sistema de puesta a tierra, (ica-procobre, may. 2016)
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SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
M en C. Salvador Chávez Negrete
Mayo de 2016
Acerca de la International Copper Association
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Promueve el uso y consumo de aplicaciones de cobre mediante una
adecuada gestión de información.
Acerca de la International Copper Association
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Cables Eléctricos
Tuberías de Cobre
Calentadores Solares
Motores y Transformadores
Eficiencia Energética
El Cobre en la Salud
Normalización y Regulación
Información de Mercado
Comunicación
Entrenamiento o Capacitación
Organismos Públicos y Privados
Ingenieros
Técnicos
Usuarios Finales
Frentes
Público
Campañas
Contenido
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• Introducción
• El sistema de puesta a tierra
• Modelado del sistema
• Riesgo de descarga eléctrica
• Estudios Realizados
• Conclusiones
Esta presentación fue elaborada por Soluciones Integrales en Alta Tecnología en colaboración con Procobre Centro
Mexicano de Promoción del cobre A.C. con el propósito de difundir y diseminar diferentes aspectos relacionados con
ventajas y beneficios para quienes adopten o implementen las recomendaciones aquí expuestas. Ha sido preparado y
revisado por personas conocedoras del tema, sin embargo, el Centro Mexicano de Promoción del Cobre y otros
organismos participantes no se responsabilizan de su aplicación ni de la profundidad en relación al contenido aquí
expuesto, ni por cualquier daño directo, incidental o consecuencial que pueda derivarse del uso de la información o de
los datos aquí contenidos.
Introducción
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El sistema de puesta a tierra es parte de la instalación eléctrica y como
cualquier otro componente de esta tiene una función, en este caso, un
elemento de seguridad al usuario.
• Limita el nivel de potencial al que pudieran estar expuestos los seres
vivos en condición de falla.
• Proporciona plataforma equipotencial sobre la que opera equipo
eléctrico/electrónico.
• Proporciona trayectoria predeterminada de corriente de retorno a la
fuente en caso de falla de aislamiento.
El sistema de puesta a tierra es protección al
usuario de aparatos eléctricos.
Introducción
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El terreno (tierra)
• Su potencial eléctrico (voltaje) se considera cero, se utiliza como
referencia.
• Por causas naturales o artificiales pueden aparecer en forma temporal
cargas o corrientes eléctricas en ciertas zonas de la tierra comparadas
con otras, generan potencial eléctrico que puede ser peligroso.
• Esos potenciales eléctricos distintos son la causa de la puesta a tierra.
Introducción
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El electrodo de puesta a tierra permite tener el potencial del terreno en la
carcasa de los aparatos eléctricos.
Las paredes, lozas, pisos, toman
el potencial (voltaje) del terreno.
Electrodo
El sistema de puesta a tierra
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El sistema de puesta a tierra es parte de la instalación eléctrica* es uno
de los elementos de seguridad al usuario de la energía eléctrica, de la
instalación y del inmueble que lo contiene.
Las funciones principales de la puesta a tierra son:
• Mantener elementos metálicos no portadores de corriente a la tensión
del terreno.
• Proporcionar trayectoria a corrientes de falla.
• Disipar en el terreno la energía de cargas electrostáticas.
* Se permite que algunas instalaciones no tengan sistema de puesta a
tierra, ver la norma NOM-001-SEDE-2012 (para México).
El sistema de puesta a tierra
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Razones de puesta a tierra:
• Marco normativo: Para protección de personas y otros seres vivos,
mantiene equipos, cubiertas y gabinetes metálicos a un mismo
potencial.
• Operación de equipo eléctrico: Es la referencia en tensión para
diferentes equipos y sistemas.
Componentes básicos:
• El terreno.
• Electrodo de puesta a tierra.
• Conductor de electrodo.
• Conductor de puesta a tierra.
• Equipo o sistema puesto a tierra.
El sistema de puesta a tierra
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Marco normativo
Ley del servicio Público de energía eléctrica
Artículo 28:
“ ... las instalaciones eléctricas deberán satisfacer los requisitos técnicos
y de seguridad que fijen las Normas Oficiales Mexicanas...”
Reglamento de la ley del Servicio Público de energía eléctrica
Artículo 35.- El suministrador suspenderá el suministro, cuando...
III.- Las instalaciones del usuario no cumplan con las normas oficiales
mexicanas.
