Puesta A Tierra en Edificios

 

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS Facultad de Ingeniería

Ing. Eladio Murillo Rivera

INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOCENTE: ING. CIRO LEVY La Paz

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Bolivia

II

 

NORMAS ESTABLECIDAS EXISTENTES NACIONALES La Norma NB 148005.- Instalaciones Instalaciones eléctricas, Sistemas Sistemas de puesta a tierra, conductores conductores para puesta a tierra La Norma NB 148006.- Instalaciones Instalaciones eléctricas – Sistem  Sistemas as de puesta a tierra – electrodos de puesta puesta a tierra La norma NB 148007.148007.- Instalaciones Instalaciones eléctricaseléctricas- Sistemas puesta a tierra- Materiales que constituyen constituyen el poso de puesta atierra. Norma complementario a la norma NB 777.

NORMAS INTERNACIONALES

 

INSTALACION SISTEMA DE TIERRA PARA EDIFICI EDIFICIOS OS Introducción 1.- consideraciones generales 2.-Definiciones 3.- Principales factores que depende el potencial a Tierra •Humedad •Temperatura •Salinidad •Compactación del terreno •Granulometría 4.-Resistividad y métodos de medición 5.- Resistencia del electrodo en la tierra 6.- Métodos para la reducción de la resistencia de la tierra 7.- Evaluación del terreno a trabajar  •Dispersores naturales y artificiales •Esquemas de conexión a tierra en baja tensión •Medición de un sistema de tierra •Equipotencialidad 8.-Proteccion de las Personas •  Tensión de Paso •  Tensión de contacto 10.- Protección contra descargas Atmosféricas. 11.- Metodología de las Instalaciones de tierra en Edificios.

 

INTRODUCCION.-

Tod oda a en ener ergí gía a el eléc éctr tric ica a llllev eva a co cons nsig igo o un una a in infifini nida dad d de peli peligro gros, s, ya sean sean est estos os exte externo rnoss com como o inter internos nos,, por lo qu que es es conveniente proteger, y da dar un una seguridad seguri dad de los los peligro peligross que este con lleva lleva..

Con el tiempo la tecnología de los equipos son más sof sofistic isticados, ados, y estos requieren de una protección por lo que se debe pensa pensarr en la protección de estos, y las personas. El propósi propósito to de esta presenta presentación ción es el de realizarr un sistema de tierra que cumpla con realiza las necesidades que se requiere un sistema

de Protección.

 

1.- CONSIDERACINES GENERALES RAZON RAZONES ES FRECUENTES PARA TENER UN UN SISTEMA ATERRADO

Proporc Propo rcion ionar ar una imp impeda edanci ncia a suf suficie iciente ntemen mente te baj baja a par para a fa facili cilitar tar la operación satisfactoria de las protecciones en condiciones de falla. Asegurar que seres vivos presentes en la vecindad de las instalaciones eléctri eléc tricas cas no queden queden exp expues uesto toss a pot potenc encial iales es insegur inseguros, os, en rég régime imen n permanente o en condiciones de falla. Manten Man tener er los vo volta ltajes jes del sis sistem tema a den dentr tro o de lím límites ites raz razona onable bless baj bajo o cond co ndic icio ione ness de fa fall lla a (t (ta ale less co como mo de desc scar arga ga at atmo mosf sfér éric ica, a, on onda dass de mani ma niob obra ra o co cont ntac acto to ina inadv dver erti tido do co con n si sist stem emas as de vo volt ltaj ajee ma mayo yor) r),, y asegurar que no se excedan los voltajes de ruptura dieléctrica de las aislaciones. Limitar el voltaje a tierra sobre materiales conductivo. •

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Estabili lizzar los volt lta ajes fase a tierra en lín íneeas eléc écttricas bajo condiciones de régimen permanente, Una Un a for forma ma de mon monito itore rear ar la ais aislac lación ión del sis sistem tema a de sum sumini inistr stro o de potencia. Para eliminar fallas a tierra con arco eléctrico persistente. Proporcionar una trayectoria alternativa para las corrientes inducidas y de tal modo minimizar el «ruido» eléctrico en cables. Prop Pr opor orcio ciona narr un una a pl plat ataf afor orma ma eq equi uipo pote tenc ncia iall so sobr bree la cu cual al pu pued eda a operar equipos eléctricos y electrónicos. •

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Tierras rras típicas en instalaciones Tie

•Instalaciones de viviendas. •Instalaciones de edificios. •Instalaciones de telecomunicaciones. •Instalaciones en hospitales. •Instalaciones de pararrayos. •Instalaciones de subestaciones y centros de transformación. •Instalaciones de torres de líneas de transmisión.

