Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes

Electricidad. Electrotenia. Seguridad instalaciones eléctricas. Resistividad terrenos. Electrodos

  • Enviado por: Cesar Alfonso Barragan Garcia
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 62 páginas

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 3

“ESTANISLAO RAMÍREZ RUIZ”

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA PARA EDIFICIOS INTELIGENTES

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

ECATEPEC DE MORELOS, JUNIO 2003

ÍNDICE

RESUMEN 4

INTRODUCCIÓN 6

CAPITULO 1

CONCEPTOS GENERALES 8

CAPITULO 2

SISTEMAS DE TIERRA 10

  • Diferencia entre neutro y tierra 10

  • Concepto y objetivo de un sistema a tierra 10

  • Importancia de los sistemas de puesta a tierra en los

  • edificios inteligentes 11

  • Conexión a tierra de sistemas y circuitos para edificios inteligentes 12

  • Elementos de un sistema de puesta a tierra 12

  • Efectos fisiológicos de la corriente eléctrica 13

  • Factores que intervienen el accidente eléctrico 15

  • Valor de la resistencia ohmica del cuerpo 15

  • Tiempo de paso de la corriente eléctrica 16

  • Causas de accidentes eléctricos 16

  • CAPITULO 3

    RESISTIVIDAD DEL TERRENO 17

  • Definición de resistividad del terreno 17

  • Factores que afectan la resistividad del terreno 17

  • Naturaleza del terreno 17

  • Humedad 17

  • Temperatura 17

  • Salinidad 18

  • Estratigrafía 18

  • Compactación 18

  • Variaciones estacionales 18

  • CAPITULO 4

    RESISTENCIA A TIERRA 20

  • Definición de resistencia a tierra 20

  • Resistencia del electrodo a tierra 20

  • Variación de la resistencia según el área de los conductores 23

  • Conexión a tierra de instalaciones interiores a baja tensión 24

  • CAPITULO 5

    ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA 26

  • Tipos y configuraciones de electrodos de tierra 26

  • Tipos de electrodos 26

  • Naturaleza de los electrodos 30

  • Constitución de los electrodos artificiales 30

  • Constitución de los electrodos naturales 31

  • Configuraciones de electrodos 32

  • Anillo de tierra 33

  • Mallas 33

  • Electrodos para puesta a tierra en radio frecuencia (no en NOM) 34

  • Compuestos químicos 35

  • Conectores 37

  • Registros 38

  • CAPITULO 6

    MEDICIÓN DE LA RESISTEIVIDAD DEL TERRENO Y LA RESISTENCIA DE TIERRA 39

  • Mediciones 39

  • Principio de funcionamiento del medidor de resistencia a tierra 39

  • Medición de tierra 40

  • Medición de la resistencia de tierra por el método de

  • los tres puntos 42

  • Medición de la resistencia de tierra por el método de

  • los dos puntos 43

  • Medición de la resistencia de tierra por el método de la caída de tensión 43

  • Medición de la resistividad por el método de los cuatro puntos 44

  • Medición de la resistividad utilizando muestras de suelo 45

  • Recomendaciones para efectuar las mediciones 45

  • CAPITULO 7

    DIFERENTES ESQUEMAS Y DISPOSICIONES DE CONEXIÓN A

    TIERRA 47

  • Esquema convencional 47

  • Esquema de tierra aislada 47

  • Esquema de tierra aislada total 48

  • Esquema de malla de referencia 48

  • CAPITULO 8

    DETERMINACIÓN DEL CALIBRE DE LOS CONDUCTORES DEL SISTEMA DE TIERRA 50

    8.1 Conductor del electrodo de puesta a tierra 50

    CONCLUSIONES 59

    BIBLIOGRAFÍA 61

    RESUMEN

    Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y electrónicos a tierra, para evitar que se dañen nuestros equipos en caso de una corriente transitoria peligrosa.

    El objetivo de un sistema de puesta a tierra es:

  • El de brindar seguridad a las personas.

  • Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.

  • Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación.

  • La importancia de realizar una conexión a tierra en un edificio inteligente es mucha, ya que en estos edificios hay una gran cantidad de equipos electrónicos y una corriente indeseable o sobré tensión podría causar una pérdida muy costosa en estos equipos.

    Los fenómenos fisiológicos que produce la corriente eléctrica en el organismo humano dependen del valor de la intensidad de la corriente, tiempo de duración del contacto, callosidad, sexo, estado de epidermis, peso, altura, estado de animo, estado del punto de contacto a tierra.

    La resistividad del terreno se define como la resistencia que presenta 1 m3 de tierra, y resulta de un interés importante para determinar en donde se puede construir un sistema de puesta a tierra.

    En la resistividad del terreno influyen varios factores que pueden variarla, entre los mas importantes se encuentran: Naturaleza del Terreno, Humedad, Temperatura, Salinidad, Estratigrafía, Compactación y las Variaciones estaciónales.

    Es la resistencia que nos ofrece el terreno hacia la corriente en un sistema de puesta a tierra, esta resistencia depende de la resistividad del terreno y área de los conductores

    Para realizar un sistema de puesta a tierra se necesitan electrodos de tierra, los cuales existen de muchos tipos, algunos mejores que otros en ciertas características como el costo, entre otras.

    Los electrodos pueden ser artificiales o naturales. Se entiende por electrodos artificiales los establecidos con el exclusivo objeto de obtener la puesta a tierra, y por electrodos naturales las masas metálicas que puedan existir enterradas.

    De acuerdo con la norma oficial mexicana NOM-001-SEDE-1999 (250-81), el sistema de electrodos de puesta a tierra se forma interconectando los siguientes tipos de electrodos:

    • Tubería metálica de agua enterrada.

    • Estructura metálica del inmueble.

    • Electrodo empotrado en concreto.

    • Anillo de tierra.

    Algunos de los métodos que se pueden utilizar para realizar la medición de la resistencia a tierra son los siguientes: método de los dos puntos, método del 62 %, método de caída de potencial, método de los cuatro puntos, etc.

    Para medir la resistencia se utiliza un instrumento denominado telurómetro.

    Este aparato se basa en el método de compensación y funciona con un generador magneto de c.a., que lleva un transformador en serie de relación exacta, es decir, que la intensidad por el primario es siempre igual a la del secundario.

    La medición de resistencia a tierra de electrodos es una técnica que requiere conocer aparte del método de medición, algunos factores que afectan los resultados de las mediciones, y que son:

  • El tipo de prueba.

  • El tipo de aparato empleado.

  • El lugar físico de las puntas de prueba.

  • Por la importancia que ofrece, desde el punto de vista de la seguridad, cualquier instalación de toma de tierra, deberá ser obligatoriamente comprobada por los servicios oficiales (unidades verificadoras) al dar la instalación de alta para el funcionamiento.

    INTRODUCCIÓN

    La importancia de entender el comportamiento de la electricidad y cuales son sus aplicaciones, hoy en día es un hecho que todas la personas se ven involucradas de cualquier modo con electricidad tanto en sus casas como en el trabajo. De ahí surge la importancia que tiene las protecciones tanto para el hombre como para los aparatos eléctricos.

    Este trabajo esta enfocado solo a una parte muy importante de las protecciones de electricidad como son las protecciones de puesta a tierra.

    Como se vera en los capítulos de este trabajo existen normas que fiscalizan la importancia de la puesta a tierra y tienen por misión entregar parámetros a los usuarios para asegurar una buena puesta a tierra.

    También se conocerán conceptos básicos como son los términos y lenguaje de ésta parte de la electricidad.

    Por la importancia de los sistemas de puesta a tierra, es necesario conocer la mayor cantidad de factores que hacen variar la resistencia del sistema. Algunos de estos factores pueden ser: las condiciones climatologiítas, estratigrafía, compactación del terreno, características físicas del electrodo de conexión a tierra, etc.

    Debido a lo antes mencionado es que surge la necesidad de crear mejores sistemas de puesta a tierra y mejores instrumentos que midan las características del terreno en donde se va a instalar un sistema de puesta a tierra.

    Es muy importante contar con instrumentos de alta precisión para poder entender cual es el comportamiento de la tierra. Por eso este trabajo primero hace una mención de los elementos y la importancia de un sistema de puesta a tierra, así como algunos de los métodos mas usados para poder realizar mediciones de la resistencia del terreno.

