Una de las razones más importantes para calcular la puesta a tierra y la instalación es que protege a las personas y los electrodomésticos de la casa contra sobretensiones. Si de repente cae un rayo en una casa o por alguna razón hay una subida de tensión en la red, pero al mismo tiempo el sistema eléctrico está conectado a tierra, todo este exceso de electricidad irá al suelo, de lo contrario habrá una explosión que puede destruirlo todo. en su camino.
Equipo de protección eléctrica
El crecimiento del consumo de electricidad en todos los ámbitos de la vida, en el hogar y en el trabajo, requiere reglas claras de seguridad para la vida humana. Numerosas normas nacionales e internacionales rigen los requisitos para la construcción de sistemas eléctricos para garantizar la seguridad de las personas, las mascotas y los bienes cuando se utilizan aparatos eléctricos.
Los equipos de protección eléctrica instalados durante la construcción de edificios residenciales y públicos deben comprobarse periódicamente para garantizar un funcionamiento fiable durante muchos años. Las violaciones de las reglas de seguridad en los sistemas eléctricos pueden tener consecuencias negativas: amenaza para la vida de las personas, destrucción de la propiedad odestrucción del cableado.
Las normas de seguridad establecen los siguientes límites máximos para el contacto humano seguro con superficies vivas: 36 VCA en edificios secos y 12 VCA en áreas húmedas.
Sistema de puesta a tierra
El sistema de puesta a tierra es un equipamiento técnico absolutamente imprescindible en todo edificio, por lo que es el primer componente de instalación eléctrica que se instala en una nueva instalación. El término puesta a tierra se utiliza en ingeniería eléctrica para conectar a propósito componentes eléctricos a tierra.
La conexión a tierra protege a las personas de descargas eléctricas cuando tocan equipos eléctricos en caso de mal funcionamiento. Los mástiles, vallas, servicios públicos como tuberías de agua o gasoductos deben conectarse con un cable de protección mediante la conexión a un terminal o barra de puesta a tierra.
Problemas de protección funcional
La conexión a tierra funcional no brinda seguridad como sugiere el nombre, sino que crea un funcionamiento ininterrumpido de los sistemas y equipos eléctricos. La conexión a tierra funcional disipa las corrientes y las fuentes de ruido para poner a tierra adaptadores de prueba, antenas y otros dispositivos que reciben ondas de radio.
Determinan los potenciales de referencia comunes entre equipos y dispositivos eléctricos y, por lo tanto, evitan diversos fallos de funcionamiento en viviendas particulares, como el parpadeo de la televisión o la luz. La puesta a tierra funcional nunca puede realizar tareas de protección.
Todos los requisitos para la protección contra descargas eléctricas se pueden encontrar en las normas nacionales. Establecer una tierra protectora es vital y, por lo tanto, siempre tiene prioridad sobre la funcional.
Resistencia definitiva de los dispositivos de protección
En un sistema seguro para las personas, los dispositivos de protección deben operar tan pronto como el voltaje de falla en el sistema alcance un valor que pueda ser peligroso para ellas. Para calcular este parámetro, puede usar los datos de límite de voltaje anteriores, elija el valor promedio U=25 VAC.
Los disyuntores de corriente residual instalados en áreas residenciales normalmente no se disparan a tierra hasta que la corriente de cortocircuito alcanza los 500 mA. Por tanto, según la ley de Ohm, con U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohmios. Por lo tanto, para proteger adecuadamente la seguridad de las personas y los bienes, la tierra debe tener una resistencia de menos de 50 ohmios o R tierra<50.
Factores de fiabilidad del electrodo
Según las normas estatales, los siguientes elementos pueden ser considerados como electrodos:
- pilotes o tubos de acero insertados verticalmente;
- tiras o alambres de acero tendidos horizontalmente;
- placas metálicas empotradas;
- anillos de metal colocados alrededor de los cimientos o incrustados en los cimientos.
Conducciones de agua y otras redes subterráneas de ingeniería de acero (si existe acuerdo con los propietarios).