 

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE TIERRA

 

2.- DEFINICIONES 1.- Si Sist stem ema a de pu pues a titier erra ra..-   Cuer Cuerpo po co cond nduc ucto tor r o co conj njun unto to de cu cuer erpo poss conductores desnudo desnudos, s, esta entacontacto eléctrico directo con tierra. 2.-- Con 2. Condu duct ctor or de pu pues esta ta at atie ierr rra. a.--   Conduc Conductor tor o con conjun junto to de con conduc ductor tores es que conectan el sistema de tierra con el colector  3.- Col Colect ector or de tierr tierra.a.-   co cond nduc ucto torr en en for forma ma de ba barr rra a o de an anilillo lo al qu que e est están án conect con ectado adoss , de un lado, lado, de un un lado el condu conducto ctorr o conduct conductore oress de tierra tierra y del otro otro lado o los sistemas de distribución de  Co tierra. 4.-elSistema de distribución de tierra.-  tierra.Cond nduc ucto torr o con conjun junto to de con condu duct ctor ores es qu que e enlazan al colector de tierra las distintas partes que han de ponerse a tierra. 5.- Instalación de tierra.- conjunto tierra.-  conjunto general de tierra, formado por la o las tomas de tierra, o los sistemas de distribución. 6.-- In 6. Inst stal alac ació ión n de tie tierra rra de se servi rvici cio. o.--   In Inst stal alac ació ión n de tierr tierra a ut utililiz izad ada a pa para ra el funcio fun cionam namien iento to de equ equipo iposs ele electr ctróni ónicos, cos, de con contro trol,l, proc procesa esamien miento to de dat datos os y de comunicaciones. 7.- Instalació Instalación n de tierra tierra de protección protección..-   Insta Instalación lación de tierra para limitar limitar y elimina eliminar  r  los fenómenos eléctricos transitorios y accidentales de origen atmosférico e industrial. 8.- Insta Instalaci lación ón de tierras tierras sep separa aradas das..-   So Son n tie tierr rras as di dist stin inta tass co conc nceb ebid idas as de ta tall mane ma nera ra que que du dura rant nte e su func funcio iona nami mien ento to,, la in inflflue uenc ncia ia re reci cipr proc oca a de una no sea sea sensible a otra. 9.- Poner Poner a tierra. tierra.-- Conectar un equipo determinado a un Sistema de tierra.

 

3.- PRINCIP PRINCIPALES ALES FACTORES QUE DEPENDE EL POTENCIAL A TIERRA

L a resistde ividlas ad propiedades del suelo electromagnéticas, (rocas, Suelos o que tierrase ), depende expr ex pres esan an po porr me medi dio o de tr tres es ma magn gnititud udes es fí físi sica cass qu que e son: •La resistividad eléctrica ρ •La constante dieléctrica ˾ɛ •La per permea meabil bilida idad d mag magnét nética ica µ

El co comp mpor orta tami mien ento to fí físi sico co de la lass roc rocas as de depe pend nde e de la lass propiedade propi edadess de sus minera minerales les y de la forma, forma, volume volumen ny relleno rellen o (generalm (generalmente ente de agua agua y aire) aire) de los poros. poros. Lo Los srmititen cuer cu posspa elé eléct rica came ment e rrie cond co nduc res, s,asson soel n éctr los qas, que ue, perm pe enerpo el paso soctri de la nte corr co ient nte e ucto o tore carg ca rgas eléc tric icas median med iante te ele electr ctrone oness o ion iones. es. La conducción El Electrónica s on metales y Semiconductores. Iónica. Iónica.- So Son nlíquidos Loss El Lo Elec ectr trol olít ític icos os só sólilido doss (d (die ielé léct ctric ricos os)) y Electrolitos

 

Salinidad.la conducción de La corriente es principalmente electrolítica dependiendo de la cantidad de humedad y las Sales cont co nte eni nida das s en la la ti tier erra ra..