    Otro tema importante mencionado en este trabajo son las características de los diferentes tipos de electrodos que hay para la conexión a tierra, así como las configuraciones de electrodos mas usadas para la instalación de un sistema de puesta a tierra.

    También se mencionaran los esquemas de conexión a tierra.

    Otro aspecto importante que se menciona en este trabajo son las características que debe tener el conductor de sistema a tierra, como son: la sección transversal, longitud, material, etc.

    CAPITULO 1. CONCEPTOS GENERALES

    En este capitulo se darán las definiciones de los conceptos más esenciales que se deben conocer para poder entender el lenguaje de un sistema de puesta a tierra.

    A continuación se presentan los conceptos mas comunes, de acuerdo a la NOM-001- SEDE-1999:

    CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA

    Es aquel conductor de un circuito que se conecta a tierra intencionalmente. Este conductor garantiza la conexión física entre las partes metálicas expuestas a alguna falla y la tierra. Por medio de este conductor circula la corriente no deseada hacia la tierra.

    ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA

    Es un cuerpo metálico conductor desnudo que va enterrado y su función es establecer el contacto con la tierra física.

    PUETE DE UNION

    Este puente es un conductor que nos sirve para proporcionar la conductividad eléctrica entre partes de metal que requieren ser conectadas eléctricamente.

    RED DE TIERRA

    Es la porción metálica subterránea de un sistema aterrizado que dispara hacia la tierra todo flujo de corriente no deseado. Esta red se puede componer de varias mallas interconectadas.

    RESISTENCIA DE TIERRA

    Es la resistencia que nos ofrece el terreno hacia la corriente en un sistema de puesta a tierra, esta resistencia depende de la resistividad del terreno y área de los conductores

    RESISTIVIDAD DEL TERRENO

    Es la propiedad del terreno que se opone al paso de la corriente eléctrica, la resistividad varia de acuerdo a las características del terreno.

    SISTEMA DE TIERRA

    Son varios conductores desnudos que se interconectan con una o varias mallas o electrodos enterrados.

    SUPRESOR DE PICOS

    No son mas que elementos de protección contra sobretensiones transitorias.

    TIERRA AISLADA

    Es un conductor de tierra con aislamiento que se conecta a algún equipo ,este conductor se coloca en la misma soportería donde se encuentran los cables de energía.

    CAPITULO 2. SISTEMAS DE TIERRA

    2.1 Diferencia entre neutro y tierra

    La diferencia de estos dos elementos es que el neutro lo usamos como regreso de nuestra línea de alimentación o en otras palabras es por donde pasa la corriente de regreso a los postes de suministro eléctrico.

    Por otro lado la conexión a tierra, es la conexión que usamos para que circule la corriente no deseada o descargas eléctricas hacia tierra para evitar que dañen a equipos eléctricos, electrónicos e incluso a personas, explicado de otra forma es la conexión que usamos para la protección personal y de equipos contra sobre tensiones o descargas eléctricas de cualquier tipo.

    2.2 Concepto y objetivo de un sistema de puesta a tierra

    Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y electrónicos a tierra, para evitar que se dañen los equipos en caso de una corriente transitoria peligrosa, o también que por falta de aislamiento en uno de los conductores y al quedar en contacto con las placas de los contactos y ser tocados por alguna persona pudiera ocasionarle lesiones o incluso la muerte.

    Por estas razones, se recomienda que se realicen las instalaciones de puesta a tierra por que la corriente siempre busca el camino mas fácil por donde poder pasar, y al llegar a tierra se disipa por esta esto si se tiene una resistividad muy baja en el terreno donde se realizo la instalación.

    El objetivo de un sistema de puesta a tierra es:

    El de brindar seguridad a las personas

    Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.

    Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación.

    Mejorar calidad del servicio

    Disipar la corriente asociada a descargas atmosféricas y limitar las sobre tensiones generadas.

    Dispersar las cargas estáticas a tierra.

    El símbolo de puesta a tierra que se muestra a continuación es reconocido internacionalmente:

    Símbolo IEC numero 5019

    2.3 Importancia de los sistemas de puesta a tierra en los edificios inteligentes

    Como se acaba de mencionar la importancia de realizar una conexión a tierra en un edificio inteligente es mucha, ya que en estos edificios hay una gran cantidad de equipos electrónicos y una corriente indeseable o sobré tensión podría causar una perdida muy costosa en estos equipos. Además estos edificios normalmente son ocupados por una gran cantidad de personas y si un cable que no este bien aislado hiciera contacto con la carcasa de algún contacto o algún material conductor que este expuesto al personal del edificio podría ocasionar algún accidente.

    Otra razón por la que debe instalarse un sistema de puesta a tierra eficiente en un edificio es para evitar que las descargas atmosféricas caigan en lugares indeseados y puedan ocasionar algún accidente o dañar nuestros equipos, esto se logra mediante sistemas de pararrayos los cuales deben conectarse directo a tierra, es decir, el conductor que se use para la instalación del pararrayos no debe estar conectado a ningún otro equipo del edificio.

    Mucha personas piensan que al instalar un pararrayos este atraerá los rayos a sus viviendas pero esto es un gran error ya que lo único que se hace es proporcionar un camino por donde guiar a los rayos (por así decirlo), y de este modo evitar que caigan en alguna otra parte y nos ocasionen daños.

    2.4 Conexión a tierra de sistemas y circuitos para edificios inteligentes

    La forma en que debe de conectarse una instalación eléctrica a un sistema de puesta a tierra es mediante un cable que ese conectado a un electrodo que este en contacto con la tierra, es decir que este electrodo se encuentre enterrado. Según la Norma Oficial Mexicana de Instalaciones Eléctricas NOM-001-SEDE-1999, este electrodo debe de estar enterrado a 3m de profundidad para asegurar el contacto con el terreno (además de que a esta profundidad hay mas humedad).

    El conductor que se use para la instalación de puesta a tierra no debe de estar seccionado, es decir debe procurarse que sea un conductor continuo para asegurar la conexión a tierra, en caso de que tuviese que seccionar el conductor se recomienda que las uniones sean soldadas esto con el fin de que haya un buen contacto ente los conductores que estemos usando.

    También es recomendable que el cable usado para la instalación del sistema de puesta a tierra, sea un cable desnudo, en el caso de que se decida usar un cable forrado, por norma este conductor debe ser color verde con el fin de poder identificarlo mas fácilmente de los cables de neutro y fase, por si se necesita hacer mantenimiento en el sistema de puesta a tierra.

    2.5 Elementos de un sistema de puesta a tierra

    Los elementos que usamos para efectuar una instalación de puesta a tierra son los siguientes:

    Electrodos: Estas son varillas (generalmente de cobre) que sean resistentes a la corrosión por las sales de la tierra, que van enterradas a la tierra a una profundidad de 3m para servirnos como el elemento que nos disipara la corriente en la tierra en caso de alguna falla de nuestra instalación o de alguna sobrecarga, las varillas mas usadas para este tipo de instalaciones son las varillas de marca copperwell ya que son las que cumplen con las mejores características.

    Conductor o cable: este como ya se había mencionado es el que nos permitirá hacer la conexión de nuestro electrodo hacia las demás partes dentro de nuestro edificio. Debe procurarse que este cable no sea seccionado y en caso de ser necesario debe preferentemente ser soldado para poder asegurarse de su contacto y continuidad del sistema de conexión, pero hay que aclarar que no se puede usar cualquier soldadura sino que debe usarse soldadura exotérmica, ya que al calentar el cobre del conductor este puede dañarse y ya no tendría un buen contacto con la soldadura que se le coloque.

    Otra cosa importante sobre este conductor es de que debe procurarse usar un cable desnudo para que todas las partes metálicas de la instalación queden conectadas a tierra. En el caso de que se use un cable con aislante este debe ser color verde para poder distinguirlo de los otros cables.

    2.6 Efectos fisiológicos de la corriente eléctrica

    Los fenómenos fisiológicos que produce la corriente eléctrica en el organismo humano dependen del valor de la intensidad de la corriente, tiempo de duración del contacto, callosidad, sexo, estado de epidermis, peso, altura, estado de animo, estado del punto de contacto a tierra.

    Respecto al concepto de alta o baja tensión, se debe de tener en cuenta que la corriente eléctrica provoca la muerte por fibrilación ventricular, al contrario de la de alta tensión, que lo hace por la destrucción de los órganos o por asfixia, debido al bloqueo del sistema nervioso.