NOM-001-SEDE-2012
4.1.2.2 Protección contra falla (protección contra contacto indirecto)
NOTA: En relación con la protección contra los contactos indirectos, la
aplicación del método de conexión de puesta a tierra, constituye un
principio fundamental de seguridad.
El sistema de puesta a tierra
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Marco normativo
Aplicando la norma NOM-022-
STPS-2015 para protección
contra descarga atmosférica.
El sistema de puesta a tierra
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Marco normativo
Es recomendable que las instalaciones eléctricas se prueben e
inspeccionen periódicamente (4.4.2 de la NOM-001-SEDE-2016).
Elementos del sistema de tierra
con degradación por corrosión.
Es necesaria la revisión y
mantenimiento periódico.
Bajo estas condiciones la
instalación eléctrica ya no tiene un
sistema de tierra efectivo.
El sistema de puesta a tierra
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Diseño del sistema de puesta a tierra
• Especificar requerimientos y área disponible.
• Determinar las características geológicas de la zona (fuentes de agua,
nivel máximo y mínimo de mantos acuíferos, tipo de terreno,
formaciones rocosas, línea de congelación).
• Determinar las características climáticas de la zona (temperatura,
precipitación pluvial, granizo, nieve, humedad, nivel isoceraúnico).
• Determinar posibles fuentes de interferencia eléctrica. (Líneas de
transmisión de media y alta tensión, subestaciones transmisoras,
estaciones de radio o TV, líneas metálicas subterráneas).
• Determinar ubicación de metales enterrados.
• Seleccionar la ubicación del electrodo en el terreno.
• Realizar mediciones y cálculos.
El sistema de puesta a tierra
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El diseño basado en alcanzar valores normativos*
El electrodo de puesta a tierra:
Artificiales*
- Placa, no menos de 0,186 m2.
- Anillo de cobre, ≥ 6,2 m, calibre 2AWG, profundidad…
- Tubo, ≥ 1,8 m, 19 mm.
- Varilla, ≥ 2,4 m.
• Naturales*
- Tubería metálica de transporte de agua.
- Estructura metálica del inmueble.
* Ver Normatividad local para electrodos permitidos.
El sistema de puesta a tierra
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Protección de seres vivos: Tensión de paso, tensión de contacto.
Protección de equipo eléctrico: Diferencia de tensión entre equipos.
densidad de
corriente
j = I / 2r2
jA > jB
VAB = (I/2) (1/A - 1/B)
El diseño basado en necesidades de protección
Modelado del sistema
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La resistencia a tierra se modifica al paso del tiempo, tiene
características estacionales y se puede perjudicar con tratamientos
químicos.
Resistencia a tierra en un terreno:
No tratado.
Con diferente permeabilidad y tratado químicamente.
Tratado con productos de alta solubilidad, puede dejar oquedades.
Modelado del sistema
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Equipo crítico, bajo falla, electrodo “independiente”.
• Trayectoria de corriente; La corriente de falla circula por el terreno.
• Tensiones en la instalación: Diferentes entre A, B y C.
• Posible daño o malfuncionamiento: Tarjeta de enlace.
• Magnitud de I y V: I =VL/Req
• Duración de l..a falla: …
El diseño basado en la respuesta esperada
Modelado del sistema
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Cada circuito de puesta a tierra (o equipo) solo debe cerrar el circuito
eléctrico que le corresponde. Para disminuir la interacción entre
diferentes equipos en condición normal o de falla.
El diseño basado en la respuesta esperada
Modelado del sistema
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- Conductores de bajada de cobre.
- Línea recta, ventajas inductivas (IEC60364).
- En el exterior del inmueble.
- Tensión entre diferentes superficies metálicas.
En el diseño se pueden utilizar algunos supuestos
Modelado del sistema
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El diseño* puede depender del tipo de equipo o sistema
eléctrico/electrónico a proteger. Telecomunicaciones, centros de
cómputo, industria metalmecánica son diferentes, así también vivienda,
hospitales y escuelas.
* Si hay una norma local obligatoria no se desvíe de ella.
Puesta a tierra de cables de soporte
en torre de telecomunicaciones
¿si no esta puesto a tierra?
El diseño basado en la respuesta esperada de cables y electrodos
Modelado del sistema
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Sistema de electrodos de puesta a tierra en centro de telecomunicaciones
Riesgo de descarga eléctrica
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Combinación de fallas pueden dar lugar a un accidente de origen eléctrico:
• Sistema eléctrico sin puesta a tierra, y
• Falla de aislamiento en equipo eléctrico.
Combinación de fallas
Riesgo de electrocución por combinación
de fallas.
