Puestas a tierra: parámetros necesarios

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Toda instalación eléctrica que le aplique el RETIE, excepto donde se indique expresamente lo contrario, tiene que disponer de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT), para evitar que personas en contacto con la misma, tanto en el interior como en el exterior, queden sometidas a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano cuando se presente una falla (Ministerio de Minas y Energía, 2013).

Requisitos generales del sistema de puesta a tierra

•  Garantizar la seguridad de las personas
•  Garantizar la protección de las instalaciones.
• Garantizar la compatibilidad electromagnética [1].

Funciones

• Brindar condiciones de seguridad a los seres vivos.
•  Permitir a los equipos de protección despear rápidamente la fallas.
• Servir de referencia al sistema eléctrico.
• Conducir y disipar con suficiente capacidad, las corrientes de falla.

Requisitos mínimos

• 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.

Componentes básicos de un sistema de puesta a tierra

•  Barraje aislado (de neutro o tierra).
•  Barraje de neutro.
• Barraje equipotencial.
• Bobinas de choque.
• Canalización metálica certificada.
• Cargas alimentadas desde una acometida común.
• Conductor a tierra.
• Conductor aislado de puesta a tierra de equipos.
• Conductor neutro.
• Conductores de puesta a tierra de equipos.
• Conexión equipotencial.
• Conexión de puesta a tierra.
• Electrodos de puesta a tierra.
• Impedancia limitadora.
• Puente de conexión equipotencial principal.
• Puesta a tierra.
• Suelo o terreno.

Tomado de: Tierras, soporte de la seguridad eléctrica. Pág. 40

TENSIONES DE SEGURIDAD

Existen tres condiciones que definen el diseño de una puesta a tierra, llamadas tensiones de paso, de contacto y transferidas. En las imágenes se puede ver representadas dichas condiciones. Donde la máxima tensión de contacto para un individuo de 50 kilos. 

Tomado de: Tierras, soporte de la seguridad eléctrica. Pág. 51

Tomado de: Tierras, soporte de la seguridad eléctrica. Pág. 51

INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA

Como se muestra en la imagen esta configuración es óptima porque reduce las diferencias de potencial entre partes de la misma instalación, baja resistencia global, es de mínimo costo, es la más simple, requiere menos análisis de acoplamientos y aislamientos, distribuye mejor las corrientes de falla y sobre todo es más segura y confiable.

Sistemas con puesta a tierra dedicadas e interconectadas

Tomado de: RETIE. Pág. 105

ELECTRODOS DE PUESTA TIERRA

Según el reglamento RETIE la puesta a tierra debe estar constituida por uno o varios de los siguientes tipos de electrodos: Varillas, tubos, placas, flejes, alambres o cables desnudos. No se permite el uso de aluminio en los electrodos.  En la tabla 15.2  se puede ver os requisitos para los electrodos de puesta a tierra.

Tomado de: RETIE. Pág. 111

Tomado de: Tierras, soporte de la seguridad eléctrica. Pág. 148

PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

El rayo es un fenómeno meteorológico de origen natural. De acuerdo con las investigaciones científicas realizadas en Colombia en las últimas tres décadas y lideradas por la Universidad Nacional de Colombia en cabeza del investigador Horacio Torres Sánchez, las cuales han quedado plasmadas en publicaciones internacionales y libros sobre el tema, permiten concluir que los parámetros del rayo son variables espacial y temporalmente. Colombia al estar situada en la Zona de Confluencia Intertropical, presenta una de las mayores actividades de rayos del planeta; de allí la importancia de la protección contra dicho fenómeno, pues si bien los métodos desarrollados a nivel mundial se pueden aplicar, algunos parámetros del rayo son particulares para esta zona. Tales condiciones obligan a que se tomen las medidas para minimizar los riesgos por los efectos del rayo, tanto en las edificaciones como en las instalaciones eléctricas.

Evaluación del nivel de riesgo frente a rayos
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La evaluación del nivel de riesgo por rayos, debe considerar la posibilidad de pérdidas de vidas humanas, pérdida del suministro de energía y otros servicios esenciales, pérdida o graves daños de bienes, pérdida cultural, así como los parámetros del rayo para la zona tropical, donde está ubicada Colombia y las medidas de protección que mitiguen el riesgo; por tanto, debe basarse en procedimientos establecidos en normas técnicas internacionales como la IEC 62305-2, de reconocimiento internacional o la NTC 4552-2.

Se debe contar con una evaluación del nivel de riesgo por rayo, dependiendo de las instalaciones de uso final donde se tenga alta concentración de personas, tales como: Edificaciones de viviendas multifamiliares, edificios de oficinas, hoteles, centros de atención médica, lugares de culto, centros educativos, centros comerciales, industrias, supermercados, parques de diversión, prisiones, aeropuertos, cuarteles, salas de juzgados, salas de baile o diversión, gimnasios, restaurantes, museos, auditorios, boleras, salas de clubes, salas de conferencias, salas de exhibición, salas de velación, lugares de espera de medios de transporte masivo. 

