SESION 14 A: PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL

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1 SESION 14 A: PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL I. OBJETIVO: Conocer las características, aplicaciones y forma de instalar la puesta a tierra en una vivienda. II. OBSERVACION, en la siguiente figura se muestra la instalación eléctrica del sistema de puesta a tierra, que se inicia desde la carcaza del equipo eléctrico (computador) hasta una puesta a tierra que se ubica bajo tierra; este camino es un conductor de cobre en el cual circularía una corriente eléctrica siempre y cuando haya una falla en la computadora. III. DEFINICION GENERAL Se denomina sistema de puesta a tierra al conjunto de elementos que se implementan en la instalación eléctrica de una vivienda con el propósito de dar una adecuada protección a las personas que la habitan. Los artefactos electrodomésticos que requieren un sistema a tierra son aquellos cuyos enchufes tienen tres clavijas o aquellos que en el circuito de los tomacorrientes poseen un tercer cable de color verde o, en algunos casos, verde con una raya amarilla. El sistema de puesta a tierra protegerá todo equipo eléctrico conectado a un tomacorriente y a las personas que manipulan los artefactos de la vivienda de cualquier descarga eléctrica. El sistema de puesta a tierra consiste en instalar un tercer alambre, que va conectado desde un tercer terminal de los tomacorrientes de la vivienda a la bornera de puesta a tierra del tablero, y de este a un electrodo de cobre colocado en un pozo denominado pozo a tierra. Los tomacorrientes que se conectan a este sistema de protección tienen tres orificios: dos son las entradas normales para cualquier enchufe y el tercer orificio es la conexión a tierra. Los enchufes, al igual que los tomacorrientes con puesta a tierra, tienen tres terminales de conexión. En los enchufes puedes identificar tres clavijas. La de tierra generalmente es circular, y las otras dos son planas 1

2 IV. DEFINICIONES DEL CNE UTILIZACION Tierra: Conexión a tierra obtenida a través de un electrodo de puesta a tierra. Puesta a tierra: Camino conductivo permanente y continuo con capacidad suficiente para conducir a tierra cualquier corriente de falla probable que le sea impuesta por diseño, de impedancia suficientemente baja para limitar la elevación de tensión sobre el terreno y facilitar la operación de los dispositivos de protección en el circuito. Sistema de puesta a tierra: Comprende todos los conductores, conectores, abrazaderas, placas de conexión a tierra o tuberías, y electrodos de puesta a tierra por medio de los cuales una instalación eléctrica es conectada a tierra. Enlace equipotencial es la conexión de partes conductoras que no llevan corriente, también se le conoce como conductor de protección. V. ELEMENTOS DE UNA PUESTA A TIERRA 1. Electrodo o varilla de puesta a tierra, de cobre de 5/8 diámetro por 2.40 metros de altura 2. Conector, de bronce tipo AB, para varilla de 5/8 de diámetro 3. Conductor de puesta a tierra, 16 mm², es el conductor que va al tablero 4. Tapa registro, de c.a.v. 5. Agregados (tierra de chacra, cemento conductivo, sales químicas) EJEMPLO DE ESQUEMA DE PUESTA A TIERRA HORIZONTAL (referencial) 2

