Resistividad de Terreno
El sistema a tierra básicamente se entiende como la desviación o desfogue de las corrientes de fuga o sobre voltajes dentro del uso de electricidad, llamada también como sistema de electrodo de tierra, que es la conexión física de un sistema eléctrico o electrónico, a una varilla de tierra la cual está en contacto directo con el suelo es decir enterrado.
"Punto de puesta a tierra es un punto generalmente fuera del terreno que sirve de unión de las líneas de tierra con el electrodo, directamente o a través de líneas de enlace con él"
Las conexiones de puesta a tierra en forma general poseen impedancia compleja, teniendo componentes inductivas, capacitivas y resistivas, todas las cuales afectan las cualidades de conducción de la corriente.
Por puesta a tierra se define como una conexión eléctrica a la masa general de la tierra, un volumen de suelo, roca o similar se considera como tierra y las dimensiones son muy grandes en comparación al tamaño del sistema eléctrico que está siendo considerado.
OBJETIVOS DE UNA PUESTA A TIERRA
En resumen el objetivo de una puesta a tierra es:
Salvaguardar la vida de las persona que operan máquinas y equipos que deben estar intencional y debidamente aterrizados además de carcasas metálicas estructuras armarios bastidores palancas etc. que estén a su al alcance.
Proporcionar a la corriente de falla un camino definido de regreso a la fuente de energía y con impedancia suficientemente baja, vía conductores de tierra, de tal modo que ante el evento de una falla a tierra de un conductor activo, fluya por una ruta predeterminada una corriente suficiente, que permita operar al dispositivo de protección del circuito.
Establecer un sistema equipotencial entre las estructuras metálicas, tierras de servicio y de protección, para ofrecer una sola tierra que evite choques eléctricos y descargas al contacto con las personas.
Limitar a un valor seguro la elevación de potencial en todas las estructuras metálicas a las cuales tienen normalmente acceso personas, bajo condiciones normales y anormales del circuito.
Evitar un incendio que pueda provocarse por materiales volátiles en contacto con las corrientes de falla y/o gases provocados.
CARACTERÍSTICAS
El sistema puesta a tierra es importante dentro de un sistema eléctrico. "Toda instalación eléctrica requiere de un correcto sistema de puesta a tierra, el cual tiene por objeto proteger vidas y bienes de los efectos dañinos de la corriente eléctrica, así como garantizar el funcionamiento adecuado de toda la instalación"; desde el punto de vista de seguridad de un sistema eléctrico, la puesta a tierra tiene varias características que se identifican por las diversas funciones que cumple en forma exclusiva y de tipo prioritaria en una sistema eléctrico.
Una de las funciones es contribuir a establecer valores de tensión adecuadamente bajos entre las fases sanas y tierra, durante fallas a tierra en los sistemas de potencia. "La tierra en si se refiere al potencial de la superficie del suelo, por tanto este debe cumplir con ciertos parámetros ":
Constituir una tierra única equipotencial
Tener un valor bajo de resistencia (medida en ohmios)
Debe ser rica en sales minerales y muy húmedas
No debe alterar su resistencia con la variación de temperatura
Control de potencial en subestaciones eléctricas
Entre los aspectos que deben tomarse en cuenta lo siguiente:
En las instalaciones eléctricas la puesta a tierra principalmente está relacionada con la seguridad.
Un sistema de puesta a tierra no es homogéneo en todas las instalaciones, es decir, se diseña con el fin de cumplir dos funciones la de seguridad y garantizar su correcto funcionamiento.
Seguridad y funcionamiento se logra a través del establecimiento de conexiones equipotenciales.
Toda estructura metálica conductiva expuesta que puede ser tocada por una persona, se conecta a través de conductores de conexión eléctrica.
En síntesis el sistema de puestas a tierra debe cumplir con ciertas características tanto naturales como la calidad del suelo, así como artificiales, calidad del electrodo además de esto preparación de químicos parar mejoras del suelo, es decir nuestra tierra debe ser capaz de desfogar y protegernos de las perturbaciones por sobretensiones, y fugas de corrientes, aspectos que ponen de manifiesto la importancia de que los sistemas a tierra deban estar diseñados para brindar seguridad, es decir que ante una eventual falla, "los potenciales tanto en el terreno como en los conductores conectados al electrodo de tierra o en los conductores expuestos en la vecindad, están bajo los límites apropiados".
DISPOSICIÓN DE UNA PUESTA A TIERRA
En las distintas configuraciones de una instalación eléctrica se puede decir que el sistema de puestas a tierra está separado o tiene su espacio independiente, o sea tanto la malla de puesta a tierra o electrodo de tierra como la barra de conexión a esta deben tener un lugar específico, esto dependiendo de la necesidad del trabajo.
En la ubicación de una puesta a tierra dentro de una subestación eléctrica es importante destinar un lugar abierto e independiente de la edificación, con suficiente espacio para la extensión de la malla, es importante conocer que la estructura metálica involucrada en dicha edificación esté conectada también al sistema de puesta a tierra en la subestación, esto con la finalidad de crear y tener equipotencial.
