diseÑo de sistemas de tierras segun las normas nom e ieee

DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEEReconocimiento e ndice0. INTRODUCCION 0.1 La necesidad de la puesta a tierra 0.2 Diferentes tipos de sistemas de puesta a tierra. 0.3 Simbologa 1. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRICOS . 1.1 Equipos y Canalizaciones que deben estar puestos a tierra. 1.2 Tipos de Alambrados que requieren un sistema aterrizado 1.3 Circuitos que pueden no ser aterrizados. 1.4 Circuitos que no se deben aterrizar. 1.5 Lugar de puesta a tierra del sistema. 1.6 Conductor a aterrizarse. 1.7 Partes metlicas de equipos fijos consideradas aterrizadas. 1.8 Puesta a tierra de equipos conectados mediante cordn y clavija. 1.9 Continuidad elctrica del circuito de tierra. 1.10 Consideraciones para un buen sistema de tierras. 2. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRICOS EN MANTENIMIENTO . 3. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRONICOS 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Transitorios e Interferencias Cables, pantallas y canalizaciones Protecciones de instrumentacin y comunicaciones Puesta a tierra de equipos Diagramas de conexin de Computadoras

4. PROTECCIONES ATMOSFERICAS Y ELECTROSTATICAS 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Descargas Atmosfricas Sistemas de Pararrayos Proteccin de Estructuras y Edificios Proteccin de Torres de Comunicacin Proteccin de Lneas Areas Proteccin de Tanques

4.7 Electrosttica 4.8 Medidas contra la Electrosttica 5. MEDICIONES DE TIERRAS 5.1 La tierra y la resistividad 5.2 Medicin de la Resistividad del suelo 5.3 Datos de Resistividades de Suelos tpicos 5.4 Valores aceptables de resistencia a tierra 5.5 Mediciones de resistencia de electrodos a tierra 5.6 Mtodo de Cada de Potencial 5.7 Mtodo de Dos Puntos 5.8 Medicin de resistencia de mallas a tierra. 5.9 Mediciones de Mantenimiento de los sistemas de tierras. 5.10 Seguridad en la medicin de tierras 6. MATERIALES DE PUESTA A TIERRA 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 Electrodos de Puesta a Tierra Otros Electrodos Conectores Registros Conductores del Electrodo Materiales de Mallas

7. SISTEMAS DE TIERRA EN SUBESTACIONES 7.1 Generalidades 7.2 Clculo de Mallas 7.3 Detalles Constructivos 8. EJEMPLOS RESUELTOS DE SISTEMAS DE TIERRA 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 Acometida en baja tensin de un conjunto de casas Oficinas con equipos de cmputo Centro Comercial alimentado en alta tensin Planta Industrial Pequea Planta Industrial Grande con subestacin de potencia.

9. PREGUNTAS USUALES 10. BIBLIOGRAFIA 11. INDICE DE FIGURAS

TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE0. IntroduccinIndice 0.1. EL ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Los procedimientos para disear un sistema de tierras se basan en conceptos tradicionales, pero su aplicacin puede ser muy compleja. Los conceptos son ciencia, pero la aplicacin correcta es un arte, ya que cada instalacin es nica en su localizacin, tipo de suelo, y equipos a proteger. Como se puede invertir tanto dinero como se desee en un sistema de tierras, se plantearn en los siguientes captulos los puntos a observar en un diseo bsico. Con estas direcciones se resolvern la mayora de los problemas, pero en los casos complejos, es preferible consultar la bibliografa proporcionada. 0.2. DIFERENTES TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA. 0.2.1 Puesta a tierra de fuerza.Tiene la intencin de canalizar las corrientes de falla de baja frecuencia o de corriente directa para que operen las protecciones por sobrecorriente de los equipos. Tiene que ver la CORRIENTE. Se logra mediante el sistema de cables elctricos que conectan a todas las partes metlicas que pueden conducir electricidad en caso de falla. 0.2.2 Puesta a tierra de equipos elctricos.Su funcin es la proteccin de las personas. Es una funcin del VOLTAJE. Se logra uniendo todas las partes metlicas a un punto de referencia. 0.2.3 Puesta a tierra de proteccin atmosfrica.Sirve para canalizar la energa de los rayos a tierra. Es un caso de ENERGIA. Se logra con una malla igualadora de potencial conectada a tierra que cubre el area a proteger.

0.2.4 Puesta a tierra de proteccin electrosttica.Sirve para neutralizar las cargas de corriente directa producidas en los materiales dielctricos. Es una funcin de CARGAS. Se logra uniendo todas las partes metlicas y dielctricas. 0.2.5 Puesta a tierra de seales electrnicas.Para evitar la contaminacin con ruido de alta frecuencia en la seal deseada. Considera las FRECUENCIAS. Se logra mediante una jaula de Faraday o blindajes. La regla es unir todos los electrodos de los diferentes sistemas entre s, cuidando de no violar la ley siguiente: Cada sistema de tierras debe cerrar nicamente el circuito elctrico que le corresponde.





TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE1. Puesta a Tierra de Equipos ElctricosIndice Los sistemas de tierra de potencia por su importancia como medio de proteccin estn muy normalizados a nivel mundial. En nuestro pas, la norma vigente de Instalaciones Elctricas, NOM001-SEMP-1994 [1.3], contiene los requisitos mnimos de seguridad desde el punto de vista de la conduccin de corrientes de falla. En los siguientes puntos se establecer lo ms importante de dicha norma. 1.1 EQUIPOS Y CANALIZACIONES QUE DEBEN ESTAR PUESTOS A TIERRA. 1.1.1 Canalizaciones Metlicas. Deben estar aterrizadas, en general, todas las canalizaciones metlicas.

1.1.2 Equipo Fijo en General {250-42}. Bajo cualquiera de las siguientes condiciones, las partes metlicas que no conduzcan electricidad y que estn expuestas y puedan quedar energizadas, sern puestas a tierra: a) Donde el equipo est localizado a una altura menor a 2.4 m y a 1.5 m horizontalmente de objetos aterrizados y al alcance de una persona que puede hacer contacto con alguna superficie u objeto aterrizado. b) Si el equipo est en un lugar hmedo y no est aislado. c) Si el equipo est en contacto con partes metlicas. d) Si el equipo est en un lugar peligroso. e) Donde el equipo elctrico es alimentado por cables con cubierta metlica. f) Si el equipo opera con alguna terminal a ms de 150 V a tierra, excepto en: (1) Cubiertas de Interruptores automticos que no sean el interruptor principal y, que sean accesibles a personas calificadas nicamente {250-42 Exc. 1 }. (2) Estructuras metlicas de aparatos calentadores, exentos mediante permiso especial y si estn permanentemente y efectivamente aisladas de tierra {250-42 Exc. 2}.

(3) Carcazas de transformadores y capacitores de distribucin montados en postes de madera a una altura mayor de 2.4 m sobre nivel del piso {250-42 Exc. 3}. (4) Equipos protegidos por doble aislamiento y marcados de esa manera {250-42 Exc. 4}. 1.1.3 Equipo Fijo Especfico {250-43}. Todas las partes metlicas no conductoras de corriente de las siguientes clases de equipos, no importando voltajes, deben ser puestas a tierra, mediante los conductores calculados segn la Tabla 250-95 de la NOM [1.3], observando que no obstante se corran cables en paralelo por diferentes canalizaciones, el calibre de todos los cables de puesta a tierra dependen nicamente de la proteccin.

a) Armazones de Motores como se especifica en la NOM [1.3]{430142}. b) Gabinetes de controles de motores, excepto los que van unidos a equipos porttiles no aterrizados. c) Equipos elctricos de elevadores y gras.

d) Equipos elctricos en talleres mecnicos automotrices, teatros, y estudios de cine, excepto luminarios colgantes en circuitos de no ms de 150 Volts a tierra. e) Equipos de Proyeccin de cine. f) Anuncios luminosos y equipos asociados. g) Generador y motores en rganos elctricos. h) Armazones de tableros de distribucin y estructuras de soporte, exceptuando las estructuras de tableros de corriente directa aislados efectivamente. i) Equipo alimentado por circuitos de control remoto de clase 1, 2 y 3 y circuitos de sistemas contra incendios cuando la NOM [1.3] en la parte B del Articulo 250 requiera su aterrizado. j) Luminarios conforme a la NOM [1.3] en sus secciones 410-17 a 41021 . k) Bombas de agua, incluyendo las de motor submergible. l) Capacitores [1.3]{460-10}. m) Ademes metlicos de pozos con bomba submergible. 1.1.4 Equipos No Elctricos {250-44}. Las siguientes partes metlicas de equipos no elctricos sern puestas a tierra: a) Estructuras y vas de gras operadas elctricamente. b) La estructura metlica de elevadores movidos no elctricamente, a las que estn sujetos conductores elctricos. c) Los cables de acero de los elevadores elctricos. d) Partes metlicas de subestaciones de voltajes de mas de 1 KV entre conductores. e) Casas mviles y Vehculos de recreo. {550 y 551}. 1.1.5 Equipos Conectados por cordn y clavija {250-45}.