    Estos efectos fisiológicos sobre el cuerpo humano varían en función del valor de la intensidad, de acuerdo a la tabla 1:

    INTENSIDAD

    EFECTOS FISIOLOGICOS

    1 a 3 mA

    Prácticamente imperceptibles. No hay riesgo

    De 5 a 10 mA

    Contracciones involuntarias de músculos y pequeñas alteraciones del sistema nervioso

    De 10 a 15 mA

    Principio de tetanización muscular, contracciones violentas e incluso permanentes de las extremidades

    De 15 a 30 mA

    Contracciones violentas e incluso permanentes de la caja toráxica. Alteración del ritmo cardiaco

    Mayor de 30 mA

    Fibrilación ventricular cardiaca

    Tabla 1. Efectos fisiológicos de la corriente eléctrica

    Todos estos valores y efectos pueden variar según el tiempo que dure el paso de la corriente eléctrica. Los valores máximos de intensidad y corriente son:

    Para tiempos inferiores a 150 milisegundos no hay riesgo, siempre que la intensidad no supere los 300 mA

    Para tiempos superiores a 150 milisegundos no hay riesgo, siempre que la intensidad no supere los 30 mA

    La fibrilación ventricular del corazón es una acción independiente de las fibras musculares cardiacas, que produce una contracción incoordinada y que entraña la supresión inmediata de la actividad fisiológica del corazón.

    Al no poder circular la sangre oxigenada, y en particular, no llegar al cerebro, se producen lesiones cerebro bulbares graves.

    Esto no alerta sobre la rapidez con que debe interrumpirse el paso de la corriente por el organismo. Existen otros fenómenos fisiológicos producidos por la intensidad de la corriente eléctrica o por el trayecto seguida por esta que pueden conducir a la muerte; lesiones encefálicas, bloqueo de la epiglotis, laringoespasmo, espasmo coronario, y shock global.

    Otra manifestación que puede provocar la corriente eléctrica en el cuerpo humano es la quemadura, generada de dos formas distintas:

    Accidentes producidos por cortocircuitos: provocan radiaciones originadas por el arco eléctrico que dan lugar a lesiones por quemaduras.

    Accidentes producidos por diferentes acoplamientos eléctricos: provocan quemaduras internas y externas en el cuerpo.

    2.6.1 Factores que intervienen en el accidente eléctrico:

    Valor de la intensidad de la corriente eléctrica

    Valor de la tensión

    Tiempo de paso de la corriente eléctrica

    Valor de la resistencia ohmica que presenta el organismo

    La trayectoria que siga la corriente por el organismo

    Naturaleza de la corriente

    Valor de la frecuencia en el caso de c.a.

    Capacidad de reacción del organismo

    De estos factores se destacan:

    Valor de la intensidad de la corriente eléctrica

    Se suele llamar también “umbral absoluto de intensidad” y representa la máxima intensidad que puede soportar una persona sin peligro, independientemente del tiempo que dure su exposición a la corriente. Se fija para la corriente eléctrica alterna de frecuencia 50 Hz entre 10 y 30 mA, según el sexo y edad de la persona.

    2.6.2 Valor de la resistencia ohmica del cuerpo

    Diversos estudios experimentales demuestran que la impedancia del cuerpo humano es siempre resistiva pura. Sea comprobado que para corriente alterna cuya frecuencia sea superior a 10kHz. No provoca mas efectos que el de calentar los tejidos por donde paso la corriente.

    En lo que a baja tensión respecta se puede considerar el comportamiento de los dipolos del cuerpo humano aproximadamente lineal. El valor de la resistencia en cada uno de ellos depende de diversas circunstancias. La mas importante es la humedad de la piel, que llega a valores de 100000 ohms cuando esta seca y desciende considerablemente en estado de humedad.

    2.6.3 Tiempo de paso de la corriente eléctrica

    Se denomina “umbral absoluto de tiempo” y representa el tiempo en que una persona puede soportar el paso de la corriente eléctrica sin peligro, en baja tensión, de intensidad por su cuerpo

    2.6.4 Causas de accidentes eléctricos

    Falta de prevención

    Exceso de confianza

    Fallas técnicas

    Fallas humanas

    Imprudencia

    Ignorancia

    Hay una formula que puede usarse para calcular la cantidad de corriente que pasa a través del cuerpo y es la siguiente:

    I = K/t

    En donde:

    K = es una constante para hombres y mujeres y sus valores son los siguientes

    K = 0.116 para mujeres (50Kg)

    K = 0.157 para hombres (70Kg)

    t = tiempo en segundos

    Son por estos motivos que resulta necesario tomar las medidas de seguridad necesarias para evitar este tipo de accidentes y contar con un sistema de puesta a tierra eficiente podemos evitar muchas lesiones ocasionadas por la corriente eléctrica, ya que en la actualidad casi todas nuestras actividades están vinculadas con el uso de la electricidad.

    CAPITULO 3. RESISTIVIDAD DEL TERRENO

    3.1 Definición de resistividad del terreno

    La resistividad del terreno se define como la resistencia que presenta 1 m3 de tierra, y resulta de un interés importante para determinar en donde se puede construir un sistema de puesta a tierra.

    3.2 Factores que afectan la resistividad del terreno

    En la resistividad del terreno influyen varios factores que pueden variarla, entre los mas importantes se encuentran: naturaleza del terreno, humedad, temperatura, salinidad, estratigrafía, compactación y las variaciones estaciónales.

    3.2.1 Naturaleza del Terreno:

    Esta se refiere a que la resistividad varia según el tipo de terreno, es decir se tiene una resistividad mas elevada en un terreno rocoso que en uno donde haya arena.

    3.2.2 Humedad:

    Aquí varia la resistividad según la humedad del terreno, mientras mas húmedo sea éste mas baja será la resistividad del terreno y mientras mas seco este el terreno mayor será la resistividad de éste, es por esta razón que debe procurarse un terreno un poco mas húmedo para obtener mejores valores

    3.2.3 Temperatura:

    Aquí también la temperatura afecta en las mediciones ya que el calor crea una resistencia en el terreno, ya que es como si se tuviera un terreno seco. Y por el contrario a temperaturas muy bajas la poca humedad que hay en el terreno puede congelarse (solo la superficie del agua), y como se sabe el hielo no es un buen conductor por lo que se eleva la resistividad del terreno.

    3.2.4 Salinidad:

    Como se sabe el agua por si sola no conduce la electricidad pero con sales se convierte en un excelente conductor, es por esto que mientras mas sales contenga el terreno y este húmedo mas bajo serán los valores de resistividad.

    3.2.5 Estratigrafía:

    Esta afecta por el exceso de rocas y piedras de tamaño considerable en un terreno ya que las rocas y piedras provocan una mayor resistencia en el terreno.

    3.2.6 Compactación:

    Aquí la resistividad disminuye mientras mas compactado este un terreno ya que cuando no esta bien compacto hay pequeños espacios de aire los cuales impiden que la corriente eléctrica se pueda esparcir por el terreno.

    3.2.7 Variaciones estaciónales:

    Las estaciones también intervienen en el valor de la resistividad de un terreno ya que en una estación calurosa como lo es primavera el terreno estará mas seco que si se tuviera una estación con muchas lluvias y por esto los valores cambiarían según la estación del año en que nos encontremos es por esto que se recomienda hacer varias mediciones en diferentes estaciones del año para determinar la resistividad promedio.

    Debido a la uniformidad del terreno, cuando se mide la resistividad del terreno en un punto, por cualquier método, el valor que se obtiene es llamado resistividad media o aparente. Por esto se recomienda hacer varias mediciones en el terreno en diferentes posiciones y después sacar un promedio de estas para obtener un valor de resistividad mas exacto.

    CAPITULO 4. RESISTENCIA A TIERRA

    4.1 Definición de resistencia a tierra

    La resistencia a tierra se puede definir como la resistencia que ofrece un sistema de tierra al paso de la corriente eléctrica. Este valor de resistencia depende de la resistividad del terreno, las características físicas del electrodo a tierra (diámetro, área, longitud, etc.), también de la longitud y el área de los conductores.

    El valor de resistencia a tierra es la resistencia ohmica entre un conductor puesto a tierra y un punto a potencial cero.

