PAT:La puesta a tierra comprende toda la uníón metálica directa sin protección alguna, de sección suficiente entre determinadas partes de una instalación eléctrica y un grupo de electrodos (jabalina) enterrados en el suelo, con el objeto de conseguir que el conjunto de instalación y superficie próxima al terreno no existan diferencias de potencial peligrosas y que al mismo tiempo, permita el paso de las corrientes de falla o descargas de origen atmosférico.
1)Toma de tierra-Electrodo de puesta a tierra: es una masa metálica, permanentemente en buen contacto con el terreno para facilitar el paso a éste de las corrientes de defecto que pueden presentarse
– Línea de enlace con tierra: está formado por los conductores que unen el electrodo o conjunto de electrodo con el punto de conexión de PAT
-Punto de conexión de PAT: es un punto situado fuera del suelo que sirve de uníón entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra
El punto de PAT estará compuesto por un dispositivo de conexión (regleta/borne) que permita la uníón entre conductores de la línea de enlace y la principal de tierra de forma que pueda, mediante instrumentos apropiados, separar los cables de enlace y poder realizar la medida de la resistencia de tierra
2)Líneas principales de tierra: Está formada por conductores que partirán del punto de par y a las cuales estarán conectadas las derivaciones necesarias para la PAT de las masas generalmente a través de los conductores de conexión.
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Derivaciones de las líneas principales de tierra:Están constituidos por conductores que unirán la línea principal de tierra con los conductores de protección o directamente las masas.
4)Conductores de protección: Sirven para unir eléctricamente la masa de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra los contactos indirectos
La resistencia de PAT está consituido por la suma de las siguientes partes:-Resistencia propia del conductor (línea de tierra más línea de enlace):Ésta es de escasa importancia en relación de los valores de la resistividad del terreno, ya que usualmente se utiliza elementos conductores (varilla, caños, estructuras y otros dispositivos) los cuales presentan muy baja resistividad comparados con la del terreno
-Resistencia de contactos entre el electrodo y el suelo adyacente:Éste valor es muy pequeño si la tierra está bien compactada. Según estudios realizados se deduce que la misma puede despreciarse.
-Resistencia de tierra (suelo) alrededor de los electrodos (más significativa):Generalmente será la más grande de las componentes que forman las resistencias de la PAT. La resistencia que presenta el terreno es función de la resistividad del mismo y de las dimensiones y formas del electrodo. Es común o habitual simplificar las unidades de resistividad (ohm.M).
Factores que influyen en la resistividad del terreno
Si bien los componentes más importantes del terreno son la sílice, el óxido de aluminio, etc., que en estado seco presentan valores altos de resistividad, ésta puede disminuir considerablemente en presencia de sales solubles y humedad. Por otro lado la composición del terreno es muy heterogénea, presentando capas con diferentes valores de resistividad.
Todo esto hace que la resistividad sea muy variable de un lugar a otro, y se encuentre influenciada por los siguientes valores:
-Naturaleza y composición del terreno: La variación de la resistividad es muy variada. Los valores extremos que se encuentran en la práctica pueden variar desde algunas decenas de ohm.M para terrenos orgánicos y húmedos, hasta unas decenas de miles para terrenos graníticos secos.
-Tempretarura: Un aumento de temperatura disminuye la resistividad del terreno. El porcentaje de agua presente determina la resistividad. Un aumento en la temperatura del suelo disminuye la resistividad del agua.
-Estractigrafía: La resistividad total del terreno es la resultante de los correspondientes a las diversas capas que las constituyen.Las capas superficiales del terreno presentan variaciones de resistividad estacional de humedad y salinidad. En el suelo, la conducción es electrolítica, es decir, la conducción es a través de electrolítos formados por el agua y las sales contrenidas en el terreno.El contenido de agua en el suelo varía con el período del año, naturaleza del subsuelo y profundidad de las capas de agua.A medida que el grado de humedad aumenta (cuyo efecto es disolver más sales), la resistividad disminuye con rapidez.
El efecto de agregar alguna sal en el terreno puede ser útil para obtener baja resistencia en la zona de instalación del electrodo, en lugar de cambiar el electrodo (jabalina) por otro más costoso
-Compactación: Cuando la compactación del terreno es grande se disminuye su resistividad.