Exceptuando los aparatos doble aislados o, conectados mediante un transformador de aislamiento con secundario a no ms de 50 Volts todas las partes metlicas que puedan llegar a estar energizadas de equipos conectados mediante cordn, deben ser puestas a tierra en: a) En lugares clasificados peligrosos {500-517}. b) Cuando operan esos equipos a ms de 150 V a tierra. c) En casas habitacin: (1) refrigeradores, congeladores y, aires acondicionados; (2) lavadoras de ropa, secadoras, lavaplatos, y equipos elctricos de acuarios; (3) herramientas manuales elctricas y, (4) lmparas porttiles de mano. d) En otros lugares, no residenciales, (1) refrigeradores, congeladores, y aire acondicionados; (2) lavadoras, secadoras y maquinas lavaplatos, computadoras, y equipos elctricos de acuarios; (3) herramientas manuales porttiles (4) Los aparatos motorizados como: podadoras y limpiadoras de pisos. (5) Herramientas que se usen en ambientes hmedos o mojados o por personas que trabajan dentro de tanques metlicos; y, (6) lmparas porttiles de mano. 1.1.6 Instalaciones Provisionales Los requisitos mencionados arriba tambin deben cumplirse para todas las instalaciones provisionales {305-5}. 1.1.7 Lneas

Se debe poner a tierra toda cerca metlica que se cruce con lneas suministradoras, a uno y otro lado del cruce, a una distancia sobre el eje de la cerca no mayor a 45m {2103-6}. Las estructuras metlicas, incluyendo postes de alumbrado, las canalizaciones metlicas, los marcos, tanques y soportes del equipo de lneas,...{2201-8b} 1.2 TIPOS DE ALAMBRADOS QUE REQUIEREN UN SISTEMA ATERRIZADO. 1.2.1 Sistemas en C.D. de no ms de 300 V, a menos que suministren energa a sistemas industriales en reas limitadas y sean equipadas con un detector de tierra. O, que operen a menos de 50 V entre conductores. 1.2.2 Sistemas de C.D. en tres hilos. 1.2.3 Sistemas de c.a. cuando el voltaje a tierra est entre 50 y 150 volts. 1.2.4 Sistemas de c.a. de menos de 50 V si estn alimentados por transformadores de sistemas a mas de 150 V a tierra o de sistemas no aterrizados. 1.3 TIPOS DE ALAMBRADOS EN C.A. QUE PUEDEN NO SER ATERRIZADOS. 1.3.1 Los sistemas en c.a. de 50 a 1000 V que cumplan con los siguientes requisitos no se requiere que estn aterrizados. a) De sistemas elctricos de hornos industriales. b) De sistemas derivados que alimentan nicamente rectificadores de controles de velocidad variable. c) De sistemas separados que son alimentados por transformadores cuyo voltaje primario es de menos de 1000V, siempre que todas las condiciones siguientes se cumplan: (1) El sistema solamente se use en control. (2) Que solamente personal calificado tenga acceso a la instalacin.

(3) Que se tengan detectores de tierra en el sistema de control (4) Que se requiera continuidad del servicio. d) Sistemas aislados en hospitales y en galvanoplastia permitidos por la NOM [1.3]{517, 668}. e) Sistemas aterrizados mediante una alta impedancia que limita la corriente de falla a un valor bajo. Estos sistemas se permiten para sistemas en c.a. tres fases de 480 a 1000 V, donde las siguientes condiciones se cumplen: (1) Solamente personal calificado da servicio a las instalaciones. (2) Se requiere continuidad del servicio. (3) Se tienen detectores de tierra en el circuito. (4) No existan cargas conectadas entre lnea y neutro.

En la figura se muestran diferentes arreglos para conectar los detectores de falla a tierra.

1.4 CIRCUITOS QUE NO SE DEBEN ATERRIZAR. 1.4.1 Los circuitos de gras elctricas operando en lugares con presencia de fibras combustibles {383}. 1.4.2 Circuitos aislados propios de quirfanos de hospitales {517}

1.5 LUGAR DE PUESTA A TIERRA DEL SISTEMA. 1.5.1 En sistemas en C.D. la tierra debe estar en la estacin rectificadora nicamente. El calibre del conductor de puesta a tierra no debe ser menor que el ms grueso del sistema y nunca menor a calibre 8 AWG. 1.5.2 En sistemas de c.a. debe existir una puesta a tierra en el secundario del transformador que suministra energa al sistema.

Y, debe existir en el neutro otra puesta a tierra en la acometida a cada edificio en un punto accesible en los medios de desconexion primarios [250-24].

Los sistemas industriales en media tensin son normalmente aterrizados mediante una baja resistencia. Eso es, tpicamente se conecta una resistencia de 400 A en el neutro del transformador. Esta corriente mxima de falla no es muy daina a los equipos, pero requiere relevadores de falla a tierra (50GS) rpidos. Este conductor de puesta a tierra del sistema no debe ser menor al requerido por la Tabla 250-94 de la NOM [1.3], excepto cuando se conecta a varillas electrodos, donde el conductor no es necesario que sea mayor que calibre 6 AWG en cobre o 4 AWG en aluminio. Cuando no existan conductores de acometida, se hace el clculo sobre el calibre del conductor que requerira la carga a alimentar [1.3]{Nota 1. Tabla 250-94} Asimismo, el puente de unin principal debe ser del mismo calibre obtenido segn la misma tabla [1.3]{250-79}. Otros requisitos se encuentran resumidos en la figura 1.5 1.5.3 En un sistema derivado separado que no est conectado a un sistema de distribucin exterior, el conductor de puesta a tierra estar conectado al transformador, generador u otra fuente de energa o, al interruptor principal del sistema. 1.6 CONDUCTOR A ATERRIZARSE. En los siguientes sistemas en c.a. se conectar a tierra: 1.6.1 Una fase, dos hilos: El conductor de tierra. 1.6.2 Una fase, tres hilos: El neutro. 1.6.3 Sistemas polifsicos que tienen un hilo comn a todas las fases: El conductor comn. 1.6.4 Sistemas polifsicos que tiene una fase aterrizada: Este conductor. 1.6.5 Sistemas polifsicos en general: Solamente una fase puede estar aterrizada. Este conductor es el llamado neutro y es de color blanco. Y se recomienda usar el color gris para distinguir el neutro de otro sistema. Usualmente el de un sistema con voltaje ms alto {200-6}.

1.7 PARTES METALICAS DE EQUIPOS FIJOS CONSIDERADAS ATERRIZADAS. Se consideran aterrizados satisfactoriamente los equipos fijos, como cajas, gabinetes y conectores, cuando: 1.7.1 Estn metlicamente conectados a una pantalla aterrizada de un cable o, a un gabinete aterrizado. 1.7.2 Estn aterrizados mediante un cable desnudo o de color verde que est bien conectado a tierra. 1.7.3 El equipo en corriente directa est en contacto directo con la estructura aterrizada metlica de un edificio.

