SISTEMA DE TIERRA Conceptos

Transcripción

1 SISTEMA DE TIERRA Conceptos Un sistema de tierra debe entenderse como un sistema Referencial como una superficie equipotencial, como el punto común para equipos y sistemas de protección, es decir debe ser el punto de referencia Cero y toda esta superficie debe presentar una resistividad muy baja al paso de la corriente. El planeta tierra en si es esta referencia, por lo tanto debemos utilizarlo para tal fin, pero tenemos un pequeño problema, la nohomogeneidad de la superficie terrestre, no permite tener la misma densidad, la misma concentración de sales ni la misma humedad. Encontramos áreas rocosas y arenosas, sitios donde la resistividad es bastante alta y en otros lugares donde el terreno es húmedo y rico en capa vegetal la cual permite una absorción inmediata de cualquier descarga eléctrica indicándonos que este terreno tiene una resistividad baja. Pero los sitios que no lo son? Entonces que sentido tiene hablar de un bajo ohmiaje en las medidas del sistema de tierra?. Lo que se debe hacer en estos sitios y en cualquiera que sea es crear nuestro propio sistema referencial, nuestra propia superficie equipotencial que nos cumpla las funciones de bajo ohmiaje protección y seguridad, indiferente del terreno. Por lo tanto para crear sistemas de referencia lo que se debe hacer a nivel teórico, es construir una gran superficie metálica (lamina) donde todos los equipos sé referencien a ella, esto incluye pararrayos torres el neutro de los generadores y transformadores los sistemas de protección y carcasas metálicas, por lo tanto cualquier descarga eléctrica puede subir o bajar el potencial de referencia, pero como todo esta montado sobre la misma lamina esta puede subir o bajar su potencial sin alterar las diferencias de potenciales internos, estos se mantendrían constantes. Como ejemplo tenemos un carro y un avión, los cuales están aislados del piso, unos por las llantas y los otros por la atmósfera, su sistema de tierra, son sus propias estructuras metálicas y al utilizar un equipo de medida este marcaría una muy alta resistencia si utilizamos la tierra como sistema de referencia, pero si utilizamos la misma estructura como referencia el mismo equipo marcaría un muy bajo ohmiaje. En otras palabras los sistemas de tierra se deben concebir como 1

2 sistemas referenciales para las instalaciones eléctricas y electrónicas; al hablar de un alto o bajo ohmiaje, se debe especificar con respecto A qué son los conceptos que debemos tener presentes, porque realmente esto es muy importante cuando vamos a cambiar de sistema referencial. Me explico, cuando un automóvil se encuentra en movimiento este se va cargando electrostáticamente y al tocar sus partes metálicas no recibimos ninguna sensación, ya que vamos montados sobre la referencia pero cuando el auto para y descendemos podemos recibir una descarga eléctrica porque nuestros pies tocan un sistema diferente de referencia de ahí la necesidad de colocarle a nuestro vehículo en la parte trasera una cola, un caucho conductor que esta en contacto con el piso para mantener al vehículo gradualmente al mismo potencial, nosotros al diseñar o al hacer sistemas de tierra debemos pensar exactamente igual y basarnos en la misma filosofía; el mismo fenómeno lo vemos en los aviones, los cuales en sus alas llevan unos hilos los cuales permiten que la estructura del avión se vaya descargando a la atmósfera igualando potenciales. Otro ejemplo es el observar las aves cuando se posan en las líneas de alta tensión y nada les pasa, debido a que no tocan la otra línea y en ningún momento sus cuerpos soportan diferencias de tensión donde lo hagan, morirían instantáneamente, circularía corriente por ellos; también observamos que pueden pasar de una línea a otra sin problemas o sea su superficie equipotencial, su sistema de tierra o su sistema referencial cambia de valores y para sus cuerpos( equipos ) esto es transparente es como si no existiera cambio alguno. Por lo tanto, cuando necesitemos unir físicamente varias estaciones o equipos a diferentes distancias aunque a cada equipo se le haga un sistema apropiado de referencia, al unir los equipos, debemos primero que todo unir nuestros sistemas referenciales porque el fenómeno de choque eléctrico lo sufrirían los equipos produciéndoles daños irreparables. Por lo tanto siempre debemos unir todos los equipos al mismo punto de referencia, esto lo debemos tener siempre presente. Cuando tengamos una estación localizada en un terreno de mala conductividad no tiene sentido hablar de conseguir un sistema de tierra que marque un bajo ohmiaje, conseguirlo implicaría demasiado dinero y a veces, técnicamente imposible, debemos convivir con el problema y buscar la solución como la del ejemplo del automóvil y del avión, colocarle a nuestro sistema referencial una "cola" o "hilos "que gradualmente vaya nivelando potenciales. En los sitios donde la tierra es buena conductora, es decir donde los ohmiajes medidos con respecto a nuestro sistema de referencia es bajo prácticamente es como si no cambiáramos de sistema de 2