    4.2 Resistencia del electrodo de tierra.

    La resistencia de tierra de un electrodo depende de sus dimensiones, de su forma y de la resistividad del terreno en el que se establece. Esta resistividad varía frecuentemente de un punto a otro del terreno, y varía también con la profundidad.

    La Tabla 2 da, a título de orientación, unos valores de la resistividad para un cierto número de terrenos. Con el fin de obtener una primera aproximación de la resistencia de tierra, los cálculos pueden efectuarse utilizando los valores medios indicados en la Tabla 3.

    Bien entendido que los cálculos efectuados a partir de estos valores no dan más que un valor muy aproximado de la resistencia de tierra del electrodo. La medida de resistencia de tierra de este electrodo puede permitir, aplicando las fórmulas dadas en la Tabla 4, estimar el valor medio local de la resistividad del terreno; el conocimiento de este valor puede ser útil para trabajos posteriores efectuados en unas condiciones análogas.

    NATURALEZA DEL TERRENO

    RESISTIVIDAD EN OHM*M

    Terrenos pantanosos

    de algunas unidades a 30

    Limo

    20 a 100

    Humus

    10 a 150

    Turba húmeda

    5 a 100

    Arcilla plástica

    50

    Margas y arcillas compactas

    100 a 200

    Margas del jurásico

    30 a 40

    Arena arcillosa

    50 a 500

    Arena silícea

    200 a 3.000

    Suelo pedregoso cubierto de césped

    300 a 500

    Suelo pedregoso desnudo

    1500 a 3.000

    Calizas blandas

    100 a 300

    Calizas compactas

    1000 a 5000

    Calizas agrietadas

    500 a 1000

    Pizarras.

    50 a 300

    Rocas de mica y cuarzo

    800

    Granitos y gres procedente de alteración

    1.500 a 10.000

    Granitos y gres muy alterados

    100 a 600

    Tabla 2. Valores de resistividad de algunos materiales

    Naturaleza del terreno

    Valor medio de la resistividad en Ohm*m

    Terrenos cultivables y fértiles, terraplenes compactos y húmedos

    50

    Terraplenes cultivables poco fértiles y terraplenes

    500

    Suelos pedregosos desnudos, arenas secas permeables..

    3.000

    Tabla 3. Valores de resistividad de algunos suelos

    Electrodo

    Resistencia de la tierra en ohm

    Placa enterrada

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Pica vertical

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Conductor enterrado horizontalmente

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Tabla 4. Como obtener la resistencia de un electrodo

    R, resistividad de terreno (ohm*m)

    P, perímetro de la placa (m)

    L, longitud de la pica del conductor (m)

    4.2.1 Variación de la resistencia según el área de los conductores

    A) En función a su profundidad

    A través de la expresión mostrada en la figura 1 que se muestra abajo, se puede calcular los efectos de la variación de la resistencia de tierra en función de la profundidad alcanzada por un electrodo.

    Figura 1. En función de su profundidad

    La norma de instalaciones eléctricas (NOM 001) especifica que la profundidad mínima de enterrado de una varilla debe ser de 2.4 metros (8 pies).

    Para varillas de acero de sección circular, se requiere que su diámetro no sea menor a 1.59 cm (5/8”) y para varillas de cobre o de acero recubiertas de cobre el diámetro mínimo debe de ser de 1.27 cm (1/2”), para terrenos duros como el tepetate es recomendable varillas con un diámetro de 1.91 cm (3/4”).

    B) En función del diámetro:

    Ciertamente, la resistencia de un electrodo de sección circular se reduce al incrementarse su diámetro, sin embargo tiene un limite en el que ya no es recomendable aumentarlo debido a que el valor de la resistencia del terreno permanece prácticamente constante.

    De acuerdo con la figura 2 que se muestra mas adelante, se puede calcular y graficar los valores de la resistencia en función al diámetro del electrodo.

    Figura 2. en función del diámetro

    Un ejemplo de lo anterior es usando los siguientes datos:

    Resistividad del terreno (  ) = 1000 .cm

    Electrodo tipo varilla copperweld: Longitud = 300 cm

    Diámetro = 1.584 cm

    Radio = 0.7935 cm

    Sustituyendo los datos en la expresión mencionada, el primer resultado es R = 33.5 , sin embargo si duplicamos el diámetro del electrodo, el nuevo resultado será R = 29.8  que solo representa una reducción del 11%, y si lo aumentamos 20 veces el diámetro original el valor obtenido será R = 17.6  lo que representa solo una reducción del 47.4 %.

    Es por esto que se puede decir que no es recomendable invertir en electrodos de gran diámetro, ya que no se reduce considerablemente la resistencia, por lo cual deberán practicarse otros métodos.

    4.3 Conexión a tierra de instalaciones interiores a baja tensión

    Deberán conectarse a tierra toda parte metálica al descubierto, que forma parte de un equipo que no transporte corriente, pero que tenga posibilidades de ser recorrida por una corriente, debe ser puesta a tierra. Se exceptuarán de esta exigencia los siguientes casos:

    Cubiertas de interruptores o disyuntores accesibles exclusivamente a personal calificado.

    Armaduras metálicas de dispositivos calentados eléctricamente, aprobados por el laboratorio de superintendencia, para el uso den dichas condiciones, siempre que esta armadura esté convenientemente aislada de tierra.

    Métodos portátiles que funcionen a menos de 100 w.

    Equipos eléctricos alimentados a través de transformadores de aislamiento.

    Deberán conectarse a tierra, los siguientes equipos no eléctricos:

    Armaduras y rieles de grúas accionadas eléctricamente.

    Los cables de tracción de ascensores eléctricos.

    Todo otro equipo similar.

    CAPITULO 5. ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA

    5.1 Tipos y configuraciones de electrodos de tierra

    Para realizar un sistema de puesta a tierra se necesitan electrodos de tierra, los cuales existen de muchos tipos, algunos mejores que otros en ciertas características como el costo, entre otras.

    Cuando se instala un electrodo de tierra, es común tener un registro, el cual puede ser de un pedazo de un tubo de albañal o bien, construir un registro. El objetivo de tener este registro es para poder ubicar el lugar donde se encuentra con facilidad y para que después de un cierto tiempo se le pueda dar mantenimiento. (el uso de un registro es opcional).

    5.1.1 Tipos de electrodos

    Como se mencionaba anteriormente los electrodos de tierra se pueden encontrar en diferentes tamaños, formas, y con diferentes características. A continuación se describen los tipos de electrodos más comunes:

    a) Varilla Copperweld.

    Esta varilla es una de las mas usadas, ya que es de bajo costo de material. Este tipo de electrodo esta hecho de acero y recubierto de una capa de cobre, su longitud es de 3.05 metros y un diámetro de 16 milímetros. Esta varilla se debe enterrar en forma vertical y a una profundidad de por lo menos 2.4 metros, esto por norma. También por norma se acepta que la varilla vaya enterrada en forma horizontal, siempre y cuando sea en una zanja de mínimo 80cm de profundidad, pero no es muy recomendable. La varilla copperweld no tiene mucha área de contacto, pero sí una longitud considerable, con la cual es posible un contacto con capas de tierra húmedas, lo cual se obtiene un valor de resistencia bajo.

    Figura 3. Detalle de instalación de electrodo de tierra tipo varilla Copperweld

    b) Varilla.

    Este tipo de electrodo de tierra tiene un área de contacto mas grande que la varilla copperweld, por lo que no necesita mucha longitud. Este electrodo se forma por un perfil de acero galvanizado, y puede ser en forma de cruz, de ángulo recto o en te. (figura 4).

    figura 4. Picas o Jabalinas.

    c) Rehilete.

    Este electrodo se forma de dos placas de cobre cruzadas, las cuales van soldadas. Este tipo de electrodo es bueno para terrenos donde es difícil excavar, ya que tiene mucha área de contacto.

    d) Placa.

    Debido a que este electrodo tiene una gran área de contacto es recomendado en terrenos que tengan alta resistividad. Según el artículo 250-83 debe tener un área de por lo menos 2000cm² y un espesor mínimo de 6.4mm en materiales ferrosos y mínimo de 1.52mm en materiales no ferrosos.

    e) Electrodo en estrella.

    Este tipo de electrodo se puede hacer con cable de cobre desnudo con ramificaciones de 60° de ángulo. Estos electrodos se utilizan en el campo, ya que por la longitud del cable se obtiene un valor de resistencia menor.

    f) Electrodo de anillos.