1.8 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS CONECTADOS MEDIANTE CORDON. Las partes metlicas de equipos conectados mediante cordn y que deben estar aterrizadas, se conectan de una de las siguientes maneras: 1. Por medio de un contacto "polarizado". 2. Por medio de la conexin fija del cordn a un conductor de puesta a tierra. 3. Por medio de un cable o trenza conductora, aislada o desnuda, protegida contra dao mecnico.

1.9 CONTINUIDAD ELECTRICA DEL CIRCUITO DE TIERRA. La continuidad elctrica de los equipos debe asegurarse por alguno de los siguientes mtodos: 1. Puente de unin al conductor de tierra de acuerdo con la NOM [1.3] {250-74}. 2. Mediante conexiones roscadas en tubera rgida y elctrica (EMT) Etiqueta verde -.

3. Mediante conectores no roscados que se usan como accesorios de la tubera rgida y la elctrica (EMT) - Etiqueta verde -.

4. Mediante puentes de unin a gabinetes.

1.10 CONSIDERACIONES PARA UN BUEN DISEO DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. Un sistema de puesta a tierra bien diseado, considera: 1. La conexin de la varilla de tierra. 2. Conectar a tierra el tubo conduit metlico del conductor de puesta a tierra {250-92b}. 3. Emplear las charolas y, las tuberas metlicas roscadas como conductores de puesta a tierra. 4. Usar los interruptores automticos con detector de falla a tierra en las cocheras, cocinas, y obras en construccin {210-8}, {215-9} y {305-6}. 5. El cableado del conductor de puesta a tierra junto con los cables de lneas y del neutro del mismo circuito por dentro de la misma canalizacin metlica.

TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE2. Puesta a Tierra de Equipos Elctricos en MantenimientoIndice Los equipos de naturaleza elctrica, en alta o baja tensin, cuando por razones de mantenimiento son desconectados de su alimentacin, deben conectarse a tierra antes de recibir servicio. Se debe conectar a tierra para evitar accidentes por: a) Tensiones inducidas por lneas adyacentes. b) Fenmenos inducidos por corrientes de falla en conductores o estructuras metlicas cercanas. c) Descargas atmosfricas. d) Errores humanos al energizar circuitos equivocados. e) Contactos accidentales con conductores energizados. f) Mal funcionamiento de equipos de desconexin. El caso (a) se presenta muy comnmente en lneas subterrneas de distribucin, el caso (f) en interruptores automticos de circuitos de baja tensin y el caso (d), desgraciadamente de una manera muchas veces mortal, tanto en alta como en baja tensin. Segn datos del Instituto Mexicano del Seguro Social, hay considerablemente ms casos de accidentes por contacto accidental en lneas de baja que en alta tensin. En alta tensin TODOS los circuitos de longitud mediana deben ponerse a tierra para trabajar en ellos. Inclusive, los circuitos telefnicos tambin de longitud mediana, deben conectarse a tierra para darles servicio. 2.1 RECOMENDACIONES. 1. La conexin del lado de tierra siempre debe ser la primera en conectarse despus de librado el circuito, y, luego, separando el cable del cuerpo y usando el equipo personal de seguridad, hacer la conexin a los conductores de lnea.

2. En lneas de distribucin, se deben poner tierras a ambos lados del lugar de trabajo. 3. En circuitos de control y de baja tensin, antes de conectar las "tierras", cerciorarse de que no existe voltaje en el lado de carga de los interruptores, para evitar las quemaduras de un arco expuesto a poca distancia. 4. Los cables del juego de tierras deben tener la ampacidad suficiente para soportar la corriente total de falla a tierra. La tabla siguiente muestra las corrientes posibles de conduccin de un conductor antes de su fusin. TABLA DE LA NORMA ASTM-F855-5 Clasificacin de puentes y cables de puesta a tierra CORRIENTES DE FUSION DE CONDUCTORES EN KA __________________________________________________________ A, B: Corto Circuito Simtrico 60 Hz C. D. E, F: Corriente Mxima 60 Hz Cal 2 1/0 14.5 3/0 21 4/0 36 250 KCM 350 KCM 43 54 74 25 30 39 54 74 94 120 150 47 60 70 98 33 42 49 69 23 29 35 49 15 47 30 21 14 10 29 18 13 9 A 15 ciclos B 30 ciclos C 6 ciclos D 15 ciclos E 30 ciclos F 60 ciclos

TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE3. Puesta a Tierra de Equipos ElectrnicosIndice 3.1 TRANSITORIOS E INTERFERENCIAS [4.4]. Los equipos electrnicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan transitorios o interferencias. La causa mayor de fallas de equipos electrnicos es el sobre-esfuerzo elctrico que usualmente se origina de los transitorios causados por las descargas atmosfricas, de las maniobras de interrupcin de cargas inductivas, o de descargas electrostticas. Este sobre-esfuerzo es causado por picos de voltaje con amplitudes de rango de decenas de volts a varios miles de volts y, con duracin de unas decenas de nanosegundos a unas centenas de microsegundos. Los componentes electrnicos de interconexin de datos y control en bajo voltaje son los que ms frecuentemente se daan de esa manera.

La interferencia causada por armnicas se genera en fuentes de poder de tipo conmutada de computadoras, y en variadores de frecuencia [3.9]. Pero, puede atenuarse su efecto incrementando calibres de conductores, cambiando el diseo y configuracin del transformador y, usando filtros activos. Los filtros pasivos compuestos de capacitores e inductores como protecciones, no son generalmente efectivos (excepto como proteccin de bancos de capacitores) porque la frecuencia de corte del filtro tiene que ser tan cercana a la fundamental por lo que es prcticamente imposible disear un buen filtro [4.3]. La interferencia en radiofrecuencia (RFI, por sus siglas en ingls) puede ser causada por transmisiones radiales. Sin embargo, la interferencia que es un problema es aquella esprea producida por componentes electrnicos trabajando a altas frecuencias. Tanto circuitos digitales como analgicos pueden causar dichas emisiones. Adems, la RFI puede emitirse en un ancho de banda muy grande por los mltiples subcircuitos trabajando al mismo tiempo. La mejor

manera de atacar la RFI recibida es con un buen blindaje en cables y en equipos. Y la mejor manera de acabar con la RFI es blindar el ruido directamente en su fuente. La induccin electromagntica (EMI) es ruido elctrico que se convierte en un voltaje en un sistema elctrico. Las fuentes son las mismas que generan la RFI, y se corrige con una puesta a tierra aislada. Las descargas atmosfricas siendo la fuente de interferencia y transitorios ms grande conocida, es el motivo predominante para disear un buen sistema de proteccin. 3.2 CABLES, PANTALLAS Y CANALIZACIONES [4.4]. Ningn cable enterrado, ni de potencia, es inmune a la interferencia provocada por rayos y EMI. Las corrientes provocadas por las descargas atmosfricas prefieren viajar por conductores metlicos ms que por la simple tierra, porque representan un camino de menor impedancia. Esto destruye el aislamiento. Y tambin causa una diferencia de potencial entre el blindaje y los conductores internos [3.9] que puede destruir componentes electrnicos en la conexin. Los cables y sus circuitos de conexin deben soportar los voltajes mximos causados por las diferencias de potencial que se puedan obtener entre los extremos de los cables. Cuando es muy grave el problema debido a estar conectando dos sistemas de tierra diferentes, los conductores se prefieren del tipo de fibra ptica. La otra solucin sera el interconectar esos sistemas de tierra mediante conexiones a una red perimetral adicional, para lograr el mismo potencial en ambos extremos. Los blindajes usualmente son de metal slido o una pelcula plstica metalizada con un alambre gua. Para que sea efectiva la proteccin de los cables internos contra los tipos de interferencias mencionados arriba, el blindaje debe cubrir los conductores, ser continuo entre los extremos y debe estar bien aterrizado. Todos los cables blindados provocan un problema contradictorio. Para mejorar su desempeo para bloquear la interferencia en altas frecuencias, ambos extremos del blindaje deberan estar bien aterrizados. Sin embargo, a menos que ambos extremos estn al mismo potencial, una corriente de tierra fluir a travs del blindaje entre esos puntos. De ah que, las pantallas en sistemas electrnicos son conectadas nicamente en el extremo ms cercano al equipo de control, y se dejan completas y aisladas en el otro extremo, normalmente el lado del sensor.

