LAR400 Puesta a tierra

El sistema de puesta a tierra tiene por finalidad proteger la vida de las personas, evitar daños en los equipos por sobretensiones y mejorar la efectividad de las protecciones eléctricas, al proporcionar una adecuada conducción de la corriente de falla a tierra . 

De acuerdo a lo anterior, en una instalación de una puesta a tierra es importante el valor de la resistencia que se tenga con respecto a tierra ; independiente del número de electrodos y elementos que haya necesidad de utilizar para lograr éste propósito. Por ello, siempre que se instala un sistema de puesta a tierra , se debe medir el valor de la resistencia a tierra y confrontarlo con los límites establecidos, para garantizar una buena puesta a tierra del sistema eléctrico. 

En las redes de distribución, el sistema de tierra se compone de las puestas a tierra instaladas en los pararrayos , transformadores, condensadores, reguladores, equipos de maniobra , neutros y elementos metálicos, cuyos electrodos de puesta a tierra están generalmente constituidos por varillas enterradas. 

Con la interconexión de las puestas a tierra (a través del neutro) se logra disminuir el valor de la resistencia entre neutro y tierra , que asegura la operación correcta de las protecciones y limita la tensión a tierra que puede aparecer entre las fases no falladas cuando ocurre una falla a tierra . 

El sistema de distribución en M.T., es sólidamente puesto a tierra en las subestaciones y en B.T. es efectivamente puesto a tierra a lo largo de su recorrido. 

Se utiliza como electrodo para puesta a tierra una varilla de cobre,cobrizada o de aluminio de acuerdo con RETIE de 5/8" x 2,44 m, con su respectivo conector y como medio de conexión hasta tierra se utiliza alambre de cobre, cobrizado (copperweld) No.4 AWG o aluminio de acuerdo con RETIE.

La ventaja de utilizar las varillas como electrodos de tierra es su facilidad de instalación , no necesitan excavación y son económicas con respecto a otras soluciones. 

Instalación de puestas a tierra 

Para la instalación de las puestas a tierra de los circuitos de distribución en M.T., B.T. y equipos conectados del sistema , se deben tener en cuenta los siguientes casos: 

1. En los DPS-Dispositivos de Protección contra Sobretensión Transitorias (antes llamados pararrayos), los puntos de tierra de cada uno de ellos se deben conectar entre sí mediante alambre de cobre, cobrizado (copperweld) No.4 AWG o aluminio acorde al RETIE, y se lleva a tierra evitando dobleces agudos en el alambre, hasta la varilla previamente enterrada utilizando para la unión a la varilla un conector apropiado.

2. En los transformadores de distribución se deben conectar entre sí el neutro y la carcasa, mediante alambre de cobre o cobrizado ( copperweld) No 4 AWG y desde allí hasta la varilla de puesta a tierra . Se realiza una sola bajante para puesta a tierra de los pararrayos y del transformador. 

3. El neutro de la red de B.T. se debe poner a tierra cada cinco postes, igualmente los puntos finales de los neutros del circuito. 

4. Los circuitos de M.T. que lleven neutro o cable de guarda deben ser aterrizados en todos los postes. 

5. En las transiciones de los cables subterráneos de M.T. , los alambres de la pantalla metálica del blindaje del conductor en los terminales deben conectarse a tierra a través de la puesta a tierra de los pararrayos . La pantalla del terminal del cable de M.T solo debe aterrizarse en uno de los extremos del cable , con el fin de evitar circulación de corriente a través de la pantalla. 

6. Para disminuir el vandalismo se usan postes de concreto con la puesta a tierra inmersa en el concreto. Se deben empalmar los cables en las cajas de paso (referencia 5800) dispuesta con los conectores adecuados, a fin de prolongar el conductor al neutro y a la varilla de puesta a tierra. Ver norma LA408. 

7. Como alternativa para el conductor del electrodo de puesta a tierra se usa el fleje de acero conectado al neutro o punto de tierra de equipos y en el otro extremo a la varilla de tierra. 


Medida de resistencia de puesta a tierra 

La medida de la resistencia de puesta a tierra se efectúa con un medidor de tierras (conocido como telurometro), utilizando preferiblemente el método de los tres puntos o "Caída de Tensión", que se describe a continuación con la ayuda de la figura 1 y el formato de consignación de resultados presentado al final.

Los bornes de los extremos marcados como C1 y C2 son los terminales de corriente y los bornes centrales marcados como centrales P1 y P2 son los terminales de tensión.