    Este electrodo consiste en una espira de cable de cobre desnudo, con un diámetro mínimo de 33.6mm² y una longitud mínima de 6m en contacto con la tierra, también el articulo 250-81 establece que debe tener una profundidad de por lo menos 80cm, así como también dice que se le pueden conectar electrodos.

    g) Malla.

    La malla se hace armando una red de conductores de cobre desnudos, esta malla se puede mejorar con algunos electrodos. Esta malla es muy utilizada en las subestaciones eléctricas, ya que reduce el riesgo de descargas.

    h) Placa estrellada.

    Este tipo de electrodo es una placa que tiene varias puntas en su contorno, esta se conecta por medio de una barra atornillable. Su principal ventaje es que ayuda a que se disipe la energía a través de sus puntas.

    i) Electrodo de varillas de hierro o acero.

    Prácticamente este electrodo son las varillas que se aprovechan en la construcción de algún edificio, las varillas deben tener por lo menos 16mm de diámetro.

    j) Electrodo de tubo metálico.

    Este tipo de electrodo puede ser la tubería metálica del agua. El diámetro debe ser de mínimo 19mm, si el tubo es de acero o hierro tiene que tener una cubierta de otro metal para que lo proteja de la corrosión, la tubería debe estar enterrada por lo menos 3m.

    k) Electrodo empotrado en concreto.

    Este tipo de electrodo se debe encontrar en una cimentación que este enterrada y tenga una longitud de por lo menos 6m, con varillas desnudas con 13mm de diámetro mínimo. El electrodo debe estar incrustado en concreto como mínimo 5 cm.

    l) Electrodo de aluminio.

    Los electrodos de aluminio según el articulo 250-83 no están permitidos, ya que el aluminio se corroe rápidamente al estar en contacto con la tierra.

    m) Electrodo horizontal o contra-antena.

    El electrodo horizontal es un conductor de cobre desnudo enterrado de forma horizontal en una zanja de 50cm mínimo de profundidad, se pueden hacer varias configuraciones, pero la mas utilizada es la línea recta. Su principal inconveniente es que la excavación es muy costosa.

    n) Electrodo profundo.

    Este tipo de electrodo no es mas que una varilla copperweld unida a un conductor de cobre desnudo de gran longitud. Este electrodo es utilizado en terrenos donde haya mucha roca, se hace una perforación vertical profunda hasta encontrar las capas húmedas de la tierra, ya que la humedad aumenta la conductividad.

    o) Electrodo en espiral.

    El electrodo en espiral es un cable de cobre denudo en espiral de diferentes diámetros y enterrados a diferentes profundidades para hacer contacto con las diferentes capas de la tierra.

    p) Electrodos químicos.

    Los electrodos químicos son aquellos electrodos a los que se les adiciona algún compuesto químico para aumentar la conductividad y de esta forma disminuir el valor de resistencia.

    De acuerdo a pruebas que se han realizado a los electrodos mencionados anteriormente se puede decir que el mas utilizado es la varilla copperweld, gracias a su gran eficiencia y bajo costo de material e instalación.

    5.2 Naturaleza de los electrodos

    Los electrodos pueden ser artificiales o naturales. Se entiende por electrodos artificiales los establecidos con el exclusivo objeto de obtener la puesta a tierra, y por electrodos naturales las masas metálicas que puedan existir enterradas.

    Para las puestas a tierra se emplearan principalmente electrodos artificiales. No obstante los electrodos naturales que existirán en la zona de una instalación y que presenten y aseguren un buen contacto permanente con el terreno, pueden utilizarse bien solos o conjuntamente con otros electrodos artificiales. En general, se puede prescindir de éstos cuando su instalación presente serias dificultades y cuando los electrodos naturales cumplan los requisitos anteriormente señalados con sección suficiente y la resistencia de tierra que se obtenga con los mismos presente un valor adecuado.

    5.2.1 Constitución de los electrodos artificiales

    Los electrodos podrán estar constituidos por:

    Electrodos simples constituidos por barras, tubos, placas, cables, pletinas u otros perfiles.

    - Anillos o mallas metálicas constituidos por elementos indicados anteriormente o por combinaciones de ellos.

    Los electrodos serán de metales inalterables a la humedad y a la acción química del terreno, tal como el cobre, el hierro galvanizado, hierro sin galvanizar con protección catódica o fundición de hierro. Para este último tipo de electrodos, las secciones mínimas serán el doble de las secciones mínimas que se indican para los electrodos de hierro galvanizados.

    Sólo se admite los metales ligeros, cuando sus resistencias a la corrosión son netamente superiores a la que presentan, en el terreno que se considere, el cobre o el hierro galvanizado.

    La sección de un electrodo no debe ser inferior a la sección del conductor que constituye la línea principal de tierra.

    5.2.2 Constitución de los electrodos naturales

    Los electrodos naturales puedan estar constituidos por:

    a) Una red extensa de conducciones metálicas enterradas, siempre que la continuidad de estas conducciones quede perfectamente asegurada, y en el caso de que las conducciones pertenezcan a una distribución pública o privada, haya acuerdo con los distribuidores correspondientes. Se prohíbe utilizar como electrodos las canalizaciones de gas, de calefacción central y las conducciones de desagüe, humos o basuras.

    b) La cubierta de plomo de los cables de una red eléctrica de baja tensión enterrada, con la condición de que la continuidad de la cubierta de plomo esté perfectamente asegurada y, en el caso de que la red pertenezca a una distribución pública, haya acuerdo con el distribuidor.

    c) Los pilares metálicos de los edificios, si están interconectados, mediante una estructura metálica, y enterrados a cierta profundidad.

    El revestimiento eventual de hormigón no se opone a la utilización de los pilares metálicos como tomas de tierra y no modifica sensiblemente el valor de su resistencia de tierra.

    5.3 Configuraciones de electrodos

    Como ya se menciono, la varilla copperweld es el electrodo mas utilizado debido a sus características, también ya mencionadas. El objetivo de este electrodo es estar en contacto con las capas húmedas de la tierra, y para lograrlo se recomienda instalarla en forma vertical, enterrada por lo menos 2.4m (figura 5), con esto se debe obtener un valor de resistencia bajo, si no se logra con una varilla se pueden colocar mas varillas conectadas por medio de conductor de cobre desnudo en diferentes configuraciones y un espaciado de por lo menos la longitud del electrodo.

    Figura 5. Instalación.

    Los electrodos que se unan eléctricamente se deben considerar como un solo electrodo. Por norma la separación mínima entre los electrodos debe ser de 1.83m.

    En la tabla 5 se muestra el porcentaje en que se disminuye el valor de resistencia de acuerdo a diferentes configuraciones de electrodos.

    Numero de electrodos

    Valor original

    El valor original se reduce al

    Un solo electrodo

    100%

    Dos electrodos en línea

    55%

    Tres electrodos en línea

    38%

    Tres electrodos en triángulo

    35%

    Cuatro electrodos en simetría

    28%

    Ocho electrodos en simetría

    16%

    Tabla 5. Porcentaje de reducción del valor resistivo en función del tipo de configuración

    5.3.1 Anillo de tierra

    Un anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo, de sección transversal no menor al calibre 2 AWG y de longitud no menor a 6 m enterrado a una profundidad de 800 mm y, que rodee al edificio o estructura.

    Estos anillos de tierra se emplean frecuentemente circundando una fábrica o un sitio de comunicaciones, para proveer un plano equipotencial alrededor de edificios y equipos.

    5.3.2 Mallas

    La norma oficial mexicana de instalaciones eléctricas requiere de un sistema enmallado de tierra con múltiples electrodos y conductores enterrados, cuando están involucradas tensiones y corrientes eléctricas muy altas, con el fin de minimizar los riesgos al personal en función de la tensión eléctrica de paso y de contacto [921-18]

    La malla consta de una red de conductores enterrados a una profundidad que usualmente varía de 0,30 a 1,0 m, colocados paralela y perpendicularmente con un espaciamiento adecuado a la resistividad del terreno y preferentemente formando retículas cuadradas.

    El cable que forma el perímetro exterior de la malla debe ser continuo de manera que encierre toda el área en que se encuentra el equipo eléctrico de la subestación o planta generadora. Con ello, se evitan altas concentraciones de corriente y gradientes de potencial en el área y terminales cercanas [921-25).