Similarmente una canalizacin metlica con cables que conduzcan seales lgicas o de control se puede aislar en un extremo para evitar el fenmeno de corrientes de tierra circulando por ella. Para ello, se emplea un cople de PVC y, obviamente, el otro extremo contina puesto a tierra de acuerdo con los requisitos de la NOM-001-SEMP1994 [1.3]{250-}. Para eliminar la mayora de los problemas por ruido inducido en los cables de seal y de control, se recomienda colocarlos a ms de 1.5 m de los cables de alta tensin o de gran potencia. Y cuando es necesario cruzarlos, se recomienda cruzarlos a 90 grados para eliminar cualquier induccin. Cuando existen cables de fuerza de computadoras en la misma canalizacin plstica segmentada - tipo Panduit -, es comn que no se puedan transmitir datos a muy altas velocidades por conductores paralelos a dichos cables. Pero en redes de baja velocidad se pueden emplear sin problema.

3.3 PROTECCIONES DE INSTRUMENTACION Y COMUNICACIONES. Para controlar las descargas y los fenmenos transitorios, se aaden dispositivos de proteccin a los cables que conectan los equipos de instrumentacin y de comunicaciones. Estos dispositivos desvan la corriente, bloquean la energa que viaja por los conductores, filtran ciertas frecuencias, regulan voltajes o, realizan una combinacin de todas estas tareas. Sin importar la funcin especfica, solamente unos cuantos componentes bsicos son econmicos para construir protectores, siempre y cuando se coloquen muy cercanamente al sistema a proteger, con el fin de que tanto los protectores como el equipo protegido permanezcan al mismo potencial bajo condiciones de transitorios. 1. VALVULAS DE GAS. Estos dispositivos se construyen de tal manera que la trayectoria de la descarga sea de baja impedancia una vez que se sobrepase el nivel mximo de voltaje. Como ejemplo tenemos las vlvulas de gas, como son las lmparas de nen. Esta es la clase de proteccin ms lenta pero la que puede manejar ms energa al menor costo. Los protectores telefnicos son de esta clase.

2. FILTROS Otro arreglo comn es el que emplea elementos pasivos. El que tiene capacitores e inductores en configuracin de filtros pasa-baja. Los filtros en serie emplean inductancias, y de preferencia de ncleo de aire en lugar de ferritas. Los de ncleo de aire tienen menor atenuacin, una mayor frecuencia de corte y son ms grandes. Sin embargo se prefieren porque los de ferritas cambian sus caractersticas con la magnitud y frecuencia de la corriente a disipar. Muchos equipos de comunicaciones (faxes, modems, etc.) tienen este tipo de proteccin en la conexin de potencia.

3. SEMICONDUCTORES Los dispositivos semiconductores son los arreglos ms sofisticados. Son ms rpidos y baratos pero generalmente manejan menos energa que otras alternativas de igual precio. Pero debido a su rango limitado de operacin, estos dispositivos pueden especificarse ms precisamente. Existen dispositivos electrnicos para proteger por corriente o por voltaje. Las resistencias no lineales compuestas de xidos de zinc en una matriz de xido de bismuto, llamados varistores, funcionan por voltaje y se manufacturan para manejar un mximo de energa en joules o en watt-segundos. El dispositivo se selecciona para operar a un voltaje ligeramente mayor que el mximo esperado de la fuente de voltaje. Cada varistor de xido metlico tiene un rango de corriente que tambin se especifica y, tienen una capacitancia inherente, lo cual crea algunos problemas en seales de altas frecuencias (>135 MHz). Adems, un varistor se degrada con el tiempo en operacin. La proteccin con varistores es la ms empleada actualmente, tanto en voltajes de 120 Volts c.a. como en los voltajes de 12 V C.D. de los puertos de comunicaciones. Su desventaja es que si se daan en una

descarga, los equipos quedan desprotegidos porque fallan siempre abriendo el circuito. Los diodos de tipo zener o, avalancha son dispositivos ms rpidos que los varistores pero no pueden manejar tanta energa. Y, ya que no pueden disipar energa, se les usa junto con vlvulas con gas. El diodo dispara primero y la gran energa se disipa en la vlvula de gas. El circuito de un zener consiste de una resistencia o inductancia en serie y el zener conectado en derivacin con la carga. Si el rango del zener no es excedido, este dispositivo no se degrada con el tiempo. Sin embargo, debido a su limitada capacidad de corriente, un zener sin otro medio de proteccin se daa irremediablemente.

La efectividad de estos dispositivos depende de la longitud de la conexin a tierra (chass). La ms corta es la mejor. Y, adems se debe tener precaucin en no colocar los cables de entrada junto a los protegidos, por poder existir un acoplamiento inductivo entre ellos.

4. MODOS DE PROTECCION El modo de proteccin depende de la conexin al circuito a proteger. Unidades de proteccin de modo diferencial se conectan entre lneas y, los de modo comn, entre los hilos de seal y tierra. Como mnimo, un protector en modo comn se debe colocar en cada extremo del conductor. Para cancelar el ruido inducido en modo diferencial en lneas de instrumentacin como en comunicaciones se usan pares trenzados. As, el ruido se induce igualmente en ambos conductores cancelando el efecto. Ya que los transitorios tambin son una forma de ruido, tambin se inducen en los conductores. Cables multiconductores acoplan la energa del transitorio a todos los pares del cable. Y, ya que la energa

inducida es la misma siendo un par o muchos, ms energa es disipada en un arreglo multiconductor. Cuando existen ms de 6 pares, se emplean protectores conectados en derivacin y, cuando son menos, en serie, por ser mayor la energa presente por par. Los protectores en serie consisten de filtros como tambin de supresores en derivacin. Todos los pares que no se usen de un cable multiconductor deben ser conectados a tierra y as, la energa inducida en ellos, pasar directamente a tierra.

5. APLICACION DE PROTECTORES EN PLCS Para proteger Controladores Lgicos Programables (PLCs por sus siglas en ingls), la proteccin estndar dada por varistores en derivacin es suficiente. Siempre y cuando no existan cables con seales que provengan de lugares fuera del sistema de tierras en donde est conectado el PLC. Una solucin a este ltimo caso, es emplear protectores con aislamiento galvnico en ambos extremos. Dichos protectores separan fsicamente las tierras en cada extremo y, adicionalmente aslan elctricamente la seal de ambos sistemas de tierras. Debido a los requisitos de la puesta a tierra de los equipos elctricos y debido a la presencia de tuberas metlicas en una planta, es imposible aislar galvnicamente todas las trayectorias de tierra, y esto puede crear lazos de corriente en equipos electrnicos con resultados nefastos. Si ste es el caso, es probable que uniendo las redes de tierras por medio de una red perimetral a las dos o ms redes, y empleando protectores sin separacin galvnica, y dejando la pantalla sin conectar en un extremo, se resuelva el problema. La otra solucin, es por el momento, la que sugieren los fabricantes de equipos de controles distribuidos y comunicaciones. Es emplear cables de fibra ptica del tipo sin pantalla metlica.