Se unen los bornes C2 y P2 se conectan a la varilla de tierra (o malla de tierra) cuya resistencia se requiere medir.  La varilla más lejana conectada al borne C1, actúa como electrodo de corriente, la otra varilla conectada al borne P1 (localizada entre la varilla de corriente y la puesta a tierra a medir) actúa como electrodo de tensión.

Se utilizan para medir la resistencia de tierra, dos varillas como electrodos auxiliares C1 y P1, que se clavan en el terreno, alineados con el punto de puesta a tierra a medir.

Para el equipo mostrado los bornes de los extremos marcados como J_C y J_XC son los terminales de corriente y los bornes centrales marcados como J_T y J_XT son los terminales de tensión.

Primero se unen los bornes J_XC y J_XT y se conectan a la varilla de tierra (o malla de tierra) cuya resistencia se requiere medir.  La varilla más lejana conectada al borne J_C, actúa como electrodo de corriente, la otra varilla conectada al borne J_T actúa como electrodo de tensión.

De acuerdo con la figura 1 de la norma LAR400, midiendo desde la varilla de puesta tierra (o malla de tierra) D₁, es la distancia hasta la varilla de corriente y D₂ es la distancia hasta la varilla de tensión.

Al circular la corriente generada por el Medidor de tierras, se producen gradientes de potencial alrededor de los electrodos, pero existen zonas entre ellos donde el potencial es constante.  Se ha determinado que a una distancia del 62% de D₁, no se producen perturbaciones y allí debe instalarse el electrodo de tensión.

Se realizan tres mediciones con las siguientes distancias: 

1- D ₁ = 25 m D ₂ = 15 m 
2- D ₁ = 30 m D ₂ = 18 m 
3- D ₁ = 36 m D ₂ = 22 m 

Si los valores no difieren en ± 5 % del valor promedio (Obtenido de la suma de las tres mediciones y dividiendo por 3) debe considerarse que este valor promedio es el valor verdadero. 

Si el error es mayor, existe superposición de los gradientes de tensión y debe aumentarse D ₁ y D ₂ manteniendo su relación D ₂ =0,6 ₂ D ₁ y repitiendo el procedimiento hasta cumplir la condición que el error sea <5%. 

Todas las medidas deben realizarse sin tensión , ni circulación de corriente, es decir, la varilla de tierra debe estar desconectada de bajantes de pararrayos , neutros, tierras de equipos en funcionamiento. Igual sucede si se miden mallas de tierra . 

De acuerdo con el RETIE en algunas instalaciones se deben cumplir los siguientes valores: 

Para subestaciones de media tensión la resistencia debe ser = 10 ohm. 
La resistencia para estructuras con cable de guarda =20 ohm. 
Punto neutro de acometida en baja tensión = 25 ohm. 
La resistencia de cualquier electrodo de puesta a tierra debe ser = 25 ohm. (Norma ICONTEC 2050 Sección 250-84) y RETIE. 


Medida de resistividad del terreno 

Es de gran importancia conocer las características del terreno donde se va a instalar una varilla de tierra o electrodo de tierra para predecir el número de varillas que se deben instalar o la configuración de los electrodos. La resistividad varia con el tipo de suelo, la temperatura, la humedad, la homogeneidad y acidez del terreno. 

El método más empleado para medir la resistividad del terreno (W*m) es el método de Wenner (o de los cuatro puntos). Se instalan cuatro varillas alineadas e igualmente espaciadas a una distancia (a).  Los bornes de los extremos del aparato marcados como C1 y C2 son los terminales de corriente y los bornes centrales P1 y P2 son los terminales de tensión, que se instalan a las varillas como se muestra en la fig. 2 y en el formato de consignación de resultados.

Figura 2. Funcionamiento del Método de Wenner

Los electrodos se colocan en línea recta a igual distancia (D) y a una misma profundidad (b). Los resultados dependen de la distancia entre electrodos y del contacto con la tierra.

El método consiste en inyectar corriente que pase por los electrodos C1 y C2. Entre los electrodos de prueba P1 y P2 se mide la tensión resultante del paso de la corriente. Con estos datos se calcula la resistencia y el valor de resistividad del terreno a una profundidad (b), y a una distancia entre electrodos (D). Se aplican las metodologías adecuadas para obtener la resistividad promedio.

El equipo con el que se realiza la medición de la resistividad se llama Telurómetro y de acuerdo con la marca y la identificación de sus terminales, difiere en algunos casos de los mostrados como C1, C2, P1, P2.

