Sistema de Puesta a Tierra (Art.15)
Toda instalación eléctrica que le aplique el RETIE, excepto donde se indique expresamente lo contrario, tiene que disponer de un SPT (SPT)
Funciones del SPT
La exigencia de puestas a tierra para instalaciones eléctricas cubre el sistema eléctrico como tal y los apoyos o estructuras metálicas que ante una sobretensión temporal, puedan desencadenar una falla permanente a frecuencia industrial, entre la estructura puesta a tierra y la red.
Los objetivos de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT) son: La seguridad de las personas, la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética.
Las funciones de un SPT son:
a. Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.
b. Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.
c. Servir de referencia común al sistema eléctrico.
d. Conducir y disipar con suficiente capacidad las I falla, electrostática y de rayo.
e. Transmitir señales de RF en onda media y larga.
f. Realizar una conexión de baja resistencia con la tierra y con puntos de referencia de los equipos.
Nota: Se debe tener presente que el criterio fundamental para garantizar la seguridad de los seres humanos, es la máxima energía eléctrica que pueden soportar, debida a las tensiones de paso, de contacto o transferidas y no el valor de resistencia de puesta a tierra tomado aisladamente. Sin embargo, un bajo valor de la resistencia de puesta a tierra es siempre deseable para disminuir la máxima elevación de potencial o GPR (Ground Potential Rise).
Requisitos generales
El SPT debe cumplir los siguientes requisitos:
a. Los elementos metálicos que no forman parte de las instalaciones eléctricas, no podrán ser incluidos como parte de los conductores del SPT.
Nota: No excluye el hecho de que se deben conectar a tierra, en muchos casos.
b. Los elementos metálicos principales que actúan como refuerzo estructural de una edificación deben tener una conexión eléctrica permanente con el SPT general.
c. Las conexiones que van bajo el nivel del suelo (puesta a tierra), deben ser realizadas con soldadura exotérmica o conector certificado para enterramiento directo conforme a la norma IEEE 837 o la norma NTC 2206.
d. Para verificar que las características del electrodo de puesta a tierra y su unión con la red equipotencial cumplan con el RETIE, se deben dejar puntos de conexión accesibles e inspeccionables al momento de la medición.
Nota: Cuando se construyan cajas de inspección, sus dimensiones internas deben ser ≥ 30 cm x 30 cm, o de 30 cm de diámetro si es circular y su tapa debe ser removible, NO APLICA A LOS ELECTRODOS DE LT.
e. Para evitar el sobrecalentamiento de conductores, en sistemas 3Φ de instalaciones de uso final con cargas no lineales, los conductores de neutro deben ser dimensionados ≥ 173% de la I de fase según los lineamientos de las normas la IEEE 519 o IEEE1100.
Nota: Se debe aceptar el dimensionamiento del conductor de neutro como se indica en la norma IEC 60364-5-52 (Art. 523, 524 y Anexo E), cuando se conocen con precisión las corrientes armónicas de tercer orden, que efectivamente circulen por el neutro.
Importante: Cual sea el caso en el diseño se debe hacer mención expresa de la norma utilizada.Conexión
Cuando por requerimientos de un edificio existan varias puestas a tierra, todas ellas deben estar interconectadas eléctricamente, según criterio adoptado de IEC-61000-5-2.
Sistemas con puesta a tierra dedicadas e interconectadas
Nota: Se deben interconectar todas las puestas a tierra de un edificio, es decir, aquellas partes del SPT que están bajo el nivel del terreno y diseñadas para cada aplicación particular, tales como: Fallas a tierra de baja frecuencia, evacuación de electrostática, protección contra rayos o protección catódica.
Importante: La interconexión de las puestas a tierra puede hacerse por encima o por debajo del nivel del terreno.Prohibiciones
Puestas a tierra separadas o independientes
Una sola puesta a tierra para todas las necesidades
Importante: Para un mismo edificio, quedan expresamente prohibidos los anteriores SPT, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2, el cual está establecido igualmente en la NTC 2050 y en la IEC 60364.
Tensión de contacto admisible
No se deben superar los valores de máxima tensión admisible de contacto para un ser humano (MTCA), que corresponden a la máxima tensión de contacto aplicada al ser humano (con una resistencia equivalente de 1000Ω).