3 EJEMPLO DE ESQUEMA DE PUESTA A TIERRA VERTICAL (referencial) Tapa registro 3

4 VI. PASOS PARA CONSTRUIR UN POZO A TIERRA: 1. En un espacio de la vivienda (patio o jardín) se hace una excavación, una especie de pozo de aproximadamente 1 m de diámetro por 2,50 m de profundidad. 2. Una vez lista la excavación, se coloca el electrodo de cobre de 2 metros de longitud aproximadamente, teniendo cuidado que esté ubicado al centro del pozo. 3. Luego, se echa tierra de cultivo tamizada y limpia, aproximadamente hasta que cubra un metro de la altura total del pozo. 4. Se completa el relleno del pozo con la aplicación de la bentonita entre otros compuestos, como el sulfato de magnesio, sulfato de cobre o compuestos químicos patentados (THOR GEL, GEM, etc.). 5. En la parte de la superficie se recomienda colocar una bóveda con tapa, de tal forma que cubra el pozo a tierra. 6. En el extremo del electrodo que queda en la superficie se conecta el alambre de color verde (tierra) que viene del tercer terminal de los tomacorrientes mediante una abrazadera. La abrazadera debe ser con perno de bronce o latón o de hierro fundido. 7. El alambre a tierra debe estar colocado en un ducto desde sus puntos de origen (tomacorrientes) hasta el pozo a tierra, evitando hacer empalmes. 8. El pozo a tierra debe estar por lo menos a 50 cm de distancia de la pared de la vivienda. El calibre del alambre que se instalará como tierra debe ser un número menor o igual que el de los tomacorrientes. Si el de tomacorriente es 2.5 mm², el de tierra debe ser 2.5 o1.5 mm² El terreno donde se instalará el pozo a tierra debe estar limpio de piedras o basura para asegurar el buen funcionamiento del sistema. VII. CNE UTILIZACION SECCION 060 PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL CNE U Objetivo La PT y el enlace equipotencial sirven para: (a) Proteger y cuidar la vida e integridad física de las personas, daños a la propiedad, enlazando a tierra las partes metálicas; y (b) Limitar las tensiones en los circuitos cuando queden expuestos a tensiones superiores a su diseño; y (d) Limitar las sobretensiones por descargas atmosféricas; y (e) Facilitar la operación de equipos y sistemas eléctricos. CNE U Enlace equipotencial de Equipos de Instalación Fija - Aspectos Específicos (1) Las partes metálicas expuestas, normalmente no energizadas, de los siguientes tipos de equipos de montaje fijo, deben ser enlazadas a tierra: (a) Estructuras de motores que operan a más de 30 V; y (b) Cajas de equipos de control de motores; y (c) Equipos eléctricos de elevadores y grúas; y (d) Equipos eléctricos en garajes, teatros y estudios de cine, excepto las lámparas colgantes en circuitos de tensión hasta de 250 V de tensión a tierra; y (e) Equipos de proyección de películas; y (f) Letreros luminosos y sus equipos asociados; y 4

5 (g) Estructuras de generadores de órganos operados eléctricamente, a menos que el generador esté aislado efectivamente de tierra; y (h) Estructura de tableros de interruptores y estructuras de soporte de equipos de interrupción, excepto aquellas que soporten interruptores unipolares de corriente continua y que estén efectivamente aisladas de tierra; y (i) Equipos de Rayos X utilizados en terapia; y (j) Equipos alimentados por circuitos Clase 1 y Clase 2 comprendidos en el alcance de la Sección 090, donde, de acuerdo con lo indicado en las Reglas a , dichos circuitos requieren puesta a tierra. (k) Equipos de procesamiento de datos. (2) Las pantallas electrostáticas de transformadores deben ser enlazadas a tierra. (3) Todas las partes metálicas normalmente no energizadas de los accesorios de iluminación y sus equipos asociados que pueden resultar energizadas, deben ser enlazadas a tierra en los siguientes casos: (a) Cuando están expuestas; o (b) Cuando no están expuestas, pero están en contacto con partes metálicas expuestas Electrodos de Puesta a Tierra (1) Un electrodo de puesta a tierra es: (a) Un sistema de tuberías metálicas de agua que tenga continuidad de conducción eléctrica y que se encuentre enterrada por lo menos a 600 mm bajo el piso terminado, y se extienda no menos de 3 m más allá de los extremos del edificio que recibe alimentación eléctrica; o (b) Un entubado metálico de pozo de agua que no sea menor de 75 mm de diámetro y se extienda al menos 15 m debajo de la cabeza del pozo. (c) Un electrodo artificial de puesta a tierra que cumpla con la Regla Electrodos Artificiales de Puesta a Tierra (1) Un electrodo artificial de puesta a tierra consiste en un electrodo embutido en concreto, un electrodo de varilla, un electrodo de placa u otro dispositivo similar. (2) Un electrodo embutido en concreto debe estar dentro los 50 mm del fondo de una zapata de cimentación de concreto, que se extienda al menos 600 mm bajo el piso terminado, y que esté en contacto directo con el terreno. Puede utilizarse como electrodo: (a) Un conductor de cobre desnudo de una longitud no menor de 6 m y una sección de acuerdo con lo especificado en la Tabla 44; o (b) Una placa metálica que: (i) Presente una superficie de contacto con el concreto no menor de 0,4 m2; y (ii) Tenga un grosor no menor de 6 mm, si es de hierro o acero, y de 1,5 mm si es un metal no ferroso; y (iii) Presente un medio de unión para sujetarlo al conductor del sistema de puesta a tierra después que el concreto haya sido vaciado. (3) Un electrodo de varilla debe tener las siguientes características: (a) Ser un producto aprobado, de cobre o de acero revestido con cobre (acero-cobre), con diámetro no inferior a 16 mm (o 5/8 pulgada) para electrodos de acero-cobre y 13 mm (o ½ pulgada) para electrodos de cobre; y 5