El sistema de puesta a tierra mantiene la
carcasa del equipo al potencial del terreno.
Riesgo de descarga eléctrica
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Una pequeña corriente (0,05 A) a través del cuerpo apenas para encender
una lámpara de 6 watts (a 127 V) puede ser mortal para una persona.
El peligro de electrocución se incrementa en relación a la actividad que
realiza la persona, al lugar en el que se encuentra, a su vestimenta y
hasta por algunas condiciones atmosféricas.
Los aparatos eléctricos pueden presentar
falla de aislamiento y seguir operando.
Riesgo de descarga eléctrica
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En ambiente húmedo o con presencia de agua, el riesgo es mayor, puede
ocurrir en los lugares siguientes:
• Cuarto de baño.
• Zona de lavado.
• Cocina.
• Área exterior.
• Alberca.
Acciones inseguras
Algunas veces el sistema de puesta a tierra no es suficiente,
es necesario utilizar elementos de protección adicionales.
Riesgo de descarga eléctrica
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Contacto accidental con un objeto electrificado:
Contacto directo
• Cables sin aislamiento, aislamiento roto
o insuficiente.
• Al tocar las terminales de la clavija.
• Al introducir elementos metálicos en el
contacto.
• Manipular aparatos eléctricos con
partes eléctricas accesibles.
Contacto Indirecto
• Derivado de electrificación de la
carcasa de equipo eléctrico por
deficiencia en el aislamiento interior
(falla de aislamiento).
• Electrificación externa de un
aparato de doble aislamiento por
haberse mojado.
Persona en contacto
con el terreno. es.slideshare.net es.slideshare.net
Riesgo de descarga eléctrica
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Clase de aislamiento
Equipo eléctrico Clase I
El chasis esta conectado al sistema de tierra por un conductor de puesta
a tierra (conductor con aislamiento en color verde o sin aislamiento).
Equipo eléctrico Clase II
No requiere una toma de tierra. Esta construido con dos capas de
material aislante que rodea las partes con tensión eléctrica peligrosa o
aislamiento reforzado.
Símbolo Clase II
Símbolo Clase I
Es necesario (obligado para personal de mantenimiento) saber la clase de
aislamiento del equipo del usuario.
Riesgo de descarga eléctrica
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Acciones adicionales de protección
• Vestimenta adecuada a la actividad.
• Dispositivos adicionales de protección eléctrica.
Ciertas condiciones pueden
provocar falla de aislamiento
en el equipo eléctrico.
Riesgo de descarga eléctrica
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Acciones adicionales de seguridad
El sistema de puesta a tierra no siempre es suficiente.
Los accidentes eléctricos más comunes a seres
vivos son la descarga eléctrica y la electrocución,
muchas veces causado por la falta del sistema de
puesta a tierra o uso inadecuado de aparatos
eléctricos.
Grupos de riesgo:
• En vivienda: niños (principalmente menores de 5 años) y ancianos.
• En oficinas:
• En industria:
• En industria de la construcción:
Riesgo de descarga eléctrica
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Dispositivos adicionales de protección eléctrica
Se puede incrementar la protección utilizando otros elementos de
protección.
Interruptor diferencial Tomacorriente (contacto)
con interruptor de circuito
por falla a tierra
Otras acciones
• Sustituir conductores con aislamiento deteriorado.
• Energizar equipos de operación eléctrica solo con sus accesorios
originales (contacto y clavija).
• …
Riesgo de descarga eléctrica
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La descarga eléctrica generalmente los reciben personas que:
Trabajan con energía eléctrica
• Por insuficiencia en conocimientos, habilidad o experiencia.
• Por descuido.
• Por exceso de confianza.
• Por falta de equipo y ropa de seguridad.
• Por trabajar en una red eléctrica deteriorada, con desviaciones
normativas u omisiones.
Utilizan energía eléctrica
• Por descuido o desconocimiento del riesgo.
• Por falla en el sistema eléctrico o equipo.
• Por instalación deteriorada, con desviaciones normativas u omisiones.
Errores frecuentes en el sistema de puesta a tierra
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No realizar cálculo, no tomar en cuenta:
• Los terrenos son diferentes: tipo de terreno, formaciones rocosas,
oquedades, humedad, fuentes de agua, nivel y mantos acuíferos, …
• Características climáticas de la zona: temperatura, precipitación
pluvial, línea de congelación, nivel isoceraúnico.