3.4 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS. [3.8] Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electrnicos. Estos son:

a) El convencional. b) El esquema de tierra aislada. c) Esquema de tierra aislada total. d) Esquema de malla de referencia. 1. ESQUEMA CONVENCIONAL. El esquema convencional utiliza nicamente las recomendaciones de la NOM [1.3]{250-} pero no incluye el uso de los contactos de tierra aislada de la seccin {250-74 Excepcin 4}. Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs y de PLCs, donde sus alambrados estn distribuidos en reas muy pequeas. No es recomendado para muchas instalaciones de sistemas electrnicos distribuidos, porque: a) Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierras. b) Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento. c) No es compatible con las recomendaciones de la mayora de los fabricantes de equipos electrnicos. d) No puede ser fcilmente realambrado para cumplir con esquemas de aterrizado de redes de cmputo. e) El alambrado puede ser obsoleto cuando se cambien las tarjetas y equipos por otros de una tecnologa de mayor velocidad. 2. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA Documento en ingls sobre Tierras Aisladas por Liebert Corporation. Traduccin. Este esquema es el ms socorrido en la industria y por la mayora de los proveedores de equipos electrnicos. En esta configuracin se tiene una tierra relativamente libre de ruido e interferencia para la referencia lgica de los aparatos y, es complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras de potencia. Pero, tiene las siguientes limitaciones: a) En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra es demasiado alta para servir de buena conexin. b) El acoplamiento de las tierras dentro de los aparatos puede causar lazos de corriente, resultando en ruidos electrnicos. Un arreglo de este esquema es hacer un anillo de tierras alrededor de los pisos de un edificio o un cuarto de cmputo. Y de este anillo se

hacen varias conexiones al sistema perimetral de tierras, siempre que tengan las mismas longitudes y estn acomodadas simtricamente. Y a este sistema interno se conectan los equipos. 3. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL Este esquema consiste en conectar todos los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuracin de estrella a partir de un solo punto fsico, el cual es un cabezal o placa de conexin -Existen fabricantes de ellas-, el o la cual a su vez est conectada mediante un conductor apropiado a la red general de tierras. Ver figura 3.4b. Sin embargo, tambin tiene sus limitaciones: a) Esta configuracin puede ser difcil de crear en un ambiente industrial. b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o, se pueden tener lazos de corrientes. c) Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta, que en trminos prcticos, la puesta a tierra sea ineficaz. Este problema es posible que no se tenga en la mayora de equipos industriales, porque no emplean muy altas frecuencias 4. ESQUEMA DE MALLA DE REFERENCIA. La figura 3.4c muestra esta configuracin para una sala de cmputo, con piso celular. Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metlicas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias como se observa en la grfica de la fig. 3.4d. Sus limitantes son: a) Muchos fabricantes de equipos electrnicos industriales no estn de acuerdo con su empleo. b) En ambientes industriales, es difcil su implementacin. No importa cual de los tres ltimos mtodos se emplee para la puesta a tierra de los equipos electrnicos, la trayectoria es crucial. No

coloque puentes de unin a travs de otro equipo. Siempre conecte a tierra cada aparato por separado. Los equipos en racks deben conectarse a tierra no obstante se supondra que los perfiles del rack los pondran a tierra, lo que no siempre es real porque existen problemas de pintura y de montaje. Para ellos, es mejor la conexin mediante un solo cable y, la punta sobrante conectarla al sistema interno de tierras ya descrito. Este cable es mejor que sea aislado para que no cortocircuite otros cables que puedan aterrizar el equipo. El aterrizado de blindajes y el de cables de seal deben ser parte integral del diseo de sistemas de tierras. Donde sea posible aislar galvnicamente los cables de las seales, se prefiere el mismo punto de aterrizamiento de los equipos para todas las pantallas de los cables de seal. Y este punto, aunque tenga sus propios electrodos, debe ser aterrizado al sistema de tierras de potencia, de acuerdo con las normas NOM-001-SEMP-1994 [1.3] {80040b}, {820-40d}, {2103-36c} 3.5 DIAGRAMAS DE CONEXION ELECTRICA A SISTEMAS DE COMPUTADORAS Las figuras siguientes muestran distintos arreglos para conectar sistemas de computadoras cuyo suministro es a travs de sistemas de energa ininterrumpida, segn las normas vigentes [1.3], [1.4].

TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE4. Proteccin contra Descargas Atmosfricas y ElectrostticasIndice 4.1 DESCARGAS ATMOSFERICAS [4.4]. La descarga atmosfrica conocida como rayo, es la igualacin violenta de cargas de un campo elctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes. Y es consecuencia de un rompimiento dielctrico atmosfrico. Este rompimiento una vez iniciado, avanza en zigzag a razn de unos 50 metros por microsegundo con descansos de 50 microsegundos. Una vez que el rompimiento cre una columna de plasma en el aire, la descarga elctrica surgir inmediatamente dentro de un hemisferio de unos 50 m de radio del punto de potencial ms alto. Y, cualquier objeto puede ser el foco de esta descarga hacia arriba de partculas positivas, an desde una parte metlica debajo de una torre.

La figura muestra el caso ms comn: un rayo producido por una nube cargada negativamente contra tierra segn el modelo de Hasbrouk [4.2]. Las descargas atmosfricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas elctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. A consecuencia de ello, pueden circular grandes corrientes en las canalizaciones metlicas, y entre conductores que conectan dos zonas aisladas. An sin la descarga, una nube cargada crea diferencias de potencial en la tierra directamente debajo de ella. El campo elctrico debajo de una nube de tormenta es generalmente considerado entre 10,000 y 30,000 V/m. Y una nube de tormenta promedio puede contener unos 140 MWh de energa con voltajes hasta de 100 Mv. Y la carga en movimiento intranube es de unos 40 Coulombs. Esta energa es la que se disipa mediante los rayos, con corrientes pico que van de unos cuantos kiloamperes a unos 200 kA con un percentil (50) de 20 kA, de acuerdo con los datos del Sr. R. B. Bent [4.7]. Algunas particularidades aumentan la probabilidad de la cada de rayos en un lugar. Por ejemplo, la frecuencia de descargas en un lugar es proporcional al cuadrado de la altura sobre el terreno circundante. Esto hace que las estructuras aisladas sean particularmente vulnerables. Adems, las puntas agudas incrementan tambin la probabilidad de una descarga. Los rayos son seales elctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello, son causa de interferencia en sistemas electrnicos. Son de alta frecuencia por la elevada razn de cambio de la seal, de aproximadamente 1 us. Por ello, para dirigir a tierra las descargas atmosfricas se requiere de las tcnicas para seales en altas frecuencias. La inductancia de los conductores de cobre usados para tierras es de aproximadamente de 1.64 uH/m. A la frecuencia equivalente de los rayos, la impedancia debida a la inductancia es muchas veces mayor que la impedancia debida a la resistencia del conductor. Por lo que, para los rayos, los conductores que sean ms largos de 10 m tienen una impedancia en trminos prcticos infinita, lo que impide que conduzcan la corriente [4.5]. Adems, estas seales de alta frecuencia no seguirn nunca una vuelta muy cerrada del conductor, porque cada doblez incrementa la reactancia inductiva. De ah, que todos los cables de conexin a tierra de pararrayos deben tener curvas generosas en lugar de esquinas cerradas. Por ello, en conclusin se recomiendan

curvas con radio de unos 20 cm, y conductores mltiples conectados en paralelo a tierra. Como los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia, es bsico que la impedancia a tierra sea baja para la descarga, ya que todas las partes del sistema conectadas a tierra, elevarn y bajarn su potencial con respecto de tierra al tiempo de la descarga. Como ejemplo una malla de 30 x 30 m con 36 cuadrados, de cable de 0.5 cm tiene una inductancia de 400e-7 H, lo que dar una impedancia de 25 ohms bajo una onda triangular con tiempo de pico de 1.2 us. [4.8]. 4.2 SISTEMAS DE PARARRAYOS [4.4]. La proteccin de estructuras es ms tolerante que una proteccin electrnica. As, un edificio puede tolerar hasta 100,000 V mientras que componentes electrnicos a 24 V se daarn con voltajes sostenidos de 48 volts! Un sistema de proteccin contra descargas, llamado de pararrayos, consiste en tres componentes bsicos. El componente principal es la terminal area o protector que intercepta la descarga. Siguiente, un sistema de cables conductores que transfiere la energa de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia. Y finalmente, esta energa es disipada en un sistema de terminales (electrodos) en tierra. Como la tierra no tiene una resistividad uniforme en todos los puntos, dentro de un mismo predio puede existir un potencial entre dos placas de metal enterradas. Por eso, en un sistema de electrodos mltiples conectados entre s, a manera de malla, existe la probabilidad de que exista una diferencia de potencial entre algunos de sus puntos aterrizados. El problema de diferencia de potenciales entre electrodos se complica an ms cuando una nube cargada pasa por encima de la malla. Adems, una descarga elctrica que caiga cerca, causar grandes corrientes en la tierra para restablecer el equilibrio de cargas. Al fluir esta corriente por tierra, causar una diferencia de potencial entre los diferentes electrodos y esta diferencia de potencial, a su vez, causar que fluya corriente por los conductores de la malla. Es conocido que un campo magntico se crea cada vez que existe un rayo, no importando si es a tierra o entre nubes. Este campo induce una corriente en cualquier conductor en la vecindad del rayo. Si existen electrodos al final de ese conductor, fluir por tierra la corriente cerrando el circuito. Por ejemplo, un oleoducto puede