Tensión admisible de contacto
Estos son los valores máximos de soportabilidad del ser humano a la circulación de corriente y consideran la resistencia o impedancia promedio netas del cuerpo humano entre mano y pie, sin que se presenten perforaciones en la piel y sin el efecto de las resistencias externas adicionalmente involucradas entre la persona y la estructura puesta a tierra o entre la persona y la superficie del terreno natural.
Nota: Está dada en función del tiempo de despeje de la falla a tierra, de la resistividad del suelo y de la I de falla.
Diseño del SPT
Procedimiento básico sugerido:
a. Investigar las características del suelo, especialmente la resistividad.
b. Determinar la corriente máxima de falla a tierra, que debe ser entregada por el OR, en MT y AT para cada caso particular.
c. Determinar el tiempo máximo de despeje de la falla para efectos de simulación.
d. Investigar el tipo de carga.
e. Calcular de forma preliminar la resistencia de puesta a tierra.
f. Calcular de forma preliminar las tensiones de paso, contacto y transferidas en la instalación.
g. Evaluar el valor de las tensiones de paso, contacto y transferidas calculadas con respecto a la soportabilidad del ser humano.
h. Investigar las posibles tensiones transferidas al exterior, debidas a tuberías, mallas, conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización, además del estudio de las formas de mitigación.
i. Ajustar y corregir el diseño inicial hasta que se cumpla los requerimientos de seguridad.
j. Presentar un diseño definitivo.
Nota: En instalaciones de uso final con S/E tipo poste, el diseño de la puesta a tierra puede simplificarse, pero deben tenerse en cuenta los parámetros de resistividad del terreno, corrientes de falla que se puedan presentar y los tipos de cargas a instalar. En todo caso se deben controlar las tensiones de paso y contacto.
Electrodos de puesta a tierra
Los electrodos de puesta a tierra, deben cumplir los requisitos:
a. La puesta a tierra debe estar constituida por uno o varios de los siguientes tipos de electrodos: Varillas, tubos, placas, flejes, alambres o cables desnudos.
b. El electrodo tipo varilla o tubo debe tener mínimo 2,4 m de longitud.
c. Los productores de electrodos de puesta a tierra deben garantizar que la resistencia a la corrosión del electrodo, sea ≥ 15 años contados a partir de la fecha de instalación.
Certificación
Cerrar
Para certificación se debe utilizar el método de la inmersión en cámara salina durante 1000 horas o usando muestras de suelo ácido, preparadas en laboratorio o en electrolitos de solución ácida con débil concentración, que permita simular los suelos más corrosivos donde se prevea instalar los electrodos de acuerdo con la norma ASTM G 162 o la ASTM G 1. Para electrodos en cables de acero galvanizado, no es suficiente el ensayo de cámara salina, adicionalmente se debe probar con muestras del suelo similar a donde se pretenda instalar.
d. Los electrodos deben cumplir las dimensiones y valores de las normas IEC 62305-3, IEC 60364, BS 7430, AS 1768, UL 467, UNESA 6501F, NTC 4552, NTC 2206, NTC 2050, ASTM F 1136 y DIN ISO 10683.
e. Debe probarse la adherencia y doblado del electrodo con recubrimiento, conforme a lo establecido en la norma NTC 2206 o equivalente.
Instalación
Para la instalación de los electrodos se deben considerar los siguientes requisitos:
• El productor debe informar al usuario si existe algún procedimiento específico para su instalación y adecuada conservación.
• Cada electrodo debe quedar enterrado en su totalidad.
• El punto de unión entre el conductor del electrodo de puesta a tierra y la puesta a tierra debe ser accesible y la parte superior del electrodo enterrado debe quedar a mínimo 15 cm de la superficie. No aplica a electrodos enterrados en las bases de estructuras de LT ni a los instalados horizontalmente.
• El electrodo puede ser instalado en forma vertical, con una inclinación de 45° o de forma horizontal (a 75 cm de profundidad), siempre que garantice el cumplimiento de su objetivo, conforme al numeral 3 del literal c del de la sección 250-83 de la NTC 2050.
Conductor a tierra
Es el conductor que une el electrodo o malla de la puesta a tierra con el barraje principal de puesta a tierra. Para BT, se debe seleccionar con la Tabla 250-94 de la NTC 2050 o con la IEC 60364-5-54.
Para el conductor del electrodo de puesta a tierra o conductor a tierra, además del Cu, se pueden utilizar otros materiales conductores o aleación de ellos, siempre que se garantice su protección contra la corrosión durante la vida útil de la puesta a tierra y la resistencia del conductor no comprometa la efectividad de la misma.