    En cada cruce de conductores de la malla, éstos deben conectarse rígidamente con soldadura exotérmica entre sí y en los puntos donde se conectan los equipos que pudieran presentar falla o, en las esquinas de la malla, los conductores deben conectarse a electrodos de varilla o tubo de 2,4 m de longitud mínima, clavados verticalmente.

    Los cables que forman la malla deben colocarse preferentemente a lo largo de las hileras de estructuras o equipo para facilitar la conexión a los mismos, ya que es una práctica común de ingeniería aterrizar a dos cables diferentes todos los equipos.

    Los conectores empleados en la malla del sistema de tierras de una subestación deben ser de tipo de compresión o soldables.

    Figura 6. Malla.

    5.4 Electrodos para puesta a tierra en radio frecuencia (no en NOM).

    En el caso de torres de radiodifusión, se emplean cables en configuración de estrella (radiales) para su puesta a tierra. Y, se ha encontrado más efectivo tener conectados los cables en un punto que tener múltiples anillos rodeando el sitio.

    Esos cables radiales pueden ser menores a 30 m de largo si el suelo es adecuado.

    Los cables dispersan la energía de las descargas muy eficientemente. Como la corriente se divide en proporciones iguales en los cables radiales, entre más cables, menor corriente los circula. Y, una baja corriente es más fácil de disipar y tendrá menor impacto en la elevación del potencial de tierra del sistema.

    En el artículo 10.3 se describe la resistencia a tierra (teórica) de estos electrodos en sus distintas configuraciones.

    5.5 Compuestos químicos

    El problema de lograr una resistencia baja en la roca así como en otros suelos de alta resistividad, está asociada con el material en contacto con el electrodo y la compactación que éste recibe al rellenar el agujero.

    El relleno ideal debe compactarse fácilmente, ser no corrosivo y a la vez buen conductor eléctrico. La bentonita entre otros compuestos como el sulfato de magnesio o de sulfato de cobre, o de compuestos químicos patentados (THOR GEL, GEM, etc.) cumple con esos requisitos.

    La bentonita es una arcilla consistente en el mineral montmorillonita, un silicato de aluminio, y tiene la particularidad de absorber hasta cinco veces su peso de agua y de hincharse hasta 13 veces su volumen seco. Y tiene una resistividad de 2.5 ohm-m con humedad del 300%.

    Aparte del relleno con alguno de los compuestos mencionados, existen otros métodos químicos más. En el primero, en un registro junto a la varilla se colocan unos 30 cm de los compuestos. (figura 7).

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Figura 7. Compuestos químicos

    Este método es efectivo donde hay poco espacio como en banquetas o estacionamientos.

    El otro método es excavar una zanja alrededor de la varilla y llenarla con unos 20 o 40kg de los compuestos químicos mencionados arriba, diluyendo con agua. (figura 8).

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Figura 8. Compuestos químicos

    La primera carga dura unos 2 o 3 años y, las posteriores aún más, por lo que el mantenimiento es menos frecuente con el tiempo.

    Por último, se puede utilizar uno de los cementos puzolánicos grafíticos conductores (EarthLink 101, etc.) de la siguiente manera: se cubre el cable del electrodo [4/0 AWG] colocado horizontalmente en una zanja de unos 75 cm de profundidad, con una capa de cemento seco de unos 5 cm de grueso y 50 cm de ancho. Con el tiempo, el cemento toma la humedad del suelo y endurece. Este método desarrollado en Japón en los 70s, tiene la ventaja que no requiere mantenimiento, es antirrobo, y por el tipo de material, no se corroen los cables con el tiempo. Y, se adapta perfectamente a los lugares donde la capa superficial es poco profunda y de alta resistividad

    5.6 Conectores

    Los conectores de conductores de puesta a tierra con los electrodos pueden ser del tipo de soldadura exotérmica, conectores a presión, abrazaderas u otros medios aprobados {250-115}, ver figura 9. Y no deben tener soldaduras con materiales de puntos de baja fusión (estaño, plomo, etc.)

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'
    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Figura 9. Conectores.

    Las abrazaderas deben ser adecuadas para el número y tipo de conductores. Además, deben de ser compatibles con los materiales de los conductores y los electrodos de puesta a tierra, y cuando se usen enterradas, deben ser del tipo apropiado {250-115}.

    5.7 Registros

    La sección {250-117} dice textualmente que "las abrazaderas u otros accesorios para puesta a tierra, deben estar aprobados para su uso general sin protección, o protegerse contra daño físico con una cubierta protectora.", y la Sección 250-112 menciona que la conexión debe ser accesible, siempre que no esté en un electrodo hundido, empotrado o enterrado.

    Pero en el caso de las subestaciones, la misma norma especifica que deben hacerse mediciones periódicas en los registros para comprobar que los valores del sistema de tierras se ajustan a los valores de diseño. Por ello, se recomienda dejar registros en los electrodos de varilla.

    Aparte de los registros de fábrica, se pueden construir esos registros empleando un tubo de albañal, con la boca hacia arriba para que sirva de tope a una tapa de cemento. (figura 10).

    Figura 10. Registro'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    CAPITULO 6. MEDICION DE LA RESISITIVIDAD DEL TERRENO Y LA RESISTENCIA DE TIERRA

    6.1 Mediciones

    Medir: es comparar una magnitud con otra de la misma especie de manera arbitraria o de manera convencional se toma como base, unidad o patrón de medida

    6.2 Principio de funcionamiento del medidor de resistencia a tierra

    Este aparato se basa en el método de compensación y funciona con un generador magneto de c.a., que lleva un transformador en serie de relación exacta 1:1, es decir, que la intensidad por el primario es siempre igual a la del secundario.

    Según se muestra en la figura 11, disponiendo de dos pequeños electrodos clavados en el suelo, como tomas de tierra auxiliares (R1, R2), además de la toma de tierra que queremos medir (Rt), ya pueden establecerse las ecuaciones que resuelven el circuito eléctrico.

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    Figura 11. Funcionamiento del telurómetro

    Dando vueltas a la manivela de la magneto y ajustando al mismo tiempo el potenciómetro de manera que por el galvanómetro no pase intensidad, tendremos que esto sucederá cuando las tensiones E = r I2 y E = Rt I1 sean iguales, pero como por otra parte, las intensidades también serán iguales I1 = I2 tendremos:

    r I2 = RtI1 ; r I2 = RtI2

    y por tanto:

    r = Rt

    Es decir, la resistencia que marque el potenciómetro será igual a la resistencia de la toma de tierra.

    La particularidad de este método consiste en que la medición, se hace independientemente de las tomas de tierra auxiliares que se realizan R1 y R2, aunque es aconsejable que R2 no sea muy grande, pues de ella depende la intensidad I1, y esta no conviene que sea muy pequeña.

    Estas tres tomas de tierra deberán estar separadas unas de otras unos 10 m. para evitar la influencia entre ellas.

    También es importante resaltar la conveniencia de hacer estas mediciones a frecuencias distintas a la industrial, para evitar las posibles interferencias con otras corrientes que no pertenezcan al aparato. Por lo general las frecuencias que utilizan los telurómetros son relativamente altas, del orden de 500 a 1.200 Hz.

    El telurómetro descrito corresponde a un modelo clásico de hace años; en la actualidad, basados en este principio, se construyen modelos que sustituyen la magneto por generador a pilas y la lectura de las mediciones se realiza, en algunos modelos, sobre una pantalla de cristal liquido.

    6.3 Medición de tierra

    La instalación de un sistema de puesta a tierra permite la protección de las personas y los bienes contra los efectos de las caídas de rayos, descargas estáticas, señales de interferencia electromagnética y corrientes de fugas a tierra. Por lo tanto, la ejecución correcta de la misma brinda importantes beneficios al evitar pérdidas de vidas, daños materiales e interferencias con otras instalaciones.

    Las distintas normas de aplicación establecen que deben ponerse a tierra las partes metálicas de los aparatos e instalaciones que no pertenezcan al circuito de servicio, y puedan entrar en contacto con partes sometidas a tensión en caso de avería o establecimiento de arcos. Por este motivo, en los aparatos y en las partes de la instalación hay que prever un cable de puesta a tierra que se conecte directa o indirectamente a la toma de puesta a tierra, constituida por electrodos y mallas de conductores enterrados convenientemente.