Medida de la resistividad del suelo:El diseño de una PAT requiere conocer previamente los perfiles de resistividad del terreno según la profundidad, donde se va a realizar la instalación de la misma. De esta manera facilita de la forma y dispoción de los electrodos de tierra con la finalidad de lograr los mejores resultados técnicos-económicos y poder prever del modo más adecuado de las carácterísticas de la red de tierra.
Métodos de medida: Los métodos más utilizados en la práctica son el método Wenner y el método simétrico. En ambos se requieren del siguiente material.
-Instrumento de medida de resistividad de cuatro bornes
-Cuatro picas o electrodos auxiliares
-Cuatro conductores de longitud suficiente y de sección mínima de 1,5mm^2
Método de Wenner
Consiste en medir la resistividad aparente del terreno colocando cuatro picas en el terreno equidistantes en el suelo y de forma simétrica respecto a un punto central O, debajo la cual se determinará la resistividad del terreno.
El espesor de la capa del terreno del cual estamos determinando la resistividad aparente es directamente proporcional a la separación entre los electrodos y está determinada por la siguiente expresión (m).
Al inyectar una corriente de intensidad I a través de los electrodos C1 y C2 del telurímetro, el medidor leerá la tensión V que se detecta entre los bornes de potencial P1 y P2. La relación entre V e I es el valor de resistencia que registrará el medidor.
El valor de la resistividad aparente del terreno se determina para un extracto de terreno de espesor H y, considerando que el valor de resistencia medido por el instrumento, corresponde a la de una sección del terreno, de forma semiesférica, con centro en O y de radio a y está dado por la siguiente fórmula Ra= 2.(Pi).A=2.(Pi).4/3 .H.R= 8/3 .(Pi) .H.R.
Este método permite obtener un perfil de resistividades para diferentes profundidades de terreno, mediante la toma de una serie de mediciones para diferentes distancias entre las picas.
Consideraciones sobre la medida de la resistividad
La presencia en la zona de medición de cuerpos metálicos, por ejemplo canalizaciones desnudas, tuberías metálicas de agua, etc. O de extractos de terrenos muy resistentes o muy conductores, que acaben aflorando en la superficie, pueden perturbar las medidas de la resistividad ya que para flanquear tales obstáculos, se originan modificaciones en los filetes de la corriente en el suelo y, en consecuencia, se modifica el campo eléctrico sobre el punto de medida.
La forma de evidenciar las posibles causas perturbadoras y también, que no existen variaciones sensibles es la de efectuar mediciones de diversas zonas, del emplazamientos de la instalación de tierra y con distintas separaciones de los electrodos, para de esta forma confirmar resultados de variaciones importante de la resistividad según la situación o profundidad del terreno.
Tensión de paso y de contacto:Magnitudes eléctricas que caracterizan una PAT. Los valores que caracterizan una PAT, están muy relacionados entre sí. Sabemos que dependiendo de las carácterísticas del terreno éste presenta diferentes valores de resistividad, los cuales son afectados por las condiciones ambientales. Estos valores de resistividad en conjunto con la geometría de la instalación del PAT, nos fijarán un valor de resistencia de toma de tierra. Si a esto le sumamos una presencia de una corriente de falla, tendremos la aparición de diferencia de potencial en la toma de tierra. Esta circulación de corriente no solo será parte importante de la definición del potencial de ese punto, sino que también y en conjunto con la carácterísticas del terreno nos fijarán los gradientes de potencial en la zona próxima a nuestra PAT. La corriente de falla está definida en su valor máximo por la potencia de cortocircuito existente en el lugar donde se halla nuestra instalación.
Bajo condiciones de falla, por la toma de tierra circulara una corriente I
PAT de referencia:
es la destinada a brindar un potencial constante, que podrá ser empleado para tener una referencia a tierra de diversos equipos
PAT de pararrayos:
será la encargada de drenar a tierra las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas.
PAT de seguridad:
es la más importante en las instalaciones eléctricas, ya que deriva las corrientes de fallas peligrosas para la integridad física de las personas, de los bines materiales y animales domésticos.
PAT de servicio:
es la que mantiene a potencial de tierra alguna parte del circuito que conforman la red de alimentación, como ser los centros de estrella de generadores y transformadores.
Esquema de conexiones a tierra ECT:
Primera letra: condiciones de PAT de la fuente de alimentación (PAT de servicio).