La conexión a tierra confiable con una resistencia inferior a 50 ohmios depende de tres factores:
- Vista del terreno.
- Tipo y resistencia del suelo.
- Resistencia de la línea de tierra.
El cálculo del dispositivo de puesta a tierra debe comenzar con la determinación de la resistividad del suelo. Depende de la forma de los electrodos. La resistividad de la tierra r (letra griega Rho) se expresa en ohmios. Esto corresponde a la resistencia teórica de un cilindro de puesta a tierra de 1 m2, cuya sección transversal y altura son 1 m. Ejemplos de resistividad del suelo en Ohm-m:
- suelo pantanoso del 1 al 30;
- suelo de loess de 20 a 100;
- humus de 10 a 150;
- arena de cuarzo de 200 a 3000;
- caliza blanda de 1500 a 3000;
- suelo herboso de 100 a 300;
- terreno rocoso sin vegetación - 5.
Instalación de dispositivo de puesta a tierra
El bucle de tierra se monta a partir de una estructura que consta de electrodos de acero y tiras de conexión. Después de la inmersión en el suelo, el dispositivo se conecta al panel eléctrico de la casa con un cable o una tira de metal similar. La humedad del suelo afecta el nivel de colocación de la estructura.
Existe una relación inversa entre la longitud de las barras de refuerzo y el nivel freático. La distancia máxima desde el sitio de construcción varía de 1 m a 10 m. Los electrodos para el cálculo de puesta a tierra deben entrar en el suelo por debajo de la línea de congelación del suelo. Para cabañas, el circuito se monta con productos metálicos: tuberías, refuerzo liso, ángulo de acero, viga en I.
Su forma debe adaptarse para una penetración profunda en el suelo, el área de la sección transversal del refuerzo es superior a 1,5 cm2. El refuerzo se coloca en fila o en forma de varias formas, que dependen directamente de la ubicación real del sitio y la posibilidad de montar un dispositivo de protección. El esquema alrededor del perímetro del objeto se usa a menudo, sin embargo, el modelo de puesta a tierra triangular sigue siendo el más común.
A pesar de que el sistema de protección se puede fabricar de forma independiente utilizando el material disponible, muchos constructores de viviendas compran kits de fábrica. Aunque no son baratos, son fáciles de instalar y de uso duradero. Por lo general, un kit de este tipo consta de electrodos revestidos de cobre de 1 m de largo, equipados con una conexión roscada para el montaje.
Cálculo de la racha total
No existe una regla general para calcular el número exacto de orificios y dimensiones de la tira de tierra, pero la descarga de la corriente de fuga definitivamente depende del área de la sección transversal del material, por lo que para cualquier equipo, el tamaño de la tira de tierra se calcula sobre la corriente que transportará esta tira.
Para calcular el bucle de tierra, primero se calcula la corriente de fuga y se determina el tamaño de la tira.
Para la mayoría de los equipos eléctricos como transformadores,generador diesel, etc., el tamaño de la tira de tierra neutra debe ser tal que pueda manejar la corriente neutra de este equipo.
Por ejemplo, para un transformador de 100 kVA, la corriente de carga total es de aproximadamente 140 A.
La regleta conectada debe poder transportar al menos 70 A (corriente neutra), lo que significa que una regleta de 25x3 mm es suficiente para transportar la corriente.
Se utiliza una tira más pequeña para conectar a tierra la carcasa, que puede conducir una corriente de 35 A, siempre que se utilicen 2 pozos de tierra para cada objeto como protección de respaldo. Si una tira se vuelve inutilizable debido a la corrosión, que rompe la integridad del circuito, la corriente de fuga fluye a través del otro sistema, brindando protección.
Cálculo del número de tubos de protección
La resistencia de puesta a tierra de una sola varilla o tubo de electrodo se calcula de acuerdo con:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Dónde:
ρ=Resistencia de tierra (ohmímetro), L=Longitud del electrodo (metro), D=Diámetro del electrodo (metro).