En una red de distribución se cuenta con transformadores los cuales se deben también aterrar, esto con la finalidad de desviar corrientes de corto circuito, y se lo realiza al pie del poste en el cual está montado.
En el caso de la puesta a tierra o malla residencial, esta debe estar ubicada en un espacio verde como un jardín o simplemente una área abierta con acceso a su tierra física; y para la conexión en el tablero de distribución se destina una barra que dependiendo de la necesidad está conectada al neutro, esto ya se explicara con el desarrollo del marco teórico más adelante.
Roberto Ruelas Gómez, (2012) recomienda que en la parte interna de una vivienda se debe llegar al tablero de distribución con cable previamente identificado con color verde o en su defecto verde con franjas amarillas, para de ahí partir a cada circuito.
COMPONENTES DE UNA MALLA DE PUESTA A TIERRA
Los distintos componentes de una malla o puesta a tierra difieren del tipo de instalación que se realice o de su utilidad, si es una puesta a tierra sencilla, como para un uso doméstico se requerirá simplemente de una varilla, cable conductor y un conector de sujeción a esta, ahora si se habla de una puesta a tierra de requerimientos más exigentes como una de tipo industrial se puede mencionar una malla reticulada tejida con un determinado número de varillas, sueldas exotérmicas, cable desnudo, etc.,
Dependiendo del diseño y la necesidad, así como también se requerirá de componentes solubles como el GEM que es un compuesto que sirve parar mejorar la conductividad del suelo, todos estos elementos se detallan a continuación:
CONECTORES
Hay que recalcar que la unión entre el conductor y la varilla en el exterior del aterramiento varía de acuerdo a la clase de conexión, existen conectores de ajuste manual con los que la maniobra mecánica es la única forma de establecer un ajuste entre el conductor y la varilla.
Hay distintas clases de conectores de este tipo, su disposición varia solamente en la posición en la que se coloque y el torque que se le aplique, estas uniones son de fácil acceso, de uso práctico y muy económicas, pero presentan defectos como fracturas o aislamiento de la rosca al momento de ajustar y también con el paso del tiempo sulfatación o tienden a aflojarse no teniendo una correcta sujeción o contacto con la varilla continuo o definitivo.
SUELDAS EXOTÉRMICAS
También existen las uniones del tipo suelda exotérmica, estas son las más recomendadas a utilizar por su utilidad y modo de conexión, estas son las uniones mejor diseñadas para este tipo de trabajo ya que se pueden realizar uniones de cobre- cobre, o de cobre-acero, obviamente son de mayor costo pero sus ventajas representan una mayor durabilidad y un contacto sólido y definitivo, con el cual no se tendrá que realizar ningún tipo de mantenimiento.
Es necesario tener la calificación para realizar este tipo de conexiones por su modo de empleo, la forma de realizar este trabajo con suelda es un tanto complejo y de cuidado, se utilizan moldes de alta temperatura con cavidades en las que actúa un polvo granular metálico, de componentes químicos a una temperatura de 1400 grados centígrados, tales que al momento de la explosión derriten el material, y rellenan el espacio del molde se debe dejar 30 segundos desde el momento de encender el polvo dando lugar a que la mezcla se disperse de manera uniforme y a su vez para enfriar el molde , así se obtiene la suelda solidificando la unión de conductores con las varillas.
VARILLAS O ELECTRODOS
Se conocen también con el nombre de jabalinas, constituye el principal elemento de unión entre el cable aterrado proveniente de la instalación, con la tierra física, así como también con la estructura metálica de la construcción que puede o no existir y/o estar involucrada.
Se compone de un bimetal con alma de acero y un baño de cobre que ofrecen una suficiente conductividad y evitan la corrosión en contacto con la tierra, su longitud varía en función de la resistencia de propagación d la corriente de falla y dependiendo de la profundidad que se vaya a enterrar, en nuestro medio existen varillas de diferentes medidas y se encuentran desde:5/8*1.20m, 5/8*1.80m y 5/8*2.40m, la colocación de este elemento es de fácil operación ya sea por golpe o previamente perforada la tierra en el caso de encontrarse con un terreno, pedregoso rocoso, o de difícil penetración.
Existe una variación en el tema de los electrodos, es decir otros tipos de ellos son los que componen este ítem y son las placas.
Electrodo de tierra recomendado para terrenos de alta resistividad. Resulta adecuado, cuando bajo una capa de tierra de poco espesor existen estratos rocosos. El modelo fabricado en acero inoxidable, se recomienda para instalaciones en terrenos muy húmedos o con altos grados de salinidad, así como terrenos altamente corrosivos.
AGENTES EXTERNOS
Cuando el suelo en el que se está trabajando no es de características favorables para una instalación de puesta a tierra o en espacios muy reducidos, se deben realizar diferentes tipos de mejoras del suelo para obtener una mejor conductividad del electrodo hacia la tierra.