Selección del conductor a tierra para MT, AT y EAT
A mm 2 es la sección del conductor en mm2.
I es la corriente de falla a tierra, suministrada por el OR (rms en kA).
Kf es una constante de la norma IEEE 80, para diferentes materiales y valores de Tm. (Tm es la temperatura de fusión o el límite de temperatura del conductor a una temperatura ambiente de 40 °C).
tc es el tiempo de despeje de la falla a tierra.
Nota: No se debe utilizar Al enterrado.
Nota: Se permite el uso de cables de acero galvanizado en SPT en LT, redes de distribución e instalaciones de uso final, para lo cual se podrán utilizar los parámetros de la varilla de acero recubierta en cinc.
Nota: Se permite el uso de conductores con distinta geometría (platinas en L o en T) y de otros materiales que demuestren su resistencia mecánica y a la corrosión, probados a 1000 horas de cámara salina.
Importante:El recubrimiento en cobre de la varilla de acero, no debe ser menor a 0,25 mmConductor de protección
El conductor de protección, también llamado conductor de puesta a tierra de equipos, debe cumplir los siguientes requisitos:
a. El conductor para BT, debe seleccionarse con la Tabla 250-95 de la NTC 2050.
b. El conductor para MT, AT y EAT, debe seleccionarse de forma tal que su temperatura no supere la del aislamiento de los conductores activos alojados en la misma canalización, como se establece en el capítulo 9 de la IEEE 242.
c. Los conductores del SPT deben ser continuos, sin interruptores o medios de desconexión y cuando se empalmen, deben quedar mecánica y eléctricamente seguros mediante soldadura o conectores certificados para tal uso.
d. El conductor de puesta a tierra de equipos, debe acompañar los conductores activos durante todo su recorrido y por la misma canalización.
Valores de referencia
Un buen diseño de puesta a tierra debe garantizar el control de las tensiones de paso, de contacto y transferidas.
En razón a que la resistencia de puesta a tierra es un indicador que limita directamente la máxima elevación de potencial, pueden tomarse como referencia las normas técnicas IEC 60364-4-442, ANSI/IEEE 80, NTC 2050 y NTC 4552, y los siguientes valores:
Terrenos altamente resistivos
Cuando existan altos valores de resistividad del terreno, elevadas corrientes de falla a tierra o prolongados tiempos de despeje de las mismas, se deben tomar las siguientes medidas:
a. Hacer inaccesibles zonas donde se prevea la superación de los umbrales de soportabilidad para seres humanos.
b. Instalar pisos o pavimentos de gran aislamiento.
c. Aislar todos los dispositivos que puedan ser sujetados por una persona.
d. Establecer conexiones equipotenciales en las zonas críticas.
e. Aislar el conductor del electrodo de puesta a tierra a su entrada en el terreno.
f. Disponer de señalización en las zonas críticas donde puedan trabajar profesionales competentes, siempre que cuenten con las instrucciones sobre el tipo de riesgo y estén dotados de los EPP con aislamiento adecuado.
Mediciones
Resistividad aparente
Para efectos del RETIE, se puede aplicar el método tetraelectródico de Wenner, que es el más utilizado para aplicaciones eléctricas.
Nota: Se pueden usar otros métodos, además del método Wenner debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.
Importante: En la ecuación de Wenner, Cuando b es muy pequeño comparado con a, ρ = 2πaRResistencia de puesta a tierra
La resistencia de puesta a tierra debe ser medida antes de la puesta en funcionamiento de un sistema eléctrico, como parte de la rutina de mantenimiento o excepcionalmente como parte de la verificación de un SPT.
Para su medición se puede aplicar el método de Caída de Potencial
Método
Caída de potencial
El valor de resistencia de puesta a tierra que se debe tomar es cuando la disposición del electrodo auxiliar de tensión se encuentra al 61,8 % de la distancia del electrodo auxiliar de corriente, siempre que el terreno sea uniforme.
Nota: Se podrán utilizar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.
Importante: En LT con cable de guarda, la medición debe hacerse desacoplando el cable de guarda o usando un telurómetro de alta frecuencia (25 kHz).Tensión de paso y contacto
Las tensiones de paso y contacto que se calculen en la fase de diseño, deben medirse antes de la puesta en servicio de S/E de AT/EAT, así como en las estructuras de transmisión de tensiones ≥ 220 kV, localizadas en zonas urbanas o que estén < 20 m de escuelas o viviendas; para verificar que se encuentren dentro de los límites admitidos.
