas menores a 0ºC. Un aumento en la temperatura disminuye la viscosidad del agua lo que se traduce en un aumento de la movilidad de los iones disueltos en ésta. El aumento de la movilidad iónica hace que se produzca una disminución de la resistividad en la roca. La cantidad de calor que se genera en un electrodo se divide en dos partes: La acumulada en el volumen de terreno en contacto directo con el electrodo (calor especifico de 1.75 x 106 ws/m3 C) y otra que la absorben las capas cercanas. Tipo de suelo: El suelo es un sistema complejo, naturalmente desarrollado en el que tienen lugar procesos físicos, químicos y biológicos. Consiste de componentes sólidos, líquidos y gaseosos irregularmente dispuestos, variadamente asociados y en proporciones diversas. La parte sólida está formada por minerales, óxidos hidratados, materia orgánica y organismos vivientes. Es la que posee mayor estabilidad y se usa para caracterizar el suelo. Algunos de sus materiales afectan fuertemente el comportamiento de su resistividad. Tixotropía: Es una propiedad muy particular de algunos coloides debida al hinchamiento (cristalino u osmótico) sobre el que influyen varios factores como el tiempo, la temperatura, las sales, la humedad o el espaciamiento basal. Esta propiedad le permite a los coloides ser capaces de licuarse y luego recuperar la forma sólida por reposo. Establece la estabilidad de una suspensión.

- 66 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

EJEMPLO DE PROPIEDADES DE SUELOS UNIDAD FISIOGRÁFICA

PH

Zona de colinas 4.7 Piedemonte 5.4 Terraza lacustre 5.6 Talud de terraza 5.9 Vega de inundación 4.7 Diques 4.9 *pH: Potencial de Hidrógeno *CIC: Capacidad de Intercambio Catiónico

CIC

% SAT.

13.1 69.5 48.4 57.9 22.0 14.2

4.6 32.8 30.6 19.2 57.7 42.2

FORMAS DE CONDUCCIÓN EN EL SUELO - Metales nativos: Cu, Ag, Pt, Ir, Fe, C, Sn. Electrónica - Metaloides o semiconductores (minerales sulfuros) Conductividad Iónica

- Electrolitos sólidos: Silicatos - Electrolitos líquidos: Soluciones

- 67 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

POTENCIALES SOBRE ELECTRODOS

- 68 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

DISTRIBUCIÓN DE POTENCIALES Y CORRIENTES EN EL SUELO CASO IDEAL:

ELECTRODO PUNTUAL EMITIENDO UNA CORRIENTE Generador de corriente I

B Esferas equipotenciales A M

Lineas de corriente

r

P

dr

POTENCIAL EN P CAUSADO POR I V =

RI 4π

a

∫

∞

dr r

2

=

RI 4πa

CAIDA DE POTENCIAL ALREDEDOR DEL ELECTRODO

r1

V Electrodo

r0

Vo 0.8 Vo l

v1

 r Ψ = V 0  1 − 0 r1 

v2 CILINDRO CRITICO 1

R =

- 69 -

ρ 2π

 1 1  r − r 1  0

   

2

3

4

5

   

r0 r1

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

CORROSIVIDAD DE LOS SUELOS

Factores Que inciden

-

Porosidad Aireación Resistividad Sales disueltas PH Acidez total Concentración de cloruros Rata de corrosión Bacterias reductoras

Resistividad de Suelos Naturales 0-5 5-10 10-30 30-100 Q100-250 Más de 250

Ω-m Ω-m Ω-m Ω-m Ω-m Ω-m

Corrosividad Severa Alta Significativa Moderada Leve Baja

Electrodo

Zonas catódicas oxigenadas

Perno de sujeción

Conductor de conexión

- 70 -

Zonas anódicas sin oxígeno

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

PUESTAS A TIERRA DEDICADAS E INTERCONECTADAS

UNA SOLA PUESTA A TIERRA PARA TODAS LAS NECESIDADES

- 71 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

PUESTAS A TIERRA SEPARADAS O INDEPENDIENTES

- 72 -

©Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

CURSO SEGURIDAD ELÉCTRICA INTEGRAL

FÓRMULAS BÁSICAS Hemisferio, radio a.

a

s

Dos varillas a tierra, s>L; espaciamiento s.

R =

s

Dos varillas a tierra, s