Comúnmente se hacen cambios y se introducen sustancias como la sal en grano o carbón que generalmente presentan una ligera variación al momento de medir la resistividad del suelo o la resistencia de la puesta a tierra, pero en la actualidad existen compuestos listos para arrojar en las zanjas donde se entierra la varilla, mejorando la calidad del suelo considerablemente, convirtiéndola en una mezcla que protege de la corrosión galvánica, e imposible de disolver con agua lluvia, además de esto extendiendo la vida útil de la puesta a tierra y no perjudicial al medio ambiente.
TIPOS DE CONEXIONES
Además de esto se presenta una variedad de configuración de los electrodos ya sea por su tipo de conexión como por su disposición física, Ruelas Gómez (2011) las más comunes son las mallas o tejidos entre electrodos que en si se clavan a más de dos metros de separación entre ellas y se recorre el cable desnudo conectándolas entre sí a todas.
La cantidad de electrodos en una malla de puesta a tierra depende de la experiencia de quien la realiza como también de los requerimientos técnicos de la misma así como resistencia del electrodo fabricado y la cantidad de corriente a disipar, es por esta razón apenas lógico que parar realizar el diseño de una malla de puesta a tierra se tomen como consideraciones iniciales, factores de este tipo.
Más adelante se estudiara, Los tipos de conexión que dependen ampliamente de la necesidad o utilidad que se vaya a dar al sistema de puestas a tierra, generalmente se reconoce como régimen de neutro.
RAZÓN DE LAS PUESTAS A TIERRA
La utilidad de los sistemas de puestas a tierra es principalmente el de evitar los siguientes problemas:
SEGURIDAD PERSONAL
Es de vital importancia en el lugar de trabajo contar con los requerimientos necesarios para trabajar de forma ordenada y segura, dentro de estos está el evaluar los sistemas eléctricos, cabe recalcar que la falta de un sistema de puestas a tierra adecuado ha producido diferentes problemas con personas que operan en áreas industriales donde las herramientas, motores o equipos generalmente tienen carcasas metálicas, desencadenando en electrizaciones y peor aún.
electrocuciones; es por esta razón que la puesta a tierra es importante en el momento de ocurrir un desperfecto en dichas maquinas por falla de aislamiento o descarga eléctrica directa con la persona que opere.
Este tema específicamente refiere a la correcta conexión o aterrizaje de carcasas- estructuras- armarios o gabinetes por los cuales se fugara las corrientes de falla de equipos energizados o sobre voltajes y descargas atmosféricas; de esto depende en gran manera la seguridad de las vidas humanas involucradas.
Las descargas eléctricas pueden suceder si no existen estas conexiones y su gravedad depende de factores de humedad resistencia del cuerpo y ambientes.
Piel perfectamente seca (excepcional) 80V
Piel húmeda (normal) 50 V Ambiente seco
Piel mojada (más normal) 24 V
Ambiente húmedo12 V
Ambiente sumergido 12 V
RIESGOS DE LA ELECTRICIDAD EN LOS SERES HUMANOS
La composición del cuerpo humano en su mayoría es de agua, es decir forma parte de la sangre, los tejidos, órganos en general, esto nos da a entender que tiende a ser un buen conductor de electricidad.
Electrocución.-es el paso de corriente eléctrica externa por el cuerpo humano y riesgo de electrocución es la circulación de esa corriente.
Umbral de percepción.-es una sensación de un ligero cosquilleo sin daño para el 99.5% de las personas (a 60Hz: 1.1mA para hombres y 0.7mA para mujeres).
Electrización.- valor de la corriente que produce reacción en los músculos como contracciones mínimas (a 60Hz: 16mA para hombres y 10.5mA para mujeres).
La gravedad de una descarga eléctrica en el ser humano depende de muchos factores y puede ocasionar desde un malestar hasta la muerte.
Es conveniente tener presente siempre que el cuerpo humano 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.
RELACIÓN ENTRE ENERGÍA ESPECÍFICA Y EFECTOS FISIOLÓGICOS
Rangos de energía y los efectos fisiológicos Energía especifica mA Percepciones y reacciones fisiológicas
4 a 8 Sensaciones leves en dedos y en tendones de los pies.
10 a 30 Rigidez muscular suave en dedos, muñecas y codos.
15 a 45 Rigidez muscular en dedos, muñecas, codos y hombros. Sensación en las piernas.
40 a 80 Rigidez muscular y dolor en brazos y piernas.
70 a 120 Rigidez muscular, dolor y ardor en brazos, hombros y piernas.
TENSIÓN DE PASO Y CONTACTO
TENSIÓN DE PASO
Es la máxima diferencia de potencial que se produce entre los pies de una persona en contacto con el suelo y con un metro de distancia, que camina en la subestación mientras ocurre una descarga a tierra sin necesidad de estar en contacto con un objeto aterrizado.
TENSIÓN DE CONTACTO
Es la diferencia de potencial que existiría cuando una persona este parada y su mano este en contacto con un elemento aterrizado sin energía y a un metro de distancia del mismo