-T: PAT directa de un punto de la red.
-I: aislamiento de todas las partes activas con respecto a tierra o PAT de un punto de la red a través de una impedancia.
Segunda letra: condiciones de PAT de las masas en las instalaciones eléctricas (PAT de seguridad)
-T: masas PAT directamente independientes de la fuente de energía.
-N: Masas unidas directamente a la PAT funcional
Tercera letra:Disposiciones de los conductores X potenciadores de tierra (PE) y neutros (válidas para el sistema TN únicamente)
-S: conductores separados para el PE y el neutro
-C: conductor único con función de protección y de neutro denominado conductor PEM
Esquema de conexión TT:
Es el sistema usado en nuestro país en la distribución de baja tensión en compañías distribuidoras de energía. Se tiene una PAT de servicio conectada rígidamente a tierra, de la cual se toma el conductor neutro. El centro de estrella de los transformadores de distribución está conectado al neutro y a su vez la PAT en forma rígida en ese único punto. Los lógicos desequilibrios en los consumos y problemas derivados de circulación de corriente por tercera armónica hacen que el conductor neutro posea, a lo largo de su recorrido, un mayor potencial respecto a tierra y que en varios casos se pueda tener una tensión superior a la máxima tensión de contacto admisible de 24 V. Por este motivo no es utilizado el conductor neutro como conductor PE debido a que no existe ninguna seguridad de que su potencial sea inferior a los 24 V.
El PË (punto equis potenciador) es provisto por el usuario derivándolo de su PAT de seguridad. Cabe destacar que ambas PAT (de servicio RB y de seguridad RA) deben ser independientes, es decir, no debe existir influencia mutua entre las mismas, lo cual se logra con una distancia de separación entre ambas PAT mayor o igual a 10 veces el radio equivalente de la jabalina de mayor longitud.
Cabe destacar que el Re es una distancia que indica una zona de influencia electromagnética del electrodo de PAT.
En caso de defectos a tierra no deben establecerse tensiones de contacto peligrosas en las masas de PAT, pues deberá cumplirse según lo establecido por la norma IRAM 2281: Ra x Id <= vc=»»>=><= 24v=»» ambientes=»» secos,=»»>=><=12v en=»» ambientes=»» húmedos,=»»>=12v><=30ma, tiempo=»» de=»» desconexión=»» td=»»>=30ma,>
RA: es la suma de las resistencias de los electrodos de PAT y de las resistencias de los conductores de PE de las masas
Id: intensidad de corriente que asegura el funcionamiento automático de los dispositivos de protección.
Esquema de conexión TN-S:
En los esquemas TN un defecto Franco entre un conductor de línea y masa produce una corriente de cortocircuito. El lazo de falla está constituido exclusivamente por conductores activos y conductores PE. No hay recorrido por tierra.
Debido a la elevada corriente de falla que se pueden producir en los esquemas TN-S, entre un conductor de línea y otro de PE, o una masa, debe verificarse la adecuada actuación de los disyuntores diferenciales debida a su limitada capacidad de ruptura
Método de caída de potencial o medición con 3 terminales:
En este método, se realiza la medición mediante la utilización de dos electrodos auxiliares para la determinación del valor de resistencia de la PAT, el diagrama de conexión básico para este método es el que se ve en la figura 1.5.30
Los terminales de potencial y corriente numero 1 (P1 y C1), están unidos entre si, y están conectados al electrodo bajo prueba o a la varilla enterrada de referencia. Esta conexión se puede utilizar (puente entre C1 y P1 sobre el instrumento) si la longitud del conductor que une la pica C1 con la PAT a medir es del orden de los 3[m], en caso contrario hay que conectar C1 y P1 a la PAT por separado (hacer el puente en el elemento a medir). El terminal numero 2 de corriente (C2) se conecta a uno de los electrodos auxiliares (este electrodo se denomina electrodo de referencia de corriente), el cual debe ser colocado tan lejos del electrodo de tierra a medir como sea posible. En la práctica esta distancia puede estar limitada por la geometría de los alrededores donde se encuentra la PAT.
El electrodo de referencia P2, denominado de referencia de potencial, se coloca en una línea recta, entre el electrodo de tierra y C2. La lectura de resistencia se toma para varios puntos de ubicación de este ultimo electrodo, obteniéndose una curva, de resistencia versus distancia entre electrodo de tierra y de referencia P2, como la figura 1.5.31.