 

Humedad.El terreno seco, es altamente resistivo y el agua pura   es alta al tame ment nte e re resi sist stiv iva, a, par para a ver ver lo loss efec efecto toss de la la infl influe uenc ncia ia del del agua en la tierra tierra se muestra muestra en la siguiente siguiente tabla tabla los efectos efectos que este ocasiona, por las sales contenidas en el terreno.

 

Temperatura.No existe mucha información sobre los efectos de la temperatu temp eratura ra sin sin embargo embargo el increme incremento nto de la tempe temperatu ratura ra se ve que de decrece la resistividad del te terreno, es esto se s e lo muestra muest ra en en el siguien siguiente te cuadr cuadro. o.

 

La compactación del terreno.La comp co mpac acta taci ción ónaltie tiene nempac su infl in uenc ncia ia en la al resis res isti tivi vida d cos delsl de te terr rren eno, o, po porq rque ue co comp acta tar rflue se reduce redu ce la algu guno nos sdad hue hueco exis ex iste tent nte es en el te terr rren eno, o, y se logra logra ma mayo yorr co cont ntac acto to entr entre e electrodo y tierra.

 

La granulometría.Es un el elem emen ento to impor importa tant nte e ya que la hu hume meda dad d fluy fluye e so sobr bre e la poros porosid idad ad,, el poder poder de retención de la humedad, humedad, y también también de la la calidad de contacto de los electrodos electrodos con la tierra,

incrementa   la resistividad con el mayor grado de granos.

De acuerdo a su granulometría se clasifican en:  Arcillas (greda), Polvo, arena fina, arena gruesa, cascajo, cascajo, grava, piedra suelta, roca.

Variaciones de la resistividad con el tiempo. En el period periodo o de un año año se tiene tiene las 4 estac estacione iones, s, se debe debe consid considerar erar la época época mas seca para el diseño de un puesto puesto de tierra, por lo que se tiene una curva del comportamient comportamiento o de la resistividad año muestran claramente las variaciones que se tiene En el el gráficoen laselcurvas tiene con relación a la época del año graficado por meses: 1 represen represente te a la época seca donde la resisti resistivida vidad d es may mayor  or  2 representa la época húmeda.

 

4.- RESI RESISTIVI STIVIDAD DAD Y MÉT MÉTODOS ODOS DE MEDICI MEDICIÓN.ÓN.La res resist istivi ividad dad es la res resist istenc encia ia que ofr ofrece ece la sup superf erfici icie e de un cubo, de un metro por un metro de arista. Se mide Ω-m

Método de  Wenner  W enner

 

5.- RESISITENCIA DEL ELECTRODO EN LA TIERRA

 

METOD ODOS OS PARA LA RED REDUCC UCCION ION DE LA RES RESIST ISTENC ENCIA IA 6.-   MET DE TIERRA Existen di distintos métodos para lograr las resistencias eléctr elé ctrica icas, s, per pero o tod todas as ell ellas as pre presen senta tan n su pun punto to de saturación, es necesa necesario rio conoce conocerr para poder reali realizar zar un diseño económ económico. ico. Los métodos son los siguientes: •El aumento del número de electrodos en paralelo •El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos •El aumento de la longitud del electrodo. •El aumento delo diámetro del electrodo •Cambio del terreno existente existente por otro de menor resistividad •Tratam Tratamiento iento químico electrolítico del terreno.