3 referencia, todo se considera como una gran superficie equipotencial. Los instrumentos de medida de sistemas de tierra, realmente miden la conductividad del terreno, su resistividad al paso de la corriente, si agregamos sales al terreno, si este lo permite o aumentamos la humedad su resistividad sigue disminuyendo hasta valores reducidos; Esto que nos dice?, Simplemente que la tierra en este momento es una buena conductora de la electricidad y si cae una descarga eléctrica, esta se evacuara rápidamente por toda la superficie terrestre, pero si el terreno es todo lo contrario y tenemos todos nuestros equipos unidos formando nuestro propio sistema referencial no les pasara nada, pero el personal debe tener mucho cuidado porque al cambiar de sistema de referencia el técnico u operario puede ser el elemento de descarga, por tal motivo cualquier persona que permanezca en una estación debe siempre cumplir con las normas de seguridad, como es la utilización de zapatos adecuados aislados y especialmente hechos para aislamientos de altas tensiones y mantenerse en áreas donde no se puedan presentar estas diferencias, hasta que pasen las tormentas o descargas eléctricas. Creo que hasta aquí hemos tratado de dar una idea y de ver la diferencia entre lo que es un Sistema de tierra o Sistema Referencial, y lo que es una medida de bajo o alto ohmiaje entre este sistema con respecto a la superficie donde se encuentran nuestros equipos. En conclusión cuando el terreno tiene un alto ohmiaje y si a nuestro sistema de referencia le cae una descarga eléctrica, este se carga como un condensador el cual se va descargando mas lentamente a la superficie que lo soporta, y donde el terreno es buen conductor podemos decir que la descarga es casi instantánea no permitiendo el efecto acumulador. Cómo debemos hacer un sistema referencial?. Idealmente seria construir una placa metálica con el tamaño de la estación o subestación y enterrada a una profundidad donde la conductividad del terreno sea la ideal, pero por costos y configuración del terreno esto es complicado e imposible técnicamente; lo practico y económico es conectar, por medio de un cable o platina de cobre, del calibre adecuado, las torres, los pararrayos de la energía eléctrica, el neutro de generadores y transformadores, los pararrayos Franklin y todos los sistemas de protección ya que el sistema de referencia debe ser considerado como un medio de protección para los equipos, los usuarios y debe ser capaz de soportar las corrientes producidas por un corto circuito, permitiendo que los breaker y fusibles entren a funcionar 3

4 interrumpiendo el paso de la corriente, sin destruirse, en otras palabras, garantizar seguridad al personal durante fallas eléctricas y como medio de conducción de las corrientes que no excedan los limites operativos de los equipos. El cable se debe distribuir por toda la estación y en los cuartos de equipos electrónicos o donde se necesite, se reduce el calibre del alambre dependiendo de su breaker asociado. Realmente al caer un rayo sobre una estación este puede producir corrientes de muchos miles de amperios, lo cual no existiría alambre de calibre suficiente, por eso su calculo se debe basar en la carga máxima instalada. En otras palabras debemos concebir en que el cable se distribuya como un árbol, un tronco principal y de él salen cables o alambres de diferentes calibres, de acuerdo a los equipos, uniendo todo y en los puntos de consideración critica(torres, pararrayos, cuartos de plantas) hacer pozos ; los cuales serían: huecos hasta una profundidad donde se observe buena humedad (si el terreno lo permite) y allí se coloca una malla hecha con platinas de cobre y soldando a esta el cable de unión; los cables largos se deben soldar y fijarlos a determinadas distancias por medio de varillas en cobre clavadas al piso. En las estaciones donde el terreno es netamente rocoso o arenoso(desiertos), no se puede construir pozos ni enterrar varillas la unión se hace a nivel superficial pero en los puntos críticos se conecta el cable de tal manera que forme una especie de estrella en cuyas puntas con pequeños pedazos de varilla de cobre se fijen a la roca tratando de crear una mayor concentración de carga en las puntas para poder descargar mas rápido nuestro sistema referencial, muy parecido al ejemplo del avión y del automóvil. Concluyendo todos los sistemas aislados de referencia deben estar unidos, siempre y cuando existan enlaces físicos entre equipos(ejemplo: antenas, generadores, parte eléctrica, cableado de telecomunicaciones, etc.). En caso contrario no tiene importancia unirlos podemos crear sistemas aislados de pararrayos o sistemas de protección independientes que ayuden a salvaguardar nuestro sistema referencial como ejemplo tenemos el sistema de pararrayos instalado en el sitio de lanzamiento del transbordador Columbia donde en la parte mas alta de la plataforma de lanzamiento se encuentra un tubo en fibra de vidrio utilizado como aislante, y encima de él se encuentra una varilla metálica utilizada como pararrayos unida con unos cables de acero los cuales actúan como templetes y a varios metros de la plataforma se fijan al suelo con unos detectores a 4

5 gas los cuales se iluminan cada vez que por ellos se produce una descarga, permitiendo llevar una estadística. Si las condiciones del terreno no lo permiten o es casi imposible mejorar su conductividad, no debemos preocuparnos porque nuestro sistema referenciado al piso que lo soporta no marque bajos ohmiajes, eso si debemos tener mas cuidado con no ser el punto de descarga entre nuestro sistema y el suelo, cumplir con las normas de seguridad; lo que debemos verificar es que todos los equipos se encuentren unidos nada aislado de nuestro propio sistema de tierra o referencia. Es aconsejable unir los neutros con nuestro sistema de tierra aterrizando el neutro, se fija la tensión entre la tierra(sistema referencial) y un punto cualquiera del sistema. Esta definición del nivel de tensión es extremadamente importante desde el punto de vista de la especificación de equipos y materiales principalmente aislantes y también en las especificaciones relativas a seguridad. Un sistema aislado del sistema de referencia puede presentar tensiones varias veces superiores a la tensión, fase-fase en función de las capacidades con respecto al sistema referencial en régimen de funcionamiento normal, y se pueden generar sobretensiones considerables entre la fase sana y el sistema de tierra aislado en caso de una falla fase-tierra. CARLOS HERNANDO GIL CASTILLO Ingeniero Electrónico U.D. F.J.C Aerocivil Villavicencio Cgil@aerocivil.gov.co Tel (098)