La razón principal de la necesidad de puesta a tierra en las redes eléctricas es la seguridad. Cuando todas las partes metálicas del equipo eléctrico están conectadas a tierra, incluso en el caso de un aislamiento roto, no se crearán voltajes peligrosos en su carcasa, se evitarán mediante sistemas de conexión a tierra confiables.
Tareas para sistemas de puesta a tierra
Las tareas principales de los sistemas de seguridad que funcionan según el principio de puesta a tierra:
- Seguridad para la vida humana, con el fin de proteger contra descargas eléctricas. Proporciona una ruta alternativa para la corriente de emergencia para evitar dañar al usuario.
- Protección de edificios, maquinaria y equipo durante condiciones de corte de energía para que las partes conductoras expuestas del equipo no alcancen un potencial letal.
- Protección contra sobretensiones debidas a la caída de rayos que pueden generar tensiones peligrosas en el sistema de distribución eléctrica o por contacto humano involuntario con líneas de alta tensión.
- Estabilización de voltaje. Hay muchas fuentes de electricidad. Cada transformador se puede considerar como una fuente separada. Deben tener un punto de reinicio negativo común disponible.energía. La tierra es la única superficie conductora de este tipo para todas las fuentes de energía, por lo que ha sido adoptada como el estándar universal para el deslastre de corriente y voltaje. Sin ese punto común, sería extremadamente difícil garantizar la seguridad en el sistema eléctrico en su conjunto.
Requisitos del sistema terrestre:
- Debe tener un camino alternativo para que fluya una corriente peligrosa.
- No hay potencial peligroso en las partes conductoras expuestas del equipo.
- Debe tener una impedancia lo suficientemente baja como para proporcionar suficiente corriente a través del fusible para cortar la alimentación (<0, 4 segundos).
- Debe tener buena resistencia a la corrosión.
- Debe poder disipar una alta corriente de cortocircuito.
Descripción de los sistemas de puesta a tierra
El proceso de conectar a tierra las partes metálicas de los aparatos y equipos eléctricos con un dispositivo metálico que tiene poca resistencia se denomina puesta a tierra. Al conectar a tierra, las partes de los dispositivos que transportan corriente se conectan directamente a tierra. La conexión a tierra proporciona una ruta de retorno para la corriente de fuga y, por lo tanto, protege el equipo del sistema de energía contra daños.
Cuando ocurre una falla en el equipo, hay un desequilibrio de corriente en las tres fases. La conexión a tierra descarga la corriente de falla a tierra y, por lo tanto, restaura el equilibrio operativo del sistema. Estos sistemas de defensa tienen varias ventajas, como eliminarsobrevoltaje al descargarlo a tierra. La conexión a tierra garantiza la seguridad del equipo y mejora la confiabilidad del servicio.
Método de puesta a cero
Puesta a tierra significa conectar a tierra la parte de apoyo del equipo. Cuando ocurre una falla en el sistema, se crea un potencial peligroso en la superficie exterior del equipo, y cualquier persona o animal que toque accidentalmente la superficie puede recibir una descarga eléctrica. La puesta a cero descarga corrientes peligrosas a tierra y, por lo tanto, neutraliza el choque de corriente.
También protege el equipo de la caída de rayos y proporciona una ruta de descarga de los pararrayos y otros dispositivos de extinción. Esto se logra conectando partes de la planta a tierra con un conductor o electrodo de tierra en estrecho contacto con el suelo, colocado a cierta distancia por debajo del nivel del suelo.
La diferencia entre puesta a tierra y puesta a tierra
Una de las principales diferencias entre puesta a tierra y puesta a tierra es que cuando se pone a tierra, la parte conductora portadora se conecta a tierra, mientras que cuando se pone a tierra, la superficie de los dispositivos se conecta a tierra. Otras diferencias entre ellos se explican a continuación en forma de tabla comparativa.