• La corriente a conducir: es diferente para diferentes instalaciones
eléctricas, derivado de la potencia instalada y la ubicación de diversos
elementos eléctricos.
• Utilizar siempre el mismo tipo de electrodo de tierra sin tomar en
cuenta patrones de radiación.
• Área insuficiente para colocación de electrodos.
• No determinar tensiones de paso y de contacto.
• Posibles fuentes de interferencia eléctrica: Líneas de transmisión de
media y alta tensión, subestaciones transmisoras, estaciones de radio
o tv, líneas metálicas subterráneas o superficiales.
Errores frecuentes en el sistema de puesta a tierra
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No dar mantenimiento a sus componentes:
• Uniones mecánicas a base de tornillo se aflojan por efecto de cambios
de temperatura.
• Puede existir corrosión en algunos componentes.
No revisar el entorno físico y eléctrico (el entorno puede cambiar):
• Nuevas edificaciones, con mayor altura o con varios niveles (sótano)
hacia abajo.
• Incremento en la probabilidad de descarga atmosférica.
• Incremento de la potencia eléctrica disponible en la zona.
• Incremento de la potencia eléctrica disponible en el inmueble a
proteger.
Errores frecuentes en el sistema de puesta a tierra
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Sin antecedentes suficientes
• Sin planos.
• Sin memoria de cálculo.
• Sin modificaciones en los planos (si existen) por modificaciones al
sistema eléctrico.
Estudios realizados
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Estudio realizado por el programa en vivienda, indicó que
el 90% de las instalaciones de 15 años o mas de antigüedad no cuentan
con sistema de puesta a tierra.
Generales de la instalación eléctrica
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Incumplimiento a
la norma eléctrica
vigente
Sin mantenimiento
rut inario
Sin plano
eléctrico
Sin ICFT Conductores sin
código de
colores
Sin sistema de
t ierra
Po
rcie
nto
Guad
Mtrrey
D. F.
Estudios realizados
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“Se busca el máximo rendimiento en la inversión, cuidando aspectos de
distribución de espacios y acabados, en las instalaciones hidráulica y
sanitaria se cuida el costo de materiales, en la instalación eléctrica no se
toman en cuenta aspectos de seguridad. En la obra terminada se observa:”
Verificación en la aplicación de la norma de instalaciones eléctricas en
construcción de vivienda nueva 2008-2010, realizado por:
- Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas de Yucatán
- Federación de Colegios de Ingenieros Mecánicos y Electricistas
Estudios realizados
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• Uno o dos circuitos para toda la vivienda.
• Circuitos sin la adecuada protección.
• Un tomacorriente por habitación.
• Ausencia de conductor de puesta a tierra.
• Ausencia de receptáculos con protección de falla a tierra.
Desviaciones
normativas
Bajo estas circunstancias las personas y sus bienes se
encuentra en riesgo innecesario en el uso de la energía eléctrica.
Conclusiones
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Electricista: Se conoce como electricista a la persona que realiza
trabajos de electricidad (proyectista, instalador, mantenimiento,
supervisor, perito, unidad de verificación, etc.).
La obra (civil y eléctrica): Debe realizarse de acuerdo a normas y leyes
vigentes.
Construcción: La construcción de instalaciones eléctricas debe
ejecutarse por personas calificadas… (4.4.1.1 de la NOM-001-SEDE-2012).
Persona calificada: Persona con habilidades y conocimientos
relacionados con la construcción y el funcionamiento de las
instalaciones y los equipos eléctricos…
Conclusiones
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El sistema de puesta a tierra es la primer línea de defensa en la
instalación eléctrica (en el uso de la energía eléctrica). Una instalación
sin puesta a tierra somete a su usuario a riesgos innecesarios.
Una instalación eléctrica puesta a tierra tiene como misión establecer
contacto físico con ella, para derivar corrientes ó tomar el mismo
potencial.
El diseñador de un sistema de tierra tiene dos tareas básicas:
• Lograr un valor determinado de resistencia a tierra.
• Asegurar que las tensiones de paso y de contacto no sean peligrosos
a los seres vivos.
Variables del valor de la resistencia a tierra:
• Las características del terreno.
• Las dimensiones físicas del electrodo y de su ubicación en el terreno.
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Procobre México
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PREGUNTAS
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A continuación se enlistan las preguntas que no pudieron ser respondidas durante la sesión.