El valor de tierra correcto es leído de la curva a una distancia del 62% de la distancia total existente entre la toma de tierra que se desea medir y el electrodo auxiliar de corriente C2. En otras palabras si la distancia total es D, el 62% es 0,62xD. Si la distancia de separación entre E y C es muy grande vemos que la resistencia obtenida entre el punto A y B es constante pues estamos fuera de los limites de interferencia de la PAT a medir y de la auxiliar de inyección de corriente.
Distancia mínima para C2:
Considerando la figura 1.5.31 que muestra las superficies equipotenciales sobre el electrodo de tierra y la sonda de referencia C2.
En la parte (a) de la figura, el electrodo C2, esta tan junto al electrodo de tierra, que las superficies equipotenciales, están seriamente superpuestas. Entonces si se tiene el nivel de resistencia medida con el electrodo de tierra, la superficie equipotencial de C2 se agrega o superpone a la superficie equipotencial del electrodo de tierra. Así la resistencia se verá aumentada.
En la parte (b), el electrodo de C2, es colocado más lejos, y los potenciales del electrodo de tierra y auxiliar C2, no tienen influencia considerables uno sobre el otro y aunque los niveles de resistencia están todavía afuera del valor de la medición debido a la inferencia, si se toma el 62% de la distancia entre ellos (C1-C2), el resultado es bastante aproximado al valor real de la resistencia de la PAT.
Ensayo simplificado de caída de tensión:
Algunas mediciones se realizan colocando, siempre, la sonda de referencia al 62% de la distancia entre los electrodos de corriente, cuando la distancia entre ellos es grande.
Otros procedimientos similares, al de caída de potencia, se empieza con P2 entre el electrodo de tierra y C2 a la mitad de la separación. Después de medir la resistencia en este punto, se hacen 2 o 3 mediciones a cada lado, separadas en 3 [m] aproximadamente. Si el valor de la resistencia en el punto central coincide con las otras dentro de la exactitud que se mide, el valor medido es la resistencia de tierra. Si las lecturas no tienen la exactitud requerida, la sonda C2 debe ser colocada más distante y las mediciones repetirlas. Este método puede dar una exactitud suficiente, pero siempre da valores menores que el verdadero valor. Este procedimiento se utiliza cuando no hay posibilidad de extenderse debido a construcciones cercanas.
Algunas reglas practicas para espaciar P2 y C2:
Con uno o dos electrodos de tierra, C2 puede ser usualmente colocada aproximadamente entre 30 [m] y 37,5 [m] desde el electrodo a medir, P2 en correspondencia entre 18,6 [m] y 23,4 [m]. Si el electrodo de tierra es grande, por ejemplo, varias varillas o placas en paralelo, la distancia C2 debe ser aumentada a 60[m] y P2 a 37,5 [m]. Se necesitara distancia más grandes para sistemas más complejos de electrodos de varillas, placas o estructuras, todas colocadas juntas.
Conductor de protección:
La PAT de las masas se efectuara mediante un conducto de protección (PE), conectado al borne de PAT de los tomacorrientes, cuando se utilizan estos, o al aparato o artefacto cuya PAT deba realizarse.
Tendrá una sección no menor a la determinada por:
Tipos de conductores de protección:
- Aislados que integran cables múltiples.
- Los conductores unipolares de cobre aislados con la misma aislación que los activos y de color verde-amarillo
- Los elementos conductores tales como carcasas metálicas de barras blindadas y bandejas porta cables siempre que se respete:
- Su continuidad eléctrica
- Su sección transversal conductora de la corriente de fuga
- No deben desmontarse secciones, si ello se hiciera, colocar puente que garanticen la continuidad eléctrica
- Los caños metálicos de las instalaciones eléctricas son deben ser considerados como conductor de protección (no garantizan la continuidad eléctrica). Sin embargo, deben ser conectados a tierra mediante el conductor de protección en cada caja de paso
Está prohibido utilizar los conductores de protección para doble función como por ejemplo protección y neutro
No deben intercalarse en el conductor de protección los siguientes elementos: fusibles, interruptores o seccionadores.
La AEA recomienda que el conductor PE en ningún caso debe tener una sección menor a 2,5 [mm2]. Tampoco debe interrumpirse el mismo