transmitir la corriente de una descarga a una gran distancia del punto donde la descarga tuvo lugar. Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un sistema deber ser diseado tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del rea en cuestin. Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energa puede ser desviada en una forma controlada. El intentar proteger contra descargas directas puede ser excesivamente caro. < estructura. la por azar al trayectoria una elegir permitirle que mas rayo del energa toda para tierra a impedancia baja de proveer deben pararrayos> Cuando la energa de un rayo viaja a travs de una trayectoria de gran impedancia, el dao causado puede ser grave por el calor y las fuerzas mecnicas que se crean [4.1]. Desde 1970 se emplea el mtodo de la esfera giratoria

para calcular la zona o cono de proteccin de los pararrayos [4.1]. El equipo dentro de la zona de proteccin debe ser conectado a la misma red de tierras para que no exista una diferencia de potencial entre puntos en el sistema. Sin embargo, aparatos conectados a lneas que salen del rea de mismo potencial pueden daarse de no tener las protecciones mencionadas en el captulo sobre equipos electrnicos. 4.3 PROTECCION DE ESTRUCTURAS Y EDIFICIOS [4.4]. El sistema ms sencillo y ms antiguo de pararrayos, es el que consiste en terminales areas de cobre o bronce terminadas en punta, llamadas puntas Franklin, colocadas sobre las estructuras a proteger de los rayos. Estas terminales deben estar por lo menos 25 cm - las ms pequeas miden 30 cm - sobre la estructura [4.1] y, cuando esta altura mnima se emplea, la distancia entre ellas debe ser como

mximo de 6 m. Por lo menos debe haber dos trayectorias a tierra por cada terminal area para asegurarnos de una buena conexin. Y, los conductores de bajada que son huecos, y de por lo menos de calibre 2 AWG en cobre (De 28, 29, 32 y 120 hilos) deben estar cuando ms a 30 m de separados entre s. Y, la NOM [1.3] dice que cualquier parte metlica no conductora de corriente a una distancia menor de 1.8 m del cable de los pararrayos debe tener puentes de unin a ste para igualar potenciales y prevenir arqueos {250-46}. En estructuras de ms de 18 m de altura, el sistema de tierras de proteccin contra rayos es ms efectivo cuando se conecta a un anillo de tierra. Otro tipo de sistema de pararrayos, es el de tipo de caja de Faraday que consiste en acomodar conductores cruzados sobre la estructura a proteger. Estos protegen como una caja de Faraday limitada. Para hacer ms efectiva la proteccin, se usan puntas del tipo Franklin o del tipo "paraguas" (patentadas)

sobre y a los lados de la construccin, y todo ese conjunto es conectado a cables mltiples de bajada, que a su vez se conectan al sistema de tierras perimetral del edificio. Se debe hacer notar que los edificios modernos con estructura de acero con varillas embebidas en concreto se acercan al concepto de la jaula de Faraday. Y el riesgo de que un rayo que penetre en un edificio es extremadamente pequeo [4.6]. Aunque se debe notar que los rieles de los elevadores no deben ser usados como el conductor de bajada de los pararrayos, aunque el NEC permite que se unan al sistema de pararrayos [1.4] {620-37b}.

De acuerdo con la norma NFPA-780 href="pe91biblio.html#[4.1]">[4.1], el sistema de electrodos para la proteccin contra descargas atmosfricas depende de las condiciones del suelo. De ah que, para estructuras ordinarias en:

Arcilla Profunda y Hmeda.- Una simple varilla de 3 m es suficiente. Suelo arenoso.- Se requieren dos o ms varillas espaciadas ms de 3 m. Suelo con tierra poco profunda.- Se emplean trincheras radiales al edificio de 5 m de largo y 60 cm de ancho en arcilla. Si la roca est ms superficial, el conductor podra colocarse sobre la roca. Rocas.- En un suelo muy poco profundo, un cable en anillo se instala en una trinchera alrededor de la estructura. Para mejorar an el contacto, es posible colocar placas de al menos 2 pies2.

4.4 PROTECCION DE TORRES DE COMUNICACION [4.4] Variaciones considerables existen en la forma de como proteger una torre. Una manera es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ah un conductor de cobre por toda la longitud de la torre. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto, se corroe el acero - 0.38 Volts de la celda galvnica - y, la inductancia del cable tan largo crea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a tierra. Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte superior y conectores adecuados para su conexin al acero estructural. Note que cuando se usan arreglos de puntas sobre antenas de radio, el plano de tierra cambia, por lo que el patrn de emisin radial cambia tambin y el arreglo puede evitar la recepcin en ciertas zonas. Si un rayo toca una torre, la torre conducir la mayora de la corriente a tierra. La corriente remanente ser conducida por las retenidas, alambrado de las luces de alerta y por el cable coaxial. La NOM [1.3]{800-13} dice "cuando sea factible, se debe mantener una separacin de por lo menos 180 cm entre los conductores visibles de sistemas de comunicacin y los conductores de pararrayos". Incrementando la distancia entre la torre y el edificio del transmisor y usando blindajes tipo Faraday se puede reducir el impacto de la descarga en el equipo. La entrada del cable al edificio debe ser a travs de un cabezal de tierras. La conexin a este cabezal debe ser por lo menos de rea igual

a la seccin transversal de los cables coaxiales. Una trenza de 3 a 6 pulgadas de ancho es usualmente empleada en este uso. Las conexiones a tierra del cable coaxial se colocan en los cables de la antena a una altura de 50m

y a cada 30 m hacia arriba despus de esa altura. Otra conexin va en la base de la torre y la otra en el cabezal de tierras. La altura de 50 m es crtica debida al hemisferio de descarga del rayo ya mencionado. Adems, es preferible colocar el cable de seal por dentro de la estructura metlica de la torre para reducir la corriente en su blindaje. Las luces de alerta solamente requieren de supresores de picos en las lneas de conexin elctrica, los que tambin se deben aterrizar en el cabezal. Para disipar rpidamente la energa de los rayos que pegan en las torres,y con ello, elevar menos el potencial de tierra del sistema, se acostumbra colocar radialmente conductores enterrados con varillas verticales. Estas radiales pueden ser menores de 30 m si el suelo es adecuado y los electrodos son efectivos. La NOM [1.3] menciona que el conductor de puesta a tierra de tanto las estructuras como de la proteccin no debe ser menor a 5.260 mm2 (10 AWG) en cobre {810-21h} y, que cuando se usen electrodos separados debe existir un puente de unin no menor a 13.30 mm2 (6 AWG) en cobre entre el sistema de puesta a tierra de la antena y el de fuerza {810-21j}. 4.5 PROTECCION DE LINEAS AEREAS La proteccin de lneas areas de distribucin se logra por medio de un hilo de guarda y, mediante apartarrayos en las lneas vivas. El primer mtodo es aceptable en donde el terreno por donde pasa la lnea tiene