Cuadro comparativo
| Conceptos básicos para comparar | Puesta a tierra | Puesta a cero |
| Definición | Parte conductora conectada a tierra | Caja del equipo conectada a tierra |
| Ubicación | Entre equipo neutro y tierra | Entre la carcasa del equipo y el suelo, que se coloca debajo de la superficie del suelo |
| Potencial cero | No tiene | Sí |
| Protección | Proteger el equipo de la red eléctrica | Proteger a una persona de una descarga eléctrica |
| El camino | Se indica el camino de regreso a la tierra actual | Descarga energía eléctrica al suelo |
| Tipos | Tres (resistencia sólida) | Cinco (tubería, placa, tierra del electrodo, tierra y tierra) |
| Color del cable | Negro | Verde |
| Usar | Para equilibrar la carga | Para evitar descargas eléctricas |
| Ejemplos | Neutro del generador y del transformador de potencia conectado a tierra | Carcasa del transformador, generador, motor, etc. conectado a tierra |
Cables de protección TN
Estos tipos de sistemas de conexión a tierra tienen uno o más puntos directamente conectados a tierra desde la fuente de alimentación. Las partes conductoras expuestas de la instalación se conectan a estos puntos mediante cables de protección.
En el mundopráctica, se utiliza un código de dos letras.
Letras usadas:
- T (palabra francesa Terre significa "tierra") - una conexión directa de un punto al suelo.
- I - ningún punto conectado a tierra debido a la alta impedancia.
- N - conexión directa al neutro de la fuente, que a su vez está conectado a tierra.
Basados en la combinación de estas tres letras, existen tipos de sistemas de puesta a tierra: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. ¿Qué significa esto?
En un sistema de puesta a tierra TN, uno de los puntos de origen (generador o transformador) está conectado a tierra. Este punto suele ser el punto estrella en un sistema trifásico. El chasis del dispositivo eléctrico conectado se conecta a tierra a través de este punto de tierra en el lado de la fuente.
En la imagen de arriba: PE - Acrónimo de Tierra de protección es un conductor que conecta las partes metálicas expuestas de la instalación eléctrica de un consumidor a tierra. N se llama neutro. Este es el conductor que conecta la estrella en un sistema trifásico a tierra. Mediante estas designaciones en el diagrama, queda inmediatamente claro qué sistema de puesta a tierra pertenece al sistema TN.
Línea neutra TN-S
Este es un sistema que tiene conductores neutros y de protección separados en todo el diagrama de cableado.
Conductor de protección (PE) es la cubierta metálica del cable que alimenta la instalación o un solo conductor.
Todas las partes conductoras expuestas con la instalación se conectan a este conductor de protección a través del terminal principal de la instalación.
Sistema TN-C-A
Estos son tipos de sistemas de puesta a tierra en los que las funciones de neutro y protección se combinan en un solo conductor del sistema.
En el sistema de puesta a tierra de neutro TN-CS, también conocido como puesta a tierra múltiple de protección, el conductor PEN se conoce como conductor combinado de neutro y tierra.
El conductor PEN del sistema de energía está conectado a tierra en varios puntos, y el electrodo de tierra está ubicado en o cerca del sitio de instalación del consumidor.
Todas las partes conductoras expuestas a la unidad están conectadas mediante un conductor PEN usando el terminal de tierra principal y el terminal neutral y están conectadas entre sí.
Circuito de protección TT
Este es un sistema de protección a tierra con un único punto de fuente de alimentación.
Todas las partes conductoras expuestas con instalación que están conectadas al electrodo de tierra son eléctricamente independientes de la fuente de tierra.
Sistema de aislamiento TI
Sistema de tierra de protección sin conexión directa entre partes activas y tierra.
Todas las partes conductoras expuestas con instalación que están conectadas a un electrodo de tierra.
La fuente está conectada a tierra a través de una impedancia del sistema introducida deliberadamente o aislada de tierra.
Diseños de sistemas de protección
Conexión entre aparatos eléctricos y dispositivos con placa o electrodo de tierra a través de un alambre grueso de baja resistencia para asegurarla seguridad se llama puesta a tierra o puesta a tierra.
El sistema de puesta a tierra o puesta a tierra en la red eléctrica funciona como medida de seguridad para proteger la vida humana así como los equipos. El objetivo principal es proporcionar una ruta alternativa para flujos peligrosos para evitar accidentes debido a descargas eléctricas y daños al equipo.
Las partes metálicas del equipo están puestas a tierra o conectadas a tierra, y si por alguna razón falla el aislamiento del equipo, los altos voltajes que puedan estar presentes en el revestimiento externo del equipo tendrán un camino de descarga a tierra. Si el equipo no está conectado a tierra, este voltaje peligroso puede transmitirse a cualquier persona que lo toque, lo que podría provocar una descarga eléctrica. El circuito se completa y el fusible se activa inmediatamente si el cable vivo toca la caja conectada a tierra.