6 (b) Tener una longitud no menor de 2 m; y (c) Tener una superficie metálica limpia que no esté cubierta con pintura, esmalte u otro material de baja conductividad; y (d) Alcanzar una profundidad no menor de 2,5 m para cualquiera que sea el tamaño o número de varillas que se utilicen, excepto que: (i) Donde se encuentre roca a una profundidad de 1,2 m o más, la varilla debe alcanzar el fondo de roca, y el resto de la varilla debe ser enterrado sin causar daño, a no menos de 600 mm bajo el piso, en posición horizontal; o (ii) Donde se encuentre roca a una profundidad menor de 1,2 m, la varilla debe ser enterrada por lo menos a 600 mm bajo el piso terminado, en una zanja horizontal. (4) Un electrodo de placa debe: (a) Presentar no menos de 0,2 m2 de superficie útil de contacto con el terreno exterior; y (b) Tener no menos de 6 mm de grosor si es de hierro o acero, o de 1,5 mm si es de metal no ferroso; y (c) Ser enterrado al menos a 600 mm bajo el piso terminado. Sección mínima de conductores para electrodos empotrados en concreto ESQUEMAS DE INTERPRETACION 6

7 U Resistencia de Electrodos El valor de la resistencia de la puesta a tierra debe ser tal que, cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a las permitidas y no debe ser > 25 Ω Cuando un electrodo simple, consistente en una varilla, tubería o placa, tenga una resistencia a tierra mayor de 25 Ω, es necesario instalar un electrodo adicional a una distancia de por lo menos 2 m, o a una distancia equivalente a la longitud del electrodo; o se debe emplear cualquier otro método alternativo. CNE CONDUCTORES DE PUESTA A TIERRA Y DE ENLACE EQUIPOTENCIAL CNE U Material del Conductor de Puesta a Tierra El conductor de puesta a tierra de un sistema de alambrado, ya sea que se use o no para conectar a tierra el equipo eléctrico, puede ser desnudo o aislado y debe ser de cobre. CNE U Material para Conductores de Enlace Equipotencial El conductor de protección que enlaza los equipos, las canalizaciones metálicas y cubiertas de los conductores debe ser: (a) De cobre u otro material resistente a la corrosión, aislado o desnudo CNE U Instalación de Conductores del Sistema de Puesta a Tierra (1) El conductor de puesta a tierra de un sistema no debe tener uniones ni empalmes a lo largo de toda su longitud (2) Un conductor de cobre de 16 mm2 o de mayor sección, el cual estando libre de exposición a daños mecánicos, puede ser colocado a lo largo de la superficie de la estructura de un edificio, sin cubierta metálica o protección, si está rígidamente engrapado a la estructura; si así no fuere, debe instalarse en tubería metálica pesada, tubería metálica eléctrica o cable armado. (3) Cuando el conductor de puesta a tierra sea de 10 mm2 o menos, debe instalarse en tubería metálica pesada, tubería metálica eléctrica o cable armado. (5) Cuando un conductor de puesta a tierra sea instalado en la misma canalización con otros conductores del sistema al cual está conectado, debe ser aislado, excepto que, cuando la longitud de 7