Pregunta 1: ¿Qué es la tierra dedicada?, porqué se recomienda que las instalaciones informáticas no se conecten a las tierras de las instalaciones eléctricas? Respuesta: Las dos preguntas son desviaciones (errores) en la aplicación de la norma “NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones eléctricas, utilización”, según se observa en el artículo siguiente: 250-50. Sistema de electrodos de puesta a tierra. Todos los electrodos … que estén presentes en cada edificio o estructura alimentada, se deben unir entre sí ... Pregunta 2: Al realizar medición de la red de tierras físicas para verificar su valor aceptable o no, ¿se debe realizar desconexiones y medir directamente en los electrodos o de todo el sistema? Respuesta: De acuerdo a lo establecido en la norma “NOM-022-STPS-2015, Electricidad estática en los centros de trabajo”, sin demérito de lo establecido en otras normas de carácter obligatorio. 9.4 La medición de la resistencia a tierra de la red de puesta a tierra se deberá realizar conforme a lo siguiente: a) Verificar que el electrodo bajo prueba (que corresponde a la red de puesta a tierra) esté desconectado de la red de puesta a tierra, considerando lo
siguiente: 1) Realizar la desconexión de la red de puesta a tierra, con los equipos eléctricos desenergizados, y 2) Efectuar la medición de la resistencia a tierra desconectando cada electrodo de forma individual, cuando ésta se realice en condiciones de operación normal, a fin de no desproteger a los trabajadores; Pregunta 3: ¿Qué cuidados se deben tener cuando se instala un Convertidor (transformador con dos fases en media tensión) salida en b.t 220/127v. Respuesta: - Seguir lo establecido en la norma que aplique (para México NOM-001-SEDE-2012), el personal que lo instala esta calificado para dicho trabajo (media
tensión/baja tensión), Artículo 100 Definiciones: Persona calificada: Persona con habilidades y conocimientos relacionados con la construcción y el funcionamiento de las instalaciones y los equipos eléctricos y que ha recibido capacitación en seguridad para reconocer y evitar los peligros implicados. - El neutro del transformador puesto a tierra (ver posibles restricciones en el artículo 250 de la norma NOM-001-SEDE-2012)
PREGUNTAS
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Pregunta 4: ¿Cuál es la diferencia entre una prueba de continuidad a tierra y una de puesta a tierra?
Respuesta:
- Las pruebas de continuidad aplican a conductores, sus uniones y conexiones.
- No he escuchado “prueba de puesta a tierra”, Considero la verificación de los parámetros establecidos en la norma que somete a revisión a cierta
instalación en particular, ejemplo de la NOM-022-STPS-2015, numeral 9.4 La medición de la resistencia a tierra de la red de puesta a tierra se deberá
realizar conforme a lo siguiente: h) Verificar que los valores de la resistencia a tierra, de la red de puesta a tierra que se obtengan en esta prueba, sean
menores o iguales a 10 ohms para el (los) electrodo(s) del sistema de pararrayos, y/o tener un valor menor o igual a 25 ohms para la resistencia a tierra de
la red de puesta a tierra.
Pregunta 5: En caso de desconocerse la resistividad de un terreno y de carecer de aparato, ¿cómo efectuamos un cálculo práctico para elaborar
nuestro sistema de tierras?
Respuesta:
No se pueden realizar “Cálculos”, no es un caso de adivinación.
Pregunta 6: ¿Valores permitidos de voltajes (normales) al realizar mediciones de tensión entre neutro y tierra física? En teoría 0 volts, pero sí se
llegan a medir en ocasiones una diferencia de potencial.
Respuesta:
Hace algunos años IBM solicitaba valores entre 1 y 2 volts, si era menor de 1 volt “presumían” que existía una conexión irregular entre barras de neutro y
tierra en lugar diferente al permitido (primer desconexión, junto a la acometida), mayor de 2 volts “presumían” que esa diferencia de tensión era suficiente para
operación peligrosa de tarjetas electrónicas y de enlace entre diferente equipo informático.
La diferencia de tensión entre neutro y tierra se calcula con facilidad, depende de la caída de tensión en el neutro (V = IR), las dos variables son: La corriente
en el neutro (I, la corriente en el conductor de puesta a tierra es cero o casi). La resistencia (impedancia) del neutro.
Los valores “permitidos” dependen de la empresa 0 persona calificadora, Tandem Computers a veces acepta hasta 3 volts, un dato típico para IEEE es de 5
volts para una tensión 220/127.
- Si la corriente en el neutro es cero (corrientes balanceadas) la tensión en el neutro será cero.
- Si se desea disminuir dicha tensión, balancee cargas o incremente el calibre del conductor neutro.