Existen varias formas de realizar el sistema de puesta a tierra de las instalaciones eléctricas, tales como puesta a tierra mediante un alambre o tira, placa o varilla, puesta a tierra por puesta a tierra o mediante suministro de agua. Los métodos más comunes son la puesta a cero y la configuración de inserción.
Estera de suelo
Una alfombra de tierra se fabrica conectando varias varillas a través de alambres de cobre. Esto reduce la resistencia general del circuito. Estos sistemas de puesta a tierra eléctrica ayudan a limitar el potencial de tierra. La alfombrilla de tierra se utiliza principalmente en el lugar donde se va a probar una gran corriente.daños.
A la hora de diseñar una alfombra de tierra se tienen en cuenta los siguientes requisitos:
- En caso de mal funcionamiento, el voltaje no debe ser peligroso para una persona al tocar la superficie conductora del equipo del sistema eléctrico.
- La corriente de cortocircuito de CC que puede fluir hacia la placa de tierra debe ser bastante grande para que funcione el relé de protección.
- La resistencia del suelo es baja, por lo que la corriente de fuga puede fluir a través de él.
- El diseño de la alfombra de tierra debe ser tal que el paso de voltaje sea menor que el valor permitido, que dependerá de la resistividad del suelo requerida para aislar la instalación defectuosa de humanos y animales.
Protección de sobrecorriente de electrodos
Con este sistema de puesta a tierra de edificios, cualquier cable, varilla, tubo o manojo de conductores se coloca horizontal o verticalmente en el suelo junto al objeto de protección. En los sistemas de distribución, el electrodo de tierra puede consistir en una varilla de aproximadamente 1 metro de largo y colocada verticalmente en el suelo. Las subestaciones se construyen con malla de tierra, no con varillas individuales.
Circuito de protección de corriente de tubería
Este es el mejor y más común sistema de puesta a tierra de instalaciones eléctricas en comparación con otros sistemas aptos para las mismas condiciones de tierra y humedad. En este método, el acero galvanizado y una tubería perforada con una longitud y un diámetro calculados se colocan verticalmente sobre suelo constantemente húmedo, comomostrado a continuación. El tamaño de la tubería depende de la corriente actual y del tipo de suelo.
Normalmente, el tamaño de la tubería para un sistema de conexión a tierra de una casa es de 40 mm de diámetro y 2,5 metros de largo para suelo normal, o más largo para suelo seco y pedregoso. La profundidad a la que se debe enterrar la tubería depende del contenido de humedad del suelo. Normalmente, la tubería se encuentra a 3,75 metros de profundidad. El fondo de la pipa está rodeado de pequeños trozos de coque o carbón a una distancia de unos 15 cm.
Se utilizan niveles alternativos de carbón y sal para aumentar la superficie terrestre efectiva y reducir así la resistencia. Otro tubo con un diámetro de 19 mm y una longitud mínima de 1,25 metros se conecta en la parte superior del tubo GI a través de un reductor. En verano, la humedad del suelo disminuye, lo que provoca un aumento de la resistencia de la tierra.
Así, se está trabajando en una base de hormigón de cemento para mantener disponible el agua en verano y disponer de un terreno con los parámetros de protección necesarios. A través de un embudo conectado a un tubo de 19 mm de diámetro se pueden añadir 3 o 4 cubos de agua. Un cable de tierra GI o una tira de cable GI con una sección transversal suficiente para eliminar la corriente de forma segura se introduce en un tubo GI de 12 mm de diámetro a una profundidad de unos 60 cm desde el suelo.
Placa de puesta a tierra
En este dispositivo de puesta a tierra, la placa de puesta a tierra de cobre de 60 cm × 60 cm × 3 m y hierro galvanizado de 60 cm × 60 cm × 6 mm se sumerge en el suelo con una superficie vertical a una profundidad de al menos 3 m desde el nivel del suelo
La placa protectora se inserta en las capas auxiliares de carbón y sal con un espesor mínimo de 15 cm. El cable de tierra (GI o cable de cobre) se atornilla firmemente a la placa de tierra.