8 la canalización entre dos cajas de paso no exceda de 15 m y no contenga más que el equivalente a dos curvas de 90, puede usarse un conductor sin aislamiento como conductor de puesta a tierra. (6) No obstante los requerimientos de la Subregla (2), un conductor de puesta a tierra de 16 mm2 o de mayor sección puede estar embutido en concreto siempre que los puntos por donde emergen sean ubicados o resguardados de tal forma que no queden expuestos a sufrir daños mecánicos Dimensionamiento del Conductor de Puesta a Tierra para Sistemas de Corriente Alterna La sección del conductor de puesta a tierra debe ser: (a) No menor que aquella dada en la Tabla 17 para un sistema de corriente alterna o para un conductor común de puesta a tierra; y Dimensionamiento del Conductor de Enlace Equipotencial (1) La sección del conductor de enlace equipotencial no debe ser menor que aquellas dadas en la Tabla 16, pero en ningún caso necesita ser mayor que el conductor de mayor sección no puesto a tierra en el circuito. (3) No obstante los requerimientos de la Regla , cuando los conductores de un circuito se instalan en paralelo, agrupados en cables o en canalizaciones separadas, el conductor de enlace a tierra se puede también instalar en paralelo, pero su sección no debe ser menor que la que resulte de dividir la capacidad del dispositivo de sobrecorriente, entre la cantidad de conductores de enlace; y esta sección debe seleccionarse de la Tabla 16 para satisfacer este resultado Conductores de Enlace en Circuitos de Alumbrado Perimétrico (Exterior) Las partes metálicas no accesibles normalmente no energizadas de equipos de iluminación de realce, deben enlazarse a tierra juntas, con un conductor de cobre de 2,5 mm2, protegido de daños mecánicos. CONEXIONES PARA CONDUCTORES DE PUESTA A TIERRA Y DE ENLACE EQUIPOTENCIAL Conexión del Conductor de Enlace Equipotencial a Circuitos y Equipos (1) El conductor de enlace equipotencial o el puente de enlace, debe ser fijado a los circuitos, tuberías metálicas pesadas, gabinetes, equipos y similares, por medio de orejas, grapas de conexión a presión u otro medio efectivo y seguro Conexión del Conductor de Puesta a Tierra a los Electrodos de Puesta a Tierra (1) El conductor de puesta a tierra debe fijarse al electrodo de puesta a tierra mediante: (a) Una grapa empernada; o (b) Accesorios para unión de tuberías u otro dispositivo empernado en la tubería o en el empalme de la misma; o (c) Soldadura exotérmica de cobre o soldadura de plata; u (d) Otra manera similar, igualmente efectiva y segura (2) Cuando se utilice una grapa empernada en una ubicación húmeda o directamente enterrada, la grapa debe ser de cobre, bronce o latón, y los pernos deben ser de material similar o de acero inoxidable. Ejemplo: Un alimentador de 400 A, 347/600 V, trifásico de 4 conductores corre en paralelo, consistente en dos corridas de cuatro conductores con aislamiento de PVC de sección de 120 mm2. Qué sección de conductor de enlace equipotencial se requiere en cada canalización? 1. Valor nominal del dispositivo de sobrecorriente del alimentador: 400 A 8

9 2. Capacidad de corriente del dispositivo de sobrecorriente a verse en la Tabla 16: Dispositivo de sobrecorriente del alimentador/número de conductores de enlace equipotencial = 400/2 = 200 A 3. Usando los 200 A de la Tabla 16, el calibre del conductor de enlace equipotencial para cada canalización es de 16mm2 de sección de cobre. 9

10 VIII. CALCULO DE LA RESISTENCIA A TIERRA EN UN LUGAR DESEADO Debe determinarse la resistencia de puesta a tierra en el lugar deseado. La resistividad del terreno(ρ) varía con la profundidad, el tipo y concentración de elementos químicos, el contenido de humedad y la temperatura del terreno. La presencia de agua superficial no indica necesariamente una baja resistividad. La Tabla A2-06 siguiente presenta valores de resistividad referenciales para diferentes tipos de terreno. 10

11 Las fórmulas para el cálculo de la resistencia de puesta a tierra son las siguientes: Ejemplo. Calcular la resistencia de una puesta a tierra con electrodo vertical y horizontal que tienen una varilla de 5/8 de diámetro y 2.40 metros de largo. a) Las varillas se enterrarán en una tierra de con varilla tierra con arcilla de ligera plasticidad. b) Si las varillas se entierran en una arcilla inorgánica de alta plasticidad, cual es la resistencia de puesta a tierra. c) Explique la diferencia de valores obtenidos IX PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION 1. Dibuje un esquema de puesta a tierra vertical y consigne sus partes y distancias 2. Consigne una foto de un conector de puesta a tierra, una varilla de puesta a tierra, un conductor de puesta a tierra 3. Determine el conductor de enlace de un circuito derivado cuyo dispositivo de protección es 40 A. 4. Cuál es la capacidad mínima del conductor de puesta a tierra de una instalación eléctrica si el conductor de la acometida tiene una capacidad de 100 A. 5. Cuáles son los electrodos artificiales de puestas a tierra. 6. Cuáles son los factores de la resistividad del terreno 7. Cual debería ser la resistividad del terreno de la Universidad Nacional del Santa, explique 8. Como mediría la resistividad del terreno de la Universidad Nacional del Santa. 9. Calcule la resistencia de puesta a tierra de la Universidad Nacional del santa para una varilla vertical y/o horizontal 11