Componentes del sistema de protección contra rayos
JJ

- Terminales de captación o pararrayos: Cualquier elemento metálico de la estructura que se encuentre expuesto al impacto del rayo, como antenas de televisión, chimeneas, techos, torres de comunicación y cualquier tubería que sobresalga, debe ser tratado como un terminal de captación siempre que se garantice su capacidad de conducción y continuidad eléctrica. En la siguiente tabla, adaptada de las normas IEC 62305 e IEC 61024-1, se presentan las características que deben cumplir los pararrayos o terminales de captación construidos para este fin:

 Tomada de: RETIE

- Conductores bajantes: 

• El objeto de los conductores bajantes o simplemente bajantes, es conducir a tierra, en forma segura, la corriente del rayo que incide sobre la estructura e impacta en los pararrayos. Con el fin de reducir la probabilidad de daños debido a las corrientes del rayo que circulan por el Sistema de Protección contra Rayos, las bajantes deben disponerse de tal manera que desde el punto de impacto hasta tierra existan varios caminos en paralelo para la corriente, la longitud de los caminos de corriente se reduzca al mínimo y se realicen conexiones equipotenciales a las partes conductoras de la estructura. 
• En los diseños se deben considerar dos tipos de bajantes, unirlas directamente a la estructura a proteger o aislarlas eléctricamente de la misma. La decisión de cual tipo de bajante utilizar depende del riesgo de efectos térmicos o explosivos en el punto de impacto de rayo y de los elementos almacenados en la estructura. En estructuras con paredes combustibles y en áreas con peligro de explosión se debe aplicar el tipo aislado. 
• La interconexión de bajantes se deben hacer en la parte superior; son opcionales la interconexión a nivel de piso y los anillos intermedios.  
• La geometría de las bajantes y la de los anillos de unión afecta a la distancia de separación.   
• En la tabla que se muestra a continuación,  se dan las distancias típicas recomendadas entre los conductores bajantes y entre anillos equipotenciales, en función del Nivel de Protección contra Rayos (NPR):
  
  Tomada de: RETIE
• La instalación de más bajantes, espaciadas de forma equidistante alrededor del perímetro y conectadas mediante anillos equipotenciales, reduce la probabilidad de que se produzcan chispas peligrosas y facilita la protección interna. Esta condición se cumple en estructuras totalmente metálicas y en estructuras de concreto en las que el acero de refuerzo es eléctricamente continuo.
• El número de bajantes no debe ser inferior a dos y deben ubicarse en el perímetro de la estructura a proteger, en función de las restricciones arquitectónicas y prácticas. Deben instalarse, en la medida de lo posible, en las esquinas opuestas de la estructura.
• Cada bajante debe terminar en una puesta tierra que tenga un camino vertical y otro horizontal a la corriente.
• Las bajantes deben instalarse, de manera que sean una continuación directa de los conductores del sistema de captación.
• Los conductores bajantes deben instalarse de manera rectilínea y vertical, siguiendo el camino más corto y directo a tierra. Debe evitarse la formación de bucles en el conductor bajante y de curvas de menos de 20 cm de radio.
• Las bajantes no deben instalarse en canales de drenaje de aguas, incluso si tienen un aislamiento eléctrico.
• Los marcos o elementos de la fachada pueden ser utilizados como bajantes, si son perfiles o rieles metálicos y sus dimensiones cumplen con los requisitos para los conductores bajantes, es decir, para laminas o tubos metálicos su espesor no sea inferior a 0,5 mm y su equipotencialidad vertical sea garantizada de tal manera que fuerzas mecánicas accidentales (por ejemplo vibraciones, expansión térmica, etc.) no causen el rompimiento de los materiales o la pérdida de equipotencialidad.
• La puesta a tierra de protección contra rayos debe interconectarse con las otras puestas a tierra de la edificación.

AISLAMIENTO

Según el RETIE las redes de distribución deben cumplir los requerimientos de aislamiento de las partes energizadas, para evitar contactos, tanto por disminución en las distancias de seguridad cuando el aislamiento es el aire o por deficiencias o insuficiencias de los materiales aislantes.

DISTANCIAS DE SEGURIDAD EN REDES DE DISTRIBUCIÓN
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Distancias mínimas de seguridad en zonas con construcciones

En la primera imagen se puede apreciar las distancias mínimas de seguridad y en la segunda imagen su visualización gráfica.

Tomado de: RETIE. Pág. 93

Tomado de: RETIE. Pág. 94

Distancias mínimas de seguridad para diferentes lugares y situaciones

En líneas de trasmisión o redes de distribución, la altura de los conductores respecto del piso o de la vía, como lo señalan las Figuras 13.2 y 13.3, no podrá ser menor a las establecidas en la tabla que señalada.

Tomado de: RETIE. Pág. 94

Tomado de: RETIE. Pág. 96

Tomado de: RETIE. Pág. 97

AISLADORES

Según el RETIE, los aisladores deben cumplir los siguientes requisitos:

• Los de suspensión tipo disco, por lo menos el 80% de la tensión de rotura del conductor utilizado.
• Tipo carrete, mínima equivalente al 50% de la carga de rotura del conductor utilizado.
• Tipo espigo (o los equivalentes a Line Post), mínima equivalente al 10% de la carga de rotura del conductor utilizado.
• Tipo tensor, debe verificarse que la carga de rotura sea superior a los esfuerzos mecánicos a que será sometido por parte de la estructura y del templete en las condiciones ambientales más desfavorables.

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[1] Compatibilidad electromagnética (EMC): es la armonía que se presenta en un ambiente electromagnético, en el cual operan equipos receptores que cumplen con sus funciones satisfactoriamente. El desarrollo de componentes electrónicos y su aplicación e forma masiva ha impuesto niveles más exigentes en el diseño de las instalaciones.