    Para una acción eficaz, resulta primordial que la resistencia de puesta a tierra tome un valor tal que no origine tensiones peligrosas al circular la corriente de falla; por lo que su valor está perfectamente acotado por las normas de aplicación para los distintos tipos de instalaciones.

    La base de un buen sistema de puesta a tierra comienza con la selección del mejor lugar de emplazamiento y el ensayo del suelo que rodeará a la toma, procurando localizar el área con la mas baja resistividad. Luego de su instalación, se debe ensayar la toma de tierra propiamente dicha, para verificar que su valor se corresponde con el de diseño. Finalmente se recomienda realizar controles periódicos para detectar cambios en los valores correspondientes.

    Por todo lo anterior, la medición correcta de la resistividad del terreno y de la resistencia de puesta a tierra de una instalación determinada adquiere una importancia relevante.

    En principio digamos que los valores que se pueden medir en la práctica se ven influenciados por una serie de factores que impiden obtener resultados con gran exactitud. Entre los mismos podemos citar la posible existencia de corrientes vagabundas de c.c. y de c.a., el carácter electrolítico del terreno y su eventual polarización, la aparición de potenciales galvánicos, el acoplamiento inductivo y/o capacitivo con otros sistemas, la ocurrencia de lluvias cercanas al momento en que se hace la medición, las irregularidades en la composición geológica del terreno y su grado de compactación, etcétera.

    Para disminuir los efectos de las corrientes vagabundas de c.a, es conveniente que en las mediciones no se utilicen corrientes cuya frecuencia (fm) sea un múltiplo de la frecuencia de red (fr) (armónicas superiores). Adicionalmente se pueden utilizar filtros sintonizados adecuados. Por lo anterior:

    fm = [fr (2 n ± 1) / 2] ± 10 Hz con "n" número entero

    Por otro lado, el uso de corrientes no unidireccionales evita la distorsión de los valores medidos por acción de los potenciales galvánicos y la polarización electrolítica.

    Sin embargo hay que tener en cuenta que, cuando se utiliza corriente continua periódicamente invertida, los valores de resistencia obtenidos pueden no ser confiables para su uso con corrientes alternas. Asimismo, si las mediciones se efectúan con corriente alterna, los valores obtenidos a una frecuencia pueden no ser útiles para otra frecuencia muy distinta.

    Como en algunos casos existen elementos de metal enterrado, conductos de agua subterráneos, etcétera; que pueden distorsionar las mediciones, se recomienda realizar varios ensayos con diferentes orientaciones entre sí.

    Por lo tanto, los resultados de las mediciones deben someterse a un análisis crítico para identificar las posibles fuentes de error, y eventualmente replantear la forma de ejecución de los ensayos.

    En algunos casos puede ser conveniente realizar una gran cantidad de mediciones utilizando distintos métodos y luego analizar las tendencias resultantes.

    6.3.1 Medición de la resistencia de tierra por el método de los tres puntos

    El método de medición con el puente de Nippold requiere el emplazamiento de dos tomas de tierra auxiliares, cuyas resistencias de dispersión a tierra designaremos como R2 y R3, mientras que la resistencia de la toma bajo ensayo se denominará R1.

    En estas condiciones, se miden las resistencias R1-2, R2-3 y R1-3 comprendidas entre cada par de tomas, utilizando preferentemente un puente de corriente alterna. Como R1-2 = R1 + R2, R2-3 = R2 + R3 y R1-3 = R1 + R3; resulta:

    R1 = (R1-2 + R1-3 - R2-3) / 2

    Las resistencias de cada uno de los electrodos auxiliares deben ser del mismo orden que la resistencia que se espera medir.

    Si las dos tomas auxiliares son de mayor resistencia que la toma de tierra bajo ensayo, los errores en las mediciones individuales serán significativamente magnificados en el resultado final obtenido con la ecuación anterior. Para tal caso se recomienda colocar los electrodos a una gran distancia entre sí.

    Para las tomas de tierra de áreas extensas, las que presumiblemente tienen bajos valores de resistencia, se recomienda que las distancias entre electrodos sean del orden de la mayor diagonal del área a medir.

    Este método resulta dificultoso para instalaciones de puesta a tierra de grandes subestaciones y centrales generadoras, donde resulta preferible el método de la caída de tensión.

    6.3.2 Medición de la resistencia de tierra por el método de los dos puntos

    Este método resulta de una simplificación del expuesto precedentemente. En este caso, se mide la resistencia total de la toma de tierra bajo ensayo y de otra toma auxiliar, cuya resistencia de tierra se presupone despreciable frente a la primera.

    Como es de esperar, el valor de resistencia que se obtiene de esta manera está sujeto a grandes errores cuando se usa para medir resistencias pequeñas, pero en algunas ocasiones es muy práctico para los ensayos "por sí o por no".

    6.3.3 Medición de la resistencia de tierra por el método de la caída de tensión

    El método consiste en inyectar una corriente de medición (I) que pasa por el terreno a través de la toma o dispersor de puesta a tierra a medir y por un electrodo auxiliar de corriente ubicado en un punto suficientemente alejado para ser considerado como integrante de la masa general del planeta (tierra verdadera). En estas condiciones se inca un segundo electrodo auxiliar de tensión ubicado a mitad de camino entre la toma bajo ensayo y el electrodo auxiliar de corriente, midiéndose la caída de tensión "U" que aparece entre la toma de tierra a medir y el electrodo auxiliar de tensión. Para medir la tensión se puede utilizar un potenciómetro o un voltímetro de alta impedancia interna, mientras que para medir la corriente se utiliza un amperímetro conectado directamente o a través de un TI tipo pinza, que facilita el trabajo al controlar instalaciones existentes.

    Por aplicación de la ley de Ohm, la resistencia R1 del dispersor resulta:

    R1 = U / I

    Las resistencias de cada uno de los electrodos auxiliares no presentan requisitos tan estrictos como en los métodos anteriores, si bien se recomienda que el electrodo de corriente tenga una resistencia lo suficientemente baja como para permitir un adecuado paso de la corriente.

    Si bien en teoría la influencia del dispersor se extiende hasta el infinito, debe considerarse que tal influencia varía inversamente con la distancia siguiendo una ley exponencial, pues la sección ofrecida a las trayectorias de corriente aumenta al alejarse del dicho dispersor.

    Por lo anterior, a los efectos prácticos dicha influencia se concentra en las cercanías del dispersor y se torna despreciable a distancias superiores a los 50 m en el caso de tomas de áreas reducidas o de simples electrodos

    El método de la caída de tensión resulta adecuado para casi todos los tipos de mediciones de resistencia de puesta a tierra.

    En una toma de tierra de área extensa, el electrodo de potencial se debe ir alejando de la toma bajo ensayo en forma escalonada, registrando el valor medido en cada escalón. Al graficar los valores obtenidos en función de la distancia entre la toma y el electrodo de tensión se obtiene una curva que tiende a nivelarse en un determinado valor, que representa el valor mas probable de la resistencia de la toma de tierra. En estos casos, también debe prestarse atención a la posibilidad de la existencia de resistencias parásitas de conexión.

    Cuando se aplica este método se debe tener en cuenta que pueden existir tensiones espurias provocadas por corrientes vagabundas en el terreno, capaces de alterar la medida. Por ello, interrumpiendo la corriente debe verificarse que la lectura del voltímetro sea nula o despreciable. Si no lo es, el método no es aplicable.

    6.3.4 Medición de la resistividad por el método de los cuatro puntos

    Generalmente la resistividad del terreno se mide por el método universal de cuatro puntos desarrollado por F. Wenner en 1915. El mismo resulta el mas seguro en la práctica para medir la resistividad promedio de volúmenes extensos de suelos naturales.

    En este método se clavan en el suelo 4 electrodos pequeños dispuestos en línea recta con la misma distancia "a" entre ellos y a una profundidad "b" que no supere 1/10 de "a" (preferentemente 1/20 de "a").

    Entonces se inyecta una corriente de medición (I) que pasa por el terreno a través de los dos electrodos extremos y simultáneamente se mide la caída de tensión "U" entre los dos electrodos interiores, utilizando un potenciómetro o un voltímetro de alta impedancia interna.

    La teoría indica que la resistividad promedio del suelo "" a una profundidad igual a la distancia "a" vale aproximadamente:

     = 2  a U / I

    Si se efectúan una serie de mediciones realizadas a diferentes distancias "a" se puede construir un diagrama de resistividades del suelo en función de la profundidad, que permite detectar la existencia de distintas capas geológicas en el terreno.