un baja resistividad y, el segundo mtodo, en terrenos donde se tienen resistencia a tierras de electrodos de 25 a 250 ohms. La NOM [1.3] {280-24} observa que el conductor de puesta a tierra directa del apartarrayos de un sistema de distribucin, podr interconectarse al neutro del secundario siempre y cuando ste ltimo tenga una conexin a una tubera subterrnea de agua, o, siempre y cuando sea un sistema secundario multiaterrizado. Y, que los conductores de puesta a tierra no se llevarn en cubiertas metlicas a menos de que se conecten a stas en sus dos extremos {280-25}, o, deben estar fijos a la superficie del poste o estar protegidos por una guarda no metlica de por lo menos 2.5m de altura {2103-13}. 4.6 PROTECCION DE TANQUES [4.4]. Ciertos tanques estn autoprotegidos contra rayos. Como ejemplo, un tanque que es elctricamente continuo y de por lo menos 3/16" de grueso no puede ser daado por las descargas directas. Pero, el tanque debe estar sellado contra el escape de vapores que puedan incendiarse [4.1]. Los tanques se aterrizan para alejar la energa de una descarga directa as como para evitar las cargas electrostticas. Esto puede lograrse de cuatro maneras. La ms simple es conectarlos a sistemas de tuberas que no tengan uniones aisladas. El segundo mtodo requiere que los tanques de hasta 6m de dimetro se sienten en la tierra o en concreto, y en asfalto los tanques de hasta 15 m de dimetro. El tercer mtodo consiste en conectar un mnimo de 2 electrodos espaciados no ms de 30m entre ellos radialmente al tanque. Y, por ltimo, el mtodo ms novedoso es el de emplear el acero de refuerzo del muro de contenimiento de derrames. Ver en el captulo de Materiales, los electrodos empotrados en concreto. Para evitar las descargas electrostticas que pudieran poner en peligro las instalaciones en el caso del almacenaje en tanques de productos inflamables, las normas especifican la instalacin de por lo menos un cable flexible con conexin al mismo sistema de tierras del tanque, con conector de tipo pinza para igualar potenciales de todos los vehculos que carguen o descarguen producto al o del tanque. Los tanques y tuberas de fibra de vidrio o de material plstico presentan problemas serios porque estos materiales no son conductores. Sin embargo estos materiales son muy susceptibles de presentar problemas debido a la electroesttica y, por ello, sus vlvulas y accesorios metlicos en caso de conducir un fluido no conductor de electricidad, deben ser puestos a tierra para drenar

cualquier carga. En caso de ser necesario, un electrodo suspendido dentro del tanque y conectado a la red de tierras perimetral drenar cualquier carga interna. Es importante observar que ciertos fluidos que se descargan libremente dentro de tanques crean cargas electrostticas grandes, por lo que lo adecuado es colocar la descarga debajo del nivel del lquido. 4.7 ELECTROSTATICA Las cargas electrostticas se crean en lquidos o polvos que tienen una rigidez dielctrica elevada, y pueden llegar a ser de varios kilovolts de magnitud. 4.8 MEDIDAS CONTRA LA ELECTROSTATICA. En el caso de manejo de productos en polvo a granel, se especifica conectar todas las partes metlicas entre s, para lo cual se utilizan cables multihilos de temple suave o trenzas metlicas desnudas. Estos conductores permiten el movimiento entre las diferentes partes, as como no interfieren con las lecturas de instrumentos como celdas de carga. El calibre es importante desde el punto de vista de rigidez mecnica, no de capacidad de corriente. El sistema de uniones metlicas entre los distintos componentes puede hacerse en conjunto con el diseo del sistema de tierras de potencia, para evitar cables en paralelo, y tener los adecuados. Cuando esta puesta a tierra no es suficiente para evitar la acumulacin de cargas electrostticas, en la industria se emplean los siguientes mecanismos que igualan o disminuyen la creacin de potenciales de naturaleza electrosttica. 1. Cepillos de alambre muy delgado de bronce. 2. Ionizadores de aire. Tienen forma de can de aire, barra, barrera de aire, etc. Trabajan con una fuente de C.D. de 5000 a 8000 Volts.

Ejemplo: en materiales laminados plsticos. 3. Barbas metlicas en contacto con el material.

Ejemplo: cartoncillo impreso. 4. Humidificadores. Ejemplo: en el manejo de fibras textiles sintticas, y de harinas de maz.

TEORIA Y DISEO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE5. Mediciones de TierrasIndice 5.1 LA TIERRA Y LA RESISTIVIDAD [4.4]. El factor ms importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en s, sino la resistividad del suelo mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40-500 ohm-m por lo que una varilla enterrada 3 m tendr una resistencia a tierra de 15 a 200 ohms respectivamente. En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o ms alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra baja con una sola varilla es virtualmente imposible. No tan slo es importante el tipo de suelo, la resistividad de la tierra tambin vara con el contenido de humedad. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos. El terreno obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla tpica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos. La capa superior puede ser ms conductora si existe suficiente humedad durante todo el ao, pero tambin puede ser lo contrario. 5.2 MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO.

La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad de la roca, as como para encontrar los puntos ptimos para localizar la red de tierras de una subestacin, planta generadora o transmisora en radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado de corrosin de tuberas subterrneas. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosin. En este punto es necesario aclarar que la medicin de la resistividad del terreno, no es un requisito para obtener la resistencia de los electrodos a tierra, que es lo que est normalizado. Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrmetro o Megger de tierras de cuatro terminales con sus cuatro puntas enterradas la misma distancia, y espaciadas la misma longitud en linea recta.

Megger de Cuatro Terminales.

Cortesa AVO International.

En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarroll la teora de este mtodo de prueba. El Doctor encontr que, si la distancia enterrada (B) es pequea comparada con la distancia de separacin entre electrodos (A), la siguiente formula se puede aplicar: p = 2 * PI * A * R donde p : Resistividad promedio a la profundidad (A) en ohm-m PI : 3.1415926 A : Distancia entre electrodos en metros. R : Lectura del terrmetro en ohms. NOTA: Se recomienda usar una relacin de A = 20B [5.1]. Como ejemplo, si la distancia entre electrodos A es de 3 metros, B es 0.15 m y la lectura del instrumento es de 0.43 ohms, la resistividad del terreno a una profundidad de 3 metros, que es la longitud especificada en la NOM [1.3] {250-81a}, es de 8.10 ohms-m.

5.3 DATOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO DE LA CIUDAD DE LEON, GTO. AREA DEL CERRO DE LAS HILAMAS (Rocoso) 220 ohms-m AREA DE LA COLONIA PARQUE MANZANARES (Arenoso) 14 ohms-m AREA DE LA ESTACION DEL FERROCARRIL (Arcillas) 8 ohms-m AREA DEL TECNOLOGICO DE LEON (Arcillas) 7 ohm-m AREA DEL PARQUE HIDALGO (Antiguo ojo de agua) 3 ohms-m 5.4 VALORES ACEPTABLES DE RESISTENCIA A TIERRA. La norma oficial mexicana [1.3] establece que la resistencia de un solo electrodo "no debe ser mayor de 25 ohms... con acometidas en baja tensin. En las condiciones ms desfavorables (poca de estiaje)" {250-84}. Asimismo, la misma norma requiere para "las bajadas de los pararrayos un valor recomendable ... de 10 ohms" {250-84}. Para subestaciones, la NOM [1.3] menciona "La resistencia elctrica total del sistema de tierra debe conservarse en un valor (incluyendo todos los elementos que forman el sistema) menor a 25 ohms para subestaciones hasta 250 KVA y 34.5 KV, 10 ohms en subestaciones mayores de 250 KVA y hasta 34.5 KV y de 5 ohms en subestaciones que operen con tensiones mayores a 34.5 KV" {2403-2c}. 5.5 MEDICIONES DE RESISTENCIA DE ELECTRODOS A TIERRA. La medicin de resistencia a tierra de electrodos es una tcnica que requiere conocer aparte del mtodo de medicin, algunos factores que afectan los resultados de las mediciones, y que son: 1. El tipo de prueba. 2. El tipo de aparato empleado. 3. El lugar fsico de las puntas de prueba 5.5.1. TIPO DE PRUEBA Existen dos tipos de pruebas fundamentalmente. Las dems son variaciones de stas. Aunque muy parecidas, los resultados de las mediciones no son exactamente los mismos.