 

 Aumento del número número de electrodos en paralelo.La acción de aumentar el número de electrodos conectados en paralelo disminuye el valor de la resistencia equivalente, pero

esta reducción no sigue la simple ecuación de resistencias en paralelo; presentando presentando un punto punto de saturación cuando el número de electrodos aumenta por encima de 6 electrodos, esto de debe al efecto de “Resistencia Mutua”. Nº DE ELECTRODOS

% DE REDUCCION

1 2

40

3

55

4

67

5

73

6

77

7

78

 

 Aumento de distancia entre ejes de los electrodos.electrodos.Normalmente la distancia entre electrodos debe ser como mínimo el doble de laselongitud los electrodos. En los casos en que requieradeobtener obtener resistencias resistencias eléctricas bajas y haya disponibilidad de terreno, la distancia entre los ejes de los electrodos debe ser lo mayor mayor que que se pueda, esto por por efecto de la resistencia reciproca entre electrodos.

 

 Aumento de la longitud de los electrodos. Aumentando la longitud de penetración de los electrodos es po ressibelnetanalcuannazarbajvaalorreessistivmidáasd, ba ejsotso s, e qu debenorm alalmeanyoter  por orccen enta tajje de de hum humed edad ad,, ade adem más se pu pued ede e en enco cont ntra rarr la lass capas freáticas de agua. Est sta a co com mpro roba bado do qu que e may mayo or lo long ngititud ud de ca cabl ble e en mal allla disminuye la resistencia.

 

 Aumento del diámetro de los electrodos.El au aume ment ntar ar el di diám ámet etro ro de lo loss ele elect ctro rodo doss de 5/ 5/8 8 a 3/4 3/4 se obten obtendrá drá una ucon na pequeña peq reducción reduc vacon lor de resistencia ncia y este será un ueña un segundo segundo deción un 11 1del 1 %valor el la resiste Con un ter tercer cero o 18%, 18%, con un cua cuarto rto 22 % y de de ahí ahí adel adelant ante e ya no se nota nota el aumento. aumento. En el siguien siguiente te cuadr cuadro o se muestra muestra la difer diferencia, encia, donde la curva A es la de de refere referencia. ncia.

 

Cambio de terreno existente por otro de menor resistividad.Cuando terreno Cuando terreno pres presenta entan n alta alta resis resistivid tividad, ad, pued pueden en camb cambiarse iarse total o parcialmente. Y se remplazan por otros de baja resistividad, en algunos algunos casos se lo realiza realiza zarandeando. La res resist istenc encia ia cri critic tica a del ele electr ctrodo odo se enc encuen uentra tra en un rad radio io o contorno de 0,30 a 0.50 m del electrodo, al fondo también se debe de be de deja jarr un espa espaci cio o de unos unos 0.50 0.50 m pa para ra que que ten tenga ga una una buena conex conexión ión con con el terren terreno. o. La reducci reducción ón en en %, puede estar entre 50% a 70%.

 

Tra Tratamiento tamiento químico electrolítico.Los tratamientos químicos no deben ser realizados con sales puras ni con con cantid cantidades ades exag exagerada eradas, s, en en la actual actualidad idad exist existen en empr em pres esas as de dedi dica cada dass a de desa sarr rrol olla larr co comp mpon onen ente tess qu quím ímic icos os,, para el tratamiento del sistema de tierra. Entre estos componentes químicos podemos citar los siguientes: •Th Thor or ge gell (P (PER ERU) U) •Erico Gem (EEUU) •San Sand d Ger (JA (JAPON PON)) •Geo Gel 8+ (CL (CLILE ILENA) NA)

 

CUADRO DE REDUCCION DEL THOR GEL GEL

 

GEO – GEL 8 *

 

7.- Evaluación del terreno a trabajar.Los estrato estratoss geológico geológicoss de un terr terreno eno natural natural son muy muy variado variadoss en fu func nció ión n del del lu luga garr y la la zo zona na ge geog ográ ráfifica ca de su ub ubic icac ació ión, n, es indisp ind ispens ensabl able e rea realiz lizar ar una evaluaci evaluación ón del terren terreno o con el fin de establecer estab lecer los estr estratos atos geoló geológicos gicos , así así como como,, de de su resist resistivida ividad d o resiste resistencia ncia eléct eléctrica rica espec especifica ifica al paso de la corrie corriente. nte. Para determinar y ap apreciar la ca calidad del te terreno se será necesa nec esario rio rea realiz lizar ar alg alguna unass excav excavaci acione oness en el el terren terreno, o, par para a apreci apr eciar ar su con config figura uració ción n geo geológ lógica ica,, pe pero ro lo mej mejor or ant ante e tod todo o es medir su res resistividad, exi existen for formulas y fac factores co corr rrec ectitivo voss qu que e pu pued eden en de dete term rmin inar ar en te teor oría ía va valo lore ress mu muyy aproximados. Los estratos geológicos de los terrenos nunca son homogé hom ogéneo neos, s,,, para para con consid sidera erarr est estos os er error rores es en lo fut futuro uro hay que co considerar un 25 25 % más de ma marg rge en de de er error en la las mediciones de los distintos estratos.