    Cabe acotar que en los emplazamientos donde el terreno presenta diferentes valores de resistividad en función de la profundidad, la experiencia indica que el valor mas adecuado para el diseño del dispersor a tierra es el que se obtiene a una profundidad mayor.

    6.3.5 Medición de la resistividad utilizando muestras de suelo

    La estimación de la resistividad del terreno a partir de la medición de la resistividad de una muestra extraída del mismo, se puede realizar empleando el método de los cuatro puntos en una caja prismática pequeña de sección transversal cuadrada, en la que se introduce el material extraído de la probeta respectiva.

    Como es de esperar, el valor de resistividad que se obtiene de esta manera resulta menos exacto que el que se obtendría en el terreno real, pero en algunas ocasiones es el único camino posible.

    6.3.6 Recomendaciones para efectuar las mediciones

    • Enterrar uno o mas electrodos de tierra de una altura de 3m, y enterrarla a 2.4m como mínimo esto de acuerdo a la NOM-001-SEDE-1999, para poder crear una malla o red de mallas

    • Para realizar una medición por el método del 62 % se selecciona un electrodo al azar

    • Por ejemplo si se desea calcular la resistencia de tierra a una distancia de 15m se colocaran dos electrodos de 30 cm cada uno. El segundo a 9.3m del primer electrodo (esto es el 62 % de 15m)

    • El tercero a 15m, que será el 100 % de la distancia

    • El telurómetro aplica una diferencia de potencial a los electrodos

    • Desplazar el interruptor al símbolo de  (resistencia)

    • Presionar el botón, por medio de la perilla girar, observar en la carátula la escala de corriente, y verificar que se encuentre en el valor cero de corriente para obtener una medición más exacta

    • Realizar varias mediciones de la misma manera pero tomando como referencia otros electrodos

    • Sacar una medición promedio de todos los valores obtenidos. El valor obtenido es la resistencia mas exacta del terreno.

    CAPITULO 7. DIFERENTES ESQUEMAS Y DISPOSICIONES DE CONEXIÓN A TIERRA

    Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electrónicos. Estos son:

  • Esquema convencional.

  • Esquema de tierra aislada.

  • Esquema de tierra aislada total.

  • Esquema de malla de referencia.

  • 7.1. Esquema convencional.

    El esquema convencional utiliza únicamente las recomendaciones de la NOM-001-SEDE-1999 {250-} pero no incluye el uso de los contactos de tierra aislada de la sección {250-74 Excepción 4}. Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs y de PLCs, donde sus alambrados están distribuidos en áreas muy pequeñas.

    No es recomendado para muchas instalaciones de sistemas electrónicos distribuidos, porque:

  • Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierra.

  • Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento.

  • No es compatible con las recomendaciones de la mayoría de los fabricantes de equipos electrónicos.

  • No puede ser fácilmente realambrado para cumplir con esquemas de aterrizado de redes de cómputo.

  • El alambrado puede ser obsoleto cuando se cambien las tarjetas y equipos por otros de una tecnología de mayor velocidad.

  • 7.2. Esquema de tierra aislada

    Este esquema es el más socorrido en la industria y por la mayoría de los proveedores de equipos electrónicos.

    En esta configuración se tiene una tierra relativamente libre de ruido e interferencia para la referencia lógica de los aparatos y, es complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras de potencia. Pero, tiene las siguientes limitaciones:

    a) En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra es demasiado alta para servir de buena conexión.

    b) El acoplamiento de las tierras dentro de los aparatos puede causar lazos de corriente, resultando en ruidos electrónicos.

    Un arreglo de este esquema es hacer un anillo de tierras alrededor de los pisos de un edificio o un cuarto de cómputo. Y de este anillo se hacen varias conexiones al sistema perimetral de tierras, siempre que tengan las mismas longitudes y estén acomodadas simétricamente. Y a este sistema interno se conectan los equipos.

    7.3. Esquema de tierra aislada total

    Este esquema consiste en conectar todos los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuración de estrella a partir de un solo punto físico, el cual es un cabezal o placa de conexión -Existen fabricantes de ellas-, el o la cual a su vez está conectada mediante un conductor apropiado a la red general de tierra.

    Sin embargo, también tiene sus limitaciones:

    a) Esta configuración puede ser difícil de crear en un ambiente industrial.

    b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o, se pueden tener lazos de corrientes.

    c) Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta, que en términos prácticos, la puesta a tierra sea ineficaz.

    Este problema es posible que no se tenga en la mayoría de equipos industriales, porque no emplean muy altas frecuencias

    7.4. Esquema de malla de referencia.

    Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metálicas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias.

    Sus limitantes son:

    a) Muchos fabricantes de equipos electrónicos industriales no están de acuerdo con su empleo.

    b) En ambientes industriales, es difícil su implementación.

    No importa cual de los tres últimos métodos se emplee para la puesta a tierra de los equipos electrónicos, la trayectoria es crucial. No coloque puentes de unión a través de otro equipo. Siempre conecte a tierra cada aparato por separado.

    Los equipos en racks deben conectarse a tierra no obstante se supondría que los perfiles del rack los pondrían a tierra, lo que no siempre es real porque existen problemas de pintura y de montaje. Para ellos, es mejor la conexión mediante un solo cable y, la punta sobrante conectarla al sistema interno de tierras ya descrito. Este cable es mejor que sea aislado para que no cortocircuite otros cables que puedan aterrizar el equipo.

    El aterrizado de blindajes y el de cables de señal deben ser parte integral del diseño de sistemas de tierras.

    CAPITULO 8. DETERMINACIÓN DEL CALIBRE DE LOS CONDUCTORES DEL SISTEMA DE TIERRA

    8.1 Conductor del electrodo de puesta a tierra

    Aparato mecánico de conexión para partes puestas a tierra de un circuito eléctrico, capas de soportar durante un tiempo especifico corrientes eléctricas en condiciones anormales como las de un cortocircuito, pero que no se requiere para conducir corriente eléctrica en condiciones normales del circuito eléctrico.

    De acuerdo a la NOM-001-SEDE-1999.

    Materiales. Los materiales del conductor del electrodo de puesta a tierra se especifican en los siguientes incisos:

    a) Conductor del electrodo de puesta a tierra. El conductor del electrodo de puesta a tierra debe ser de cobre o aluminio. El material elegido debe ser resistente a la corrosión que se pueda producir en la instalación, y debe estar adecuadamente protegido contra la corrosión. El conductor debe ser macizo o cableado, aislado, forrado o desnudo, y debe ser de un solo tramo continuo, sin empalmes ni uniones.

    Excepción 1: Se permiten empalmes en barras conductoras.

    Excepción 2: Cuando haya una acometida con más de un envolvente, está permitido conectar derivaciones al conductor del electrodo de puesta a tierra. Cada una de estas derivaciones debe llegar hasta el interior del envolvente. El tamaño nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra debe estar de acuerdo con lo indicado en 250-94, pero los conductores de la derivación pueden tener un tamaño nominal de acuerdo con los conductores del electrodo de puesta a tierra especificados en 250-94, según el conductor de mayor tamaño nominal que entre en los respectivos envolventes. Los conductores de la derivación se deben conectar al conductor del electrodo de puesta a tierra de modo que este conductor no contenga ningún empalme o unión.

    Excepción 3: Se permite empalmar el conductor del electrodo de puesta a tierra por medio de conectadores de presión del tipo irreversible aprobados y listados para ese fin o mediante un proceso de soldadura exotérmica.

    b) Tipos de conductores para la puesta a tierra de equipo. El conductor de puesta a tierra de equipo tendido con los conductores del circuito o canalizado con ellos, debe ser de uno de los siguientes tipos o una combinación de varios de ellos: (1) un conductor de cobre u otro material resistente a la corrosión. Este conductor debe ser macizo o cableado, aislado, cubierto o desnudo y formar un cable o barra de cualquier forma; (2) un tubo metálico tipo pesado; (3) un tubo metálico tipo semipesado; (4) un tubo metálico tipo ligero; (5) un tubo metálico flexible, si tanto el tubo como sus accesorios están aprobados y listados para puesta a tierra; (6) la armadura de un cable de tipo AC; (7) el blindaje de cobre de un cable con blindaje metálico y aislamiento mineral; (8) el blindaje metálico de los conductores con blindaje