Los mtodos son: a. b. Mtodo de cada de potencial. Llamado tambin: Tres Puntos, 62%, etc. Unico reconocido en la NOM-001-SEMP-1994 [1.3]{Parte 5, Cap. 24}. c. Mtodo Directo. Tambin conocido como: Dos Puntos. Los mtodos se explican en los puntos 5.6 y 5.7, respectivamente. 5.5.2. TIPO DE APARATO. No todos los aparatos de medicin de resistencia a tierra trabajan de la misma manera. Existen diferencias muy marcadas en el tipo de corriente empleada. A manera de ilustrar estas diferencias, los aparatos ms utilizados en nuestro medio son el Vibroground y el Megger de tierras. Ambos emplean corriente alterna para la medicin pero el primero a una frecuencia de 25 Hz, el ltimo a 133 Hz. Y los voltajes en circuito abierto son respectivamente de 120 y 22 Volts. Cuando se calibran estos instrumentos contra resistencias patrn, ambos dan la misma lectura. En campo, las lecturas pueden variar por la impedancia del terreno a esas distintas frecuencias. En el mercado existen aparatos de medicin de tipo gancho, los cuales tienen dos mayores limitaciones.

Cortesa AEMC.

La primera es que dependen de que las conexiones del sistema de tierras estn bien hechas para obtener buenos resultados, porque cualquier resistencia en serie afecta la lectura y, la segunda es que en electrodos de mallas industriales donde por induccin electromagntica se pueden obtener ms de 2 Amperes en los conductores de puesta a tierra, el aparato no puede ser usado. Por otra parte, este tipo de aparato es muy til donde se toman lecturas con

frecuencia a los sistemas de tierras frecuentemente, ya que puede ser empleado en lugares donde se requiere tomar lecturas con los equipos energizados permanentemente. 5.5.3. LUGAR FISICO Las varillas electrodos de los instrumentos de medicin pueden ser colocadas en todas direcciones como a una infinidad de distancias entre ellas. Aunque es el mismo punto de medida, las lecturas no son idnticas; a veces ni en terrenos vrgenes debido a la presencia de corrientes de agua o de capas de distinta resistividad. En los terrenos industriales es an mayor la diferencia debido a la presencia de objetos metlicos enterrados como tuberas, varillas de construccin, rieles, canalizaciones elctricas, etc.

5.6 MEDICION DE RESISTENCIA DE UN ELECTRODO POR METODO DE CAIDA DE POTENCIAL [5.3]. La mayora de los instrumentos empleados en la medicin de resistencia a tierra, se basan en el mtodo de cada de potencial. Y si es aplicado correctamente da los resultados ms confiables [5.3]. El mtodo se aplica para medir la resistencia de un electrodo (C1/P1) enterrado en (0), con respecto a la tierra circundante. Y, esto se realiza colocando puntas de prueba auxiliares (C2 y P2) a distancias predeterminadas del electrodo bajo prueba. La figura muestra el arreglo de las varillas.

Una corriente que se genera en el instrumento, se inyecta por C1/P1 y se hace regresar por el electrodo auxiliar de corriente (C2). Al pasar la corriente por la tierra, una cada de voltaje existir entre C1/P1 y el electrodo auxiliar de potencial (P2). Dentro del aparato se calcula la resistencia por medio de la ley de ohm. R=V/I donde R = Resistencia a tierra V = Voltaje ledo entre el electrodo C1/P1 y el P2. I = Corriente de prueba inyectada por el instrumento. El mtodo requiere que por lo menos exista un espaciamiento entre C1/P1 y C2 de 15 m, y que se grafiquen los valores de resistencia obtenidos contra la distancia de 0 a P2. La grfica mostrara un incremento gradual de resistencia a tierra mientras P2 est en la zona cercana a 0. Cuando P2 sale de esa zona pero no ha entrado en la zona de C2, la grfica mostrar una meseta en los valores. Este aplanamiento obtenido se ha demostrado tericamente que se logra cuando P2 est localizado al 62% de la distancia entre 0 y C2. Esta es la razn por la que tambin se le llama a este mtodo el "de 62%". Pruebas realizadas por el Sr. Michaels [5.3] demuestran que la variacin de las lecturas obtenidas al 50% y al 70% de la distancia es menor al 5%, que es la precisin de la mayora de los instrumentos ms comunes. De ah que las lecturas que se toman al 60% pueden dar una medida promedio aceptable de la resistencia a tierra del electrodo. Sin embargo, este mtodo tiene la limitante de que depende en gran medida de enterrar los electrodos en una zona alejada de objetos conductores como se mencion prrafos arriba. Por lo que para cumplir con la NOM [1.3], la que textualmente dice "Si la curva no presenta un tramo paralelo, quiere decir que la distancia escogida no es suficiente" {Parte 5 Cap 24}, se requiere de los artificios mencionados a continuacin. En un caso tpico al medir la resistencia de un electrodo se encontr que a 30m, la grfica mostraba un ligero ascenso en el valor, pero constante a todo lo largo, por lo que la medicin no era vlida. De acuerdo con los fabricantes de instrumentos, esta medicin deba hacerse a mayor distancia, por lo que se efecto a 60m con los

mismos resultados porque en paralelo exista una tubera que cortocircuitaba entre 0 y C2, por lo que la solucin no fue incrementar la distancia, sino, tomar las lecturas perpendicularmente. En otros casos, la localizacin de los electrodos en lnea recta es imposible por la falta de espacio u otros factores. Pero, en el artculo [5.3] de donde se tomaron las figuras 5.6 se demuestra que colocando el electrodo de prueba P en ngulos hasta de 90 grados da lecturas consistentes con las que se obtendran en lnea recta, aunque en la grfica los valores de resistencia despus de distancias mayores al 70% no suben con igual rapidez, debido a la lejana del electrodo C2. Ver dichas figuras. 5.7 MEDICION DE UN ELECTRODO POR METODO DE DOS PUNTOS. Este mtodo involucra nicamente el electrodo bajo prueba y un punto

de referencia, presumiblemente en buen contacto con la tierra y, por ello con valor cercano de resistencia a tierra de cero ohms. De ah que el valor obtenido es aproximadamente la resistencia a tierra del sistema pequeo ms la resistencia de los cables de prueba. La limitacin esta en la eleccin del punto de referencia puesto que en muchos casos las tuberas aparentemente metlicas en toda su extensin, tienen partes de PVC.

5.8 MEDICION DE RESISTENCIA DE MALLAS A TIERRA. Por lo general, para medir mallas a tierra se emplea el mtodo de cada de potencial mencionado arriba, con la salvedad que los electrodos deben ser colocados a mayor distancia. Una regla prctica

es comenzar con una distancia del electrodo C al electrodo bajo prueba igual a la longitud de la diagonal mayor de la malla, o su equivalente en sistemas de rea no rectangular. En el caso de los grandes sistemas de electrodos o mallas a tierra esta regla requiere de cables muy largos para conectar las puntas de potencial y de corriente.

Existe la siguiente variacin al mtodo de cada de potencial para que con los cables de la longitud calculada por la regla mencionada arriba, sea posible medir la resistencia a tierra de la malla [5.1]. 5.8.1. METODO DE LA PENDIENTE. [5.4] Este mtodo se emplea tambin cuando el suelo no es homogneo. Procedimiento: 1. Elija una varilla externa de la malla para conectar de ah radialmente el aparato. 2. A una distancia C de por lo menos 2 veces la distancia diagonal de la malla, clave el electrodo de corriente. 3. A distancias 0.2C, 0.4C, 0.6C clave los electrodos de potencial. 4. Tome las lecturas de resistencia de cada electrodo de potencial. Respectivamente esos valores son R1, R2, R3. 5. Calcule el valor de 6. En donde representa el cambio de pendiente en la grfica de resistencia a tierra contra distancia. Importante: Si es mayor a 1.6, la distancia C debe incrementarse.

7. Encuentre el valor de Dp/C con el valor de . 8. 9. Para 0.4

diseÑo de sistemas de tierras segun las normas nom e ieee

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