Para obtener el valor de la resistividad se deben realizar varias medidas con diferentes distancias (D). Se sugiere hacer medidas con D=1m, D=2m, D=5m, D=10m, D=20m y D=30m.

Las varillas de prueba deben ser enterradas a una profundidad no mayor del 10% de la distancia entre varillas y firmemente enterradas. Una vez realizadas todas las conexiones, se lee la resistencia (R) en el Telurómetro y la resistividad se calcula mediante la expresión r=2PDR.

Los resultados deben consignarse en la tabla anexa con las observaciones y condiciones del medio ambiente.  Además, se debe realizar una curva de resistividad contra distancia para determinar el valor promedio y descartar valores por errores de mediciones.

Mejoramiento de la resistencia de puesta a tierra 

1. La elección entre aumentar electrodos o tratar el suelo debe hacerse en función de la resistividad medida, tal como se resume en la Tabla No. 1 de Determinación del número y disposición de varillas de puesta a tierra según resistividad del terreno donde se indica el número de varillas o el tipo de tratamiento requerido para alcanzar los valores de resistencia de puesta a tierra establecidos.

Tabla No. 1 de Determinación del número y disposición de varillas de puesta a tierra según resistividad del terreno

Notas:

• La longitud D es la longitud de las varillas de puesta a tierra en metros (D= 2,44 m). Ver ET492
• La conexión entre el fleje de bajante y la varilla de puesta a tierra dependerá de lo establecido en la ET492.

2. Sistema de Puesta a Tierra Carson. 
 

Para los sitios que define la norma LAR 450, como Alto y Muy Alto nivel ceráunico, se debe contemplar la opción de utilizar el Sistema de Puesta a Tierra Carson. El SPT Carson, utiliza dos (2) varillas de cobre de diámetro 15 mm (5/8 “) y longitud 2,4 m, conductor desnudo de cobre de calibre 3,8 mm2 (4 AWG) y longitud 2,4 m; el conductor conecta las puntas de las dos varillas. Tiene dos bajantes, una bajante de los DPS en Media Tensión y la otra bajante de Baja Tensión, neutro y puesta a tierra del Transformador, las bajantes pueden ser en fleje de acero, ancho 22,22 mm y espesor 1,2 mm (ET 492); las bajantes no requieren estar cubiertas, no afectan al SPT las abrazaderas y demás elementos de fijación que puedan interconectar las bajantes. La configuración del SPT Carson, se muestra en el diagrama a continuación. 


 

3. Compensación de tierra mediante instalación de contrapesos. 
Cuando la puesta a tierra está localizada en terrenos de alta resistividad, es posible mejorar el valor de la resistencia de puesta a tierra , mediante la instalación de contra pesos, para lo cual se mide la resistencia de puesta a tierra en por lo menos tres direcciones, buscando las partes más húmedas y se procede a lo largo de una zanja con una profundidad de 0,5 m , a enterrar un conductor como contrapeso en la dirección que indique la menor resistencia. 

4. Traslado de la red a terrenos con menor resistividad. 
Generalmente en los sitios en que se presentan daños en transformadores en forma reiterada y no ha sido posible por los anteriores métodos bajar la resistencia de puesta a tierra a valores aceptables, se recomienda reubicar el transformador a terrenos con menor resistividad. 

La selección de una de las alternativas dependerá de la resistividad del terreno y del valor que se quiere alcanzar, ya que el tratamiento del terreno (a excepción del concreto, la bentonita y el gel) se deteriora con el transcurso del tiempo, si no se toman las precauciones para que permanezca dicho tratamiento. 


 

 

DEPENDENCIA: _____________________________________________ FECHA: _____________________ 

MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA : MÉTODO DE LA CAIDA DE TENSIÓN 

Lugar de medición: _____________________ Punto significativo: _________________________ 
Dirección: ____________________________________________________ 
Estado superficial del terreno Húmedo Seco 
Equipo utilizado: _______________________________________________ 

RESULTADO DE LAS MEDICIONES 
 

*SEGUNDA MEDICIÓN, SI LA PRIMERA DIFIERE EL 5%> DEL PROMEDIO. 

MEDIDA DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO: MÉTODO DE LOS 4 PUNTOS 
Lugar de medición: __________________________________ Punto significativo: __________________________ 
Dirección: ____________________________________________________ 
Estado superficial del terreno Húmedo Seco 
Equipo utilizado: _______________________________________________