 

ELECTRODOS ODOS DE TIERRA DISPER DISPERSORES SORES .- a) Natu Naturale raless TIPOS DE ELECTR b) Artificiales Existen Exist en va vari rios os titipo poss us usad ados os en nu nues estr tro o me medi dio o en entr tre e el ello loss cit citar arem emos os algunos de ellos: Para poder realizar una instalación de puesta a tierra es indispensable contar con un electrodo, aun que no los recomendamos todos   es nece cesa sarrio hac ace er referencia a ellos ya existe ten n dive verrso soss tipos, a continuación la descripción de los más comunes. c omunes. varilla

 

Esquem Esquemaa de conexió conexión n del neutro neut ro y tierra en BT

T : ti tier erra ra,, co cone nexi xión ón di dire rect ctaa a ti tier erra ra..  N : neutro. C : combinada. S : separada.

 

Sistem a TNTN-S S típ típico ico:: Fu Fuen ente te pu pues esta ta a ti tier erra ra en ún únic ico o pu punt nto. o. Co Cond nduc ucto tore ress de ne neut utro ro y ti tier erra ra se sepa para rado dos. s. Sistema El cl clie ient ntee di disp spon onee de un te term rmin inal al de ti tier erra ra de desd sdee la pa pant ntal alla la de dell ca cabl blee de se serv rvic icio io..

 

Suministro TN-C-S típico (tierra de protección múltiple) Neutro por el proveedor en varias varias múltiple) Neutro puesto a tierra por ubicaciones. Cliente dispone de un terminal de tierra conectado a neutro de servicio. s ervicio.  Nota: En Chile actualmente actualmente está prohibida por reglamento reglamento la conexión a tierra tierra de tuberías de agua agua o gas comunes

Sistem Sist ema a TT tí típi pico co .La al alim imen enta taci ción ón se po pone ne a ti tier errra en un ún únic ico o pu punt nto. o. El cl clie ient ntee in inst stal alaa su ti tier erra ra pr prop opia ia qu quee es in inde depe pend ndie ient ntee de la ti tier erra ra de la al alim imen enta taci ción ón

 

Fuent ntee ai aisslad adaa de tier erra ra o co con nect ctaada a tie ierr rraa a tra rav vés de al altta im impe ped danci cia. a. Todas las  partes conductivas expuestas de la instalación se conectan a una tierra independiente.

Sistema PNB típico. típico. Esta es una una variación variación del siste sistema ma TN-C-S TN-C-S en que el clien cliente te dispo dispone ne de un en tierr ato.conectado ala neutro, neutro de per o eloneutro se conecta tierra tie rra eterminal n un único únde ico tierra punto. pun Se res Se reserv erva este est e , titipo poalimentación, de cone conexi xión ón pero cuando cuand el clie cliente nte titiene ene su sua

propio transformador transformador..  

MEDI MEDICION CION DE LA LA TIER TIERRA RA

 

EQUIPOTENCIALIDAD

 

8.- PR PROTE OTECCI CCIÒN ÒN DE PERSONAS PERSONAS d e paso • Tensión de • Tensión de contacto

 

9.- PR PROTE OTECION CION ATMOSFE ATMOSFERICA  RICA 

 