Cálculo del terreno (ejemplo):
Calcular la resistencia de la varilla aislante de tierra. Tiene una longitud de 4 metros y un diámetro de 12,2 mm, una gravedad específica de 500 ohmios.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Logaritmo (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
La resistencia de puesta a tierra de un solo electrodo de varilla o tubo se calcula de la siguiente manera:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Dónde:
ρ=Resistencia de tierra (ohmímetro), L=Longitud del electrodo (cm), D=Diámetro del electrodo (cm).
Definiciónestructura de puesta a tierra
El cálculo de la puesta a tierra de una instalación eléctrica comienza con la determinación del número de tubos de puesta a tierra con un diámetro de 100 mm, 3 metros de largo. El sistema tiene una corriente de falla de 50 KA durante 1 segundo y una resistividad de tierra de 72,44 ohmios.
Densidad de corriente en la superficie del electrodo de tierra:
Amapola. densidad de corriente permitida I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Amapola. densidad de corriente permitida=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
La superficie de un diámetro es de 100 mm. 3m de tubería=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Amapola. corriente disipada por un tubo de tierra=densidad de corriente x área de superficie del electrodo.
Máx. corriente disipada por un tubo de puesta a tierra=889.419x 0.942=838A, Número de tubería de tierra requerida=Corriente de falla / Máx.
Número de tubería de tierra necesaria=50000/838=60 piezas.
Resistencia del tubo de tierra (aislado) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Resistencia de tubería a tierra (aislada) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Tubería
Resistencia total de 60 piezas de tierra=7,99 / 60=0,133 ohmios.
Resistencia de la tira de tierra
Resistencia de la tira de tierra (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo de puesta a tierra en bucle.
Calcular una franja de 12 mm de ancho, 2200 metros de largo,enterrada en el suelo a una profundidad de 200 mm, la resistividad del suelo es de 72,44 ohmios.
Resistencia de la tira de tierra (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
De la resistencia total anterior de 60 piezas de tubos de puesta a tierra (Rp)=0,133 ohmios. Y esto se debe a la franja de tierra áspera. Aquí resistencia neta de tierra=(RpxRe) / (Rp + Re)
Resistencia neta=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 ohmios
Impedancia de tierra y número de electrodos por grupo (conexión en paralelo). En los casos en que un electrodo sea insuficiente para proporcionar la resistencia de tierra requerida, se debe usar más de un electrodo. La separación de los electrodos debe ser de unos 4 m La resistencia combinada de los electrodos en paralelo es una función compleja de varios factores como el número y la configuración del electrodo. Resistencia total de un grupo de electrodos en varias configuraciones según:
Ra=R (1 + λa / n), donde a=ρ / 2X3.14xRxS
Donde: S=Distancia entre el vástago de ajuste (metros).
λ=Factor que se muestra en la siguiente tabla.
n=Número de electrodos.
ρ=Resistencia de tierra (Ohmímetro).
R=Resistencia de una sola varilla en aislamiento (Ω).
| Factores para electrodos paralelos en línea | |
| Número de electrodos (n) | Factor (λ) |
| 2 | 1, 0 |
| 3 | 1, 66 |
| 4 | 2, 15 |
| 5 | 2, 54 |
| 6 | 2, 87 |
| 7 | 3.15 |
| 8 | 3, 39 |
| 9 | 3, 61 |
| 10 | 3, 8 |
Para calcular la puesta a tierra de electrodos espaciados uniformemente alrededor de un cuadrado hueco, como el perímetro de un edificio, se utilizan las ecuaciones anteriores con un valor de λ tomado de la siguiente tabla. Para tres barras ubicadas en un triángulo equilátero o en forma de L, el valor λ=1, 66
| Factores para electrodos cuadrados huecos | |
| Número de electrodos (n) | Factor (λ) |
| 2 | 2, 71 |
| 3 | 4, 51 |
| 4 | 5, 48 |
| 5 | 6, 13 |
| 6 | 6, 63 |
| 7 | 7, 03 |
| 8 | 7, 36 |
| 9 | 7, 65 |
| 10 | 7, 9 |
| 12 | 8, 3 |
| 14 | 8, 6 |
| 16 | 8, 9 |
| 18 | 9, 2 |
| 20 | 9, 4 |
El cálculo de la conexión a tierra de protección de bucle para cuadrados huecos se realiza de acuerdo con la fórmula del número total de electrodos (N)=(4n-1). La regla general es que las varillas paralelas deben tener una separación de al menos el doble de largo para aprovechar al máximo los electrodos adicionales.