En la medición deben seguirse los siguientes criterios adoptados de la IEEE-81.2 o los de una norma técnica IEC 61936-1.
a. Las mediciones se deben hacer preferiblemente en la periferia de la instalación de la puesta a tierra.
Fuentes de alimentación
Cerrar
Se emplearán fuentes de alimentación de potencia o generador de impulsos, adecuados para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas queden falseadas como consecuencia de corrientes espurias o parásitas circulantes por el terreno.
b. Para S/E, deben medirse hasta un metro por fuera del encerramiento y en el caso de torres o postes a un metro de la estructura.
c. Se debe procurar que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y no < 50 A.
d. Los electrodos de medida para simulación de los pies, deben tener cada uno una superficie de 200 cm2 y ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N.
e. Los cálculos para determinar las tensiones máximas posibles, se harán asumiendo que existe proporcionalidad.
Mantenimiento
Los componentes del SPT tienden a perder su efectividad después de unos años, debido a corrosión, fallas eléctricas, daños mecánicos e impactos de rayos.
Los trabajos de inspección y mantenimiento deben garantizar una continua actualización del SPT para el cumplimiento del RETIE.La inspección debe hacerse por un especialista en el tema, el cual debe entregar registros de lo observado, dicha inspección incluye la verificación de la documentación técnica, reportes visuales, pruebas y registros.
Nota: Los intervalos de mantenimiento pueden variar, según condiciones climáticas locales, fallas que comprometan la integridad del SPT, normas de seguridad industrial, exigencias de compañías de seguros, procedimientos o regulaciones técnicas de empresa.
Importante: Si una inspección muestra que se requieren reparaciones, estas deben ser realizadas sin retraso y no ser pospuestas hasta el próximo ciclo de mantenimiento.Pruebas
Las pruebas que deben realizarse como parte de inspección son:
a. Realizar ensayos de equipotencialidad.
b. Medir resistencia de puesta a tierra. Los resultados deben quedar consignados en los reportes de inspección.
c. Medir corrientes espurias o de modo común.
Registros
La inspección del SPT debe documentar y evidenciar mediante registros, como mínimo la siguiente información:
a. Condiciones generales de los conductores del sistema.
b. Nivel de corrosión.
c. Estado de las uniones de los conductores y componentes.
d. Valores de resistencia.
e. Desviaciones de los requisitos respecto del RETIE.
f. Documentar todos los cambios frente a la última inspección.
g. Resultados de las pruebas realizadas.
h. Registro fotográfico
i. Rediseño o propuesta de mejoras del SPT si se requieren
Puestas a tierra temporales
El objeto de un equipo de puesta a tierra temporal es limitar la corriente que puede pasar por el cuerpo humano.
Requisitos de producto
El equipo de puesta a tierra temporal debe cumplir las siguientes especificaciones mínimas, adaptadas de las normas IEC 61230 y ASTM F 855:
a. Electrodo: Barreno con longitud mínima de 1,5 m.
b. Grapas o pinzas: El tipo de grapa debe ser el adecuado según la geometría del elemento a conectar (puede ser plana o con dientes).
c. Cable en Cu extraflexible,
Cable o Cu extraflexible
Cerrar
Cilíndrico y con cubierta transparente que permita su inspección visual y cuyo calibre soporte una I falla mínima de: En AT 40 kA; en MT 8 kA y en BT 3 kA rms/s con temperatura final de 700 °C a criterio del OR, se pueden utilizar cables de puestas a tierra de menor calibre, siempre que la corriente de falla calculada sea menor a los valores antes citados y el tiempo de despeje sea tal que la temperatura en el conductor no supere los 700 ºC.
d. El productor debe entregar una guía de instalación, inspección y mantenimiento.
Requisitos de instalación
La puesta a tierra temporal debe instalarse de acuerdo con los siguientes requisitos:
a. El montaje debe hacerse de tal manera que los pies del liniero queden al potencial de tierra y que los conductores que se conectan a las LT tengan la menor longitud e impedancia posible.
b. La secuencia de montaje debe ser desde la tierra hasta la última fase y para desmontarlo debe hacerse desde las fases hasta la tierra.
c. En el evento que la línea esté o sea susceptible de interrumpirse en la estructura, se debe conectar a tierra en ambos lados de la estructura.