Diseño de Redes de Tierras

  

Introducción La conexión a tierra de un sistema eléctrico es una decisión que encaran los ingenieros eléctricos que están relacionados con las tareas de diseño, planeación, modificación y operación de los sistemas eléctricos industriales, y porque no decirlo, de las redes en baja tensión comerciales y domésticas.  

La puesta a tierra del sistema eléctrico (PTS) consiste de todas las conexiones posibles a tierra que están interconectadas a los sistemas eléctricos. También se refiere a la conexión y puesta a tierra de los equipos y de los elementos metálicos (PAE) que no conducen corriente eléctrica pero que forman parte de la red eléctrica, por ejemplo, tableros de todos tipos, ductos metálicos, carcasas de motores, estructuras metálicas, etc. 

La  PTS proporciona trayectorias de baja impedancia para el retorno de la corriente de carga o falla a su fuente de energía. El camino puede no ser intencional, es decir, puede haber más de un camino.
 

De acuerdo con los objetivos que se tienen considerados en el diseño de redes eléctricas específicas, la PTS tiene las siguientes aplicaciones o funciones: 

  • Para el retorno de las corrientes de falla,
  • Como trayectorias para las corrientes por descargas eléctricas atmosféricas,
  • Como referencia de tierra para equipos de telecomunicaciones y electrónica,
  • De seguridad.

 

  • Diseño de las redes de tierra

Los criterios y parámetros de diseño de las redes de tierra para una subestación o una instalación eléctrica industrial o comercial se pueden establecer si se define la función de la misma. Para una subestación eléctrica, dicha función es proporcionar un elemento de conexión a tierra de los neutros de los transformadores y generadores, tanques o carcasas de cada uno de los diferentes equipos y estructuras metálicas ubicados dentro de su área. La puesta a tierra de un sistema eléctrico tiene ventajas de operación bajo condiciones anormales del sistema (situaciones de falla a tierra) porque permiten la detección y eliminación de las fallas, se evitan las pérdidas de energía y daño a los elementos del sistema debido a sobrevoltajes y sobrecorrientes de frecuencia nominal.  

Para el diseño de las redes de tierra se debe tener la siguiente información:  

  • Las dimensiones del terreno.
  • Medición de la resistividad del terreno.
  • La corriente máxima de falla a tierra.

   

Las redes de tierra de subestaciones e instalaciones eléctricas industriales y comerciales se diseñan con cable de cobre desnudo interconectado. Para las interconexiones entre los conductores y las uniones de los conductores a las varillas de tierra se utilizan conectores soldables.  

La circulación de corrientes de falla a través de las conexiones a tierra, generan elevaciones de potencial del equipo conectado a tierra y gradientes de potencial sobre la superficie del terreno.  

El NEC en su artículo 250-51 recomienda que una trayectoria efectiva de puesta a tierra (la trayectoria a tierra de circuitos, equipo y conductores cubiertos) deba contar con lo siguiente:  

  • Ser permanente y continua.
  • Tener capacidad para conducir de manera segura cualquier corriente de falla que circule por esta.
  • Tener suficiente baja impedancia para limitar el voltaje a tierra y para facilitar la operación de los dispositivos de protección del circuito.

   

Otra razón principal de la puesta a tierra es para tener control sobre el ruido. Es donde la puesta a tierra se relaciona con la calidad de la energía.  

Con la puesta a tierra se puede tener el control del ruido porque se crea un sistema de tierra equipotencial. Las diferencias de potencial entre diversos sitios de la tierra pueden crear corrientes circulantes de tierra y la interferencia con el equipo sensible que pueda estar puesto a tierra en múltiples lugares.  

   


Beneficios  

Las razones principales de contar con una red de tierra son:  

  • Limitar los sobrevoltajes transitorios debidos a las descargas eléctricas atmosféricas y las maniobras con interruptores.  
  • Limitar los voltajes de paso, de toque y trasferidos a valores que no causen daño al personal y pongan en riesgo su vida.  
  • Estabilizar el voltaje del sistema de suministro con respecto a tierra.  
  • Limitar el voltaje de los materiales metálicos que no conducen corriente eléctrica con respecto a tierra y  
  • Para el caso de falla a tierra, operen adecuadamente las protecciones de sobrecorriente.  

    

Normatividad  

[1]        NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas (utilización).  

[2]        National Electrical Code (NEC), 2009.  

[3]        Beeman, D., Editor. Industrial Power Systems Handbook, New York: Mcgraw-Hill, 1998, Chapter 6, by L. J. Carpenter and L. G. Levoy, Jr. Systems Grounding.  

[4]        Norma IEEE 80-2000, Guide for Safety in AC Substation Grounding.  

Copyright © 2000 Informática e Ingeniería Integral S.A. de C.V. (ininin)

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