Si la separación de los electrodos es mucho mayor que su longitud, y solo unos pocos electrodos están en paralelo, entonces la resistencia de tierra resultante se puede calcular utilizando la ecuación habitual para la resistencia. En la práctica, la resistencia de tierra efectiva suele ser superior a la calculada.
Por lo general, una matriz de 4 electrodos puede proporcionar una mejora de 2,5 a 3 veces.
Una matriz de 8 electrodos suele dar una mejora de quizás 5-6 veces. La resistencia de la varilla de tierra original se reducirá en un 40 % para la segunda línea, en un 60 % para la tercera línea y en un 66 % para la cuarta.
Ejemplo de cálculo de electrodos
Calcular la resistencia total de una varilla de tierra 200 unidades en paralelo, a intervalos de 4m cada una, y si están conectadas en un cuadrado. La varilla de tierra es 4metros y un diámetro de 12,2 mm, resistencia superficial de 500 ohmios. Primero, se calcula la resistencia de una sola varilla de tierra: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohmios.
A continuación, la resistencia total de la varilla de tierra en la cantidad de 200 unidades en paralelo: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (línea paralela)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 ohmios.
Si la varilla de tierra está conectada a un área hueca 200=(4N-1), Ra (en un cuadrado vacío)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 ohmios.
Calculadora de tierra
Como puede ver, el cálculo de la conexión a tierra es un proceso muy complejo, utiliza muchos factores y fórmulas empíricas complejas que solo están disponibles para ingenieros capacitados con sistemas de software complejos.
El usuario solo puede hacer un cálculo aproximado utilizando servicios en línea, por ejemplo, Allcalc. Para cálculos más precisos, aún debe ponerse en contacto con la organización de diseño.
La calculadora en línea Allcalc le ayudará a calcular de forma rápida y precisa la puesta a tierra de protección en un suelo de dos capas que consta de un suelo vertical.
Cálculo de los parámetros del sistema:
- La capa superior del suelo es arena muy humedecida.
- Coeficiente climático- 1.
- La capa inferior del suelo es arena muy humedecida.
- Número de puestas a tierra verticales - 1.
- Profundidad superficial del suelo H (m) - 1.
- Longitud de la sección vertical, L1 (m) - 5.
- Profundidad de la sección horizontal h2 (m)- 0.7.
- Longitud de la regleta de conexión, L3 (m) - 1.
- Diámetro de la sección vertical, D (m) - 0.025.
- Ancho del estante de sección horizontal, b (m) - 0.04.
- Resistencia eléctrica del suelo (ohm/m) - 61.755.
- Resistencia de una sección vertical (Ohm) - 12.589.
- Longitud de la sección horizontal (m) - 1.0000.
Resistencia de puesta a tierra horizontal (Ohm) - 202.07.
Se ha completado el cálculo de la resistencia a tierra de protección. La resistencia total a la propagación de la corriente eléctrica (Ohm) - 11.850.
Tierra proporciona un punto de referencia común para muchas fuentes de voltaje en un sistema eléctrico. Una de las razones por las que la conexión a tierra ayuda a mantener segura a una persona es que la tierra es el conductor más grande del mundo y el exceso de electricidad siempre toma el camino de menor resistencia. Al conectar a tierra el sistema eléctrico en el hogar, una persona permite que la corriente vaya al suelo, lo que salva su vida y la de los demás.
Sin un sistema eléctrico correctamente conectado a tierra en el hogar, el usuario arriesga no solo los electrodomésticos, sino también su vida. Es por eso que en cada casa es necesario no solo crear una red de puesta a tierra, sino también monitorear anualmente su desempeño utilizando instrumentos de medición especiales.