10.- METODOLOGIA DE LA INSTALACCION DE TIERRA EN EDIFICIOS Un sis siste tema ma de pue puest sta a a tier tierra ra de debe be esta establ blec ecer er un tra traye yect cto o de co corr rrie ient nte e direc directo hacia con una diferencia dife detatensión tela nsión más baja posible posib le dos to pun unt tos tierra, cua cu alq lqu uie iera rauna de rencia una inst ins laci ció ón, loade demá más s amo mort rtig igu uarentre lass la perturbaciones. Entre Ent re las func funcion iones es más impor importan tantes tes de sistem sistemas as de puest puesta a a tierra, tierra, se encuentra la protección del personal y los equipos. Dos de las causas más importantes de perturbaciones son los efectos del rayo la red. En elypasado pefectos asado,, de la corriente corr iente de defecto defecto de la la red era el criterio criterio decisi decisivo vo para dimens dim ension ionar ar el sis sistem tema a de tierra. tierra. Est Este e pri princi ncipio pio puede puede ser corr correct ecto o par para a frec fr ecue uenc ncia iass de 50 50 a 60 Hz, Hz, pero pero esto esto es tot totalm almen ente te in insu sufifici cien ente te en los los casos de alta frecuencia. En la actualidad, sería más razonable caracterizar un sistema de puesta a tierra por su impedancia. CEM M (c (com ompat patib ibil ilid idad ad el elec ectr troma omagné gnétic tica) a)  en los Hoy en día las exigencias CE sistemas siste mas de de puesta puesta a tierra tierra tiene tiene la misión misión compl complementa ementaria ria de servir servir como titier erra ra de ref refer eren encia cia y ate atenu nuar ar las las pertu perturb rbac acion iones es en inst instal alac acio ione ness co con n aparatos eléctricos y electrónicos sensibles e interconectados. La inducción a lo largo de las interconexiones crea ciertas perturbaciones.  ʃ Edl   = - dϕ/dt

 

No es recomendable utilizar tomas de tierra independientes “aisladas” porque las distintas tierras están siempre unidas entre

si, por el terreno a través de elementos parásitos en la instalación, como capacidades o inductividades reciprocas.

 

Un sistema de puesta a tierra debe servir para preservar la protección de lo siguiente defectos: •Contra efectos del rayo •Contra accidentes •Protección de equipos y aparatos de la instalación. • Contra perturbaciones electromagnéticas Cada uno de estos cuatro aspectos impone condiciones marginales para la configuración del sistema apuesta a tierra de la mallada. La ejecución de la correcta correcta puesta a tierra es: En ciertos edificios existe ya tomas de tierra integradas en masas. Estos electrodos deben situarse dentro de los cimientos de Hormigón, cerca del suelo, de forma que se consiga un buen contacto con tierra. tierra. Esta solución solución es la más apropiada para edificios de vivienda vivienda y de oficinas, pero no siempre es suficiente para edificios industriales.

 

Instalación de un sistema de tierra mallada.Se en entitien ende de por pues puesta ta a titier erra ra to toda da ligac ligació ión n conduc conducto tora ra direc directa ta sin fusible y de sección suficiente, que une determinados elementos o partes de un insta instalación lación esta l potencial pot tierra tierra El una obajetitivo obje vo de unacon una pueel puest a aencial titier erra ra,de , es el de prote protege gerr de co cont ntac acto toss acci ac cide dent ntale aless las part partes es de una una inst instal alac ació ión n no dest destin inad ada a a es esta tarr ba bajo jo tensión, para disipar sobretensiones.

 

F Cimientos armaduras uras Cimientos con armad n pisos p pilar con armaduras •1 cable telefónico •2 conexión de blindaje de cables •3 Distribución de la puesta atierra •4Hacia la puesta a tierra principal •5Cone 5Conexión xión de las las armadura armadurass de los cimi cimiento entoss •6 Puesta a tierra anular recomendada •7 Puesta a tierra anular. •8 Bloque de sistema 1 ó 2 con puesta a •9 Piso •10 conexión intermedia •11 estera de conexión •12 conexión recomendada blindaje de cables Conexión a toma toma de tierra mallada •13 Conexión Distribución ución de corrie corriente nte altern alterna a •14 Distrib •15 tuberías •16 Instalación Instalación de de aire acondicionado •17 Panel de corriente continua •18Caja (masa) de inspección rectificadora

 

GRACIAS POR SU PARTICIPACION