La placa de cobre y el alambre de cobre no se usan comúnmente en los circuitos de protección debido a su mayor costo.
Conexión a tierra a través del suministro de agua
En este tipo, el cable GI o de cobre se conecta a la red de plomería con un cable de conexión de acero que se une al cable de cobre como se muestra a continuación.
La tubería está hecha de metal y está ubicada debajo de la superficie de la tierra, es decir, conectada directamente al suelo. El flujo de corriente a través del GI o cable de cobre se conecta directamente a tierra a través de las tuberías.
Cálculo de la resistencia del bucle de tierra
La resistencia de una sola tira de varilla enterrada en el suelo es:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / W x t)), donde:
ρ - estabilidad del suelo (Ω ohm), L - longitud de la tira o del conductor (cm), w - ancho de la tira o diámetro del conductor (cm), t - profundidad de enterramiento (cm).
Ejemplo: Calcular la resistencia de la tira de tierra. Alambre con un diámetro de 36 mm y una longitud de 262 metros a una profundidad de 500 mm en el suelo, la resistencia de tierra es de 65 ohmios.
R es la resistencia de la varilla de tierra en W.
r - Resistencia de tierra (ohmímetro)=65 ohm.
Medida l - longitud de la varilla (cm)=262 m=26200 cm.
d -diámetro interior de la varilla (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - tira oculta / profundidad de varilla (cm)=500 mm=50 cm.
Resistencia del conductor/banda de tierra (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Resistencia de conductor/banda de tierra (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Resistencia del conductor/banda de tierra (R) =1,7 Ohm.
La regla empírica se puede utilizar para calcular el número de varillas de tierra.
La resistencia aproximada de los electrodos de varilla/tubo se puede calcular utilizando la resistencia de los electrodos de varilla/tubo:
R=K x ρ / L donde:
ρ - resistencia de tierra en ohmímetro, L - longitud del electrodo en el metro, d - diámetro del electrodo en el medidor, K=0,75 si 25 <L / d <100.
K=1 si 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L si 600 <L / d <300.
Número de electrodos, si encuentras la fórmula R (d)=(1, 5 / N) x R, donde:
R (d) - resistencia requerida.
R - resistencia de un solo electrodo
N - el número de electrodos instalados en paralelo a una distancia de 3 a 4 metros.
Ejemplo: calcular la resistencia del tubo de tierra y el número de electrodos para obtener una resistencia de 1 ohm, resistividad del suelo de ρ=40, longitud=2,5 metros, diámetro del tubo=38 mm.
L / d=2,5 / 0,038=65,78 entonces K=0,75.
Resistencia de los electrodos de tubería R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Un electrodo - resistencia - 12 Ohm.
Para obtener una resistencia de 1 ohm, el número total de electrodos necesarios=(1,5 × 12) / 1=18
Factores que afectan la resistencia de tierra
El código
NEC requiere una longitud mínima de electrodo de tierra de 2,5 metros para el contacto con tierra. Pero hay algunos factores que afectan la resistencia a tierra del sistema de protección:
- Longitud/profundidad del electrodo de tierra. Duplicar la longitud reduce la resistencia de la superficie hasta en un 40 %.
- Diámetro del electrodo de tierra. Duplicar el diámetro del electrodo de tierra reduce la resistencia de tierra en solo un 10 %.
- Número de electrodos de tierra. Para mejorar la eficiencia, se instalan electrodos adicionales a la profundidad de los electrodos principales de tierra.
Construcción de sistemas eléctricos de protección de un edificio residencial
Las estructuras de tierra son actualmente el método preferido de puesta a tierra, especialmente para las redes eléctricas. La electricidad siempre sigue el camino de menor resistencia y desvía la corriente máxima del circuito hacia pozos de tierra diseñados para reducir la resistencia, idealmente hasta 1 ohmio.
Para lograr este objetivo:
- Se excava un área de 1,5m x 1,5m a una profundidad de 3m. El hoyo se llena hasta la mitad con una mezcla de polvo de carbón, arena y sal.
- La placa GI de 500 mm x 500 mm x 10 mm se coloca en el medio.
- Establecer conexiones entre la placa de tierra para el sistema de puesta a tierra de la casa privada.
- Otroparte del pozo se llena con una mezcla de carbón, arena, sal.
- Se pueden usar dos tiras GI de 30 mm x 10 mm para conectar la placa de tierra a la superficie, pero se prefiere una tubería GI de 2,5" con una brida en la parte superior.
- Además, la parte superior de la tubería se puede cubrir con un dispositivo especial para evitar que la suciedad y el polvo entren y obstruyan la tubería de tierra.
Instalación del sistema de puesta a tierra y prestaciones:
- El polvo de carbón es un excelente conductor y evita la corrosión de las piezas metálicas.
- La sal se disuelve en el agua, aumentando considerablemente la conductividad.
- La arena permite que el agua pase por el agujero.
Para verificar la eficiencia del pozo, asegúrese de que la diferencia de voltaje entre el pozo y el neutro de la red sea inferior a 2 voltios.
La resistencia del pozo debe mantenerse a menos de 1 ohm, a una distancia de hasta 15 m del conductor de protección.
Descarga eléctrica
La descarga eléctrica (electrochoque) ocurre cuando dos partes del cuerpo de una persona entran en contacto con conductores eléctricos en un circuito que tiene diferentes potenciales y crea una diferencia de potencial en todo el cuerpo. El cuerpo humano tiene resistencia, y cuando se conecta entre dos conductores a diferentes potenciales, se forma un circuito a través del cuerpo y fluirá corriente. Cuando una persona hace contacto con un solo conductor, no se forma ningún circuito y no sucede nada. Cuando una persona entra en contacto con los conductores del circuito, sin importar el voltaje que tenga, siempreexiste la posibilidad de lesión por descarga eléctrica.
Evaluación del riesgo de rayos para edificios residenciales
Algunas casas son más propensas a atraer rayos que otras. Aumentan en función de la altura del edificio y la proximidad a otras viviendas. La proximidad se define como tres veces la distancia desde la altura de la casa.
Para determinar qué tan vulnerable es un edificio residencial a la caída de rayos, puede utilizar los siguientes datos:
- Bajo riesgo. Residencias privadas de un nivel muy cerca de otras casas de la misma altura.
- Riesgo medio. Una casa privada de dos niveles rodeada de casas con alturas similares o rodeada de casas de alturas más bajas.
- Alto riesgo. Viviendas aisladas que no estén rodeadas de otras estructuras, viviendas de dos plantas o viviendas de menor altura.
Independientemente de la probabilidad de que caiga un rayo, el uso adecuado de componentes importantes de protección contra rayos ayudará a proteger cualquier hogar de tales daños. Los sistemas de protección contra rayos y puesta a tierra son necesarios en un edificio residencial para que el rayo se desvíe al suelo. El sistema generalmente incluye una varilla de conexión a tierra con una conexión de cobre que se instala en el suelo.
Al instalar un esquema de protección contra rayos en una casa, siga los siguientes requisitos:
- Los electrodos de tierra deben tener al menos la mitad de 12 mm de largo y 2,5 m de largo.
- Se recomiendan conexiones de cobre.
- Si el sitio del sistema tiene suelo rocoso o líneas subterráneas de ingeniería, está prohibido usarelectrodo vertical, solo se necesita el conductor horizontal.
- Debe empotrarse al menos a 50 cm del suelo y extenderse al menos a 2,5 m de la casa.
- Los sistemas de puesta a tierra de viviendas privadas deben estar interconectados usando el mismo tamaño de conductor.
- Los conectores para todos los sistemas de tuberías metálicas subterráneas, como tuberías de agua o gas, deben ubicarse a menos de 8 m de la casa.
- Si todos los sistemas ya estaban conectados antes de instalar la protección contra rayos, todo lo que se requiere es conectar el electrodo más cercano al sistema de plomería.
Todas las personas que viven o trabajan en edificios públicos residenciales están constantemente en estrecho contacto con los sistemas y equipos eléctricos y deben estar protegidos de manera confiable contra fenómenos peligrosos que pueden surgir debido a cortocircuitos o voltajes muy altos debido a la descarga de un rayo.
Para lograr esta protección, los sistemas de puesta a tierra de la red eléctrica deben diseñarse e instalarse de acuerdo con los requisitos nacionales estándar. Con el desarrollo de materiales eléctricos, aumentan los requisitos de fiabilidad de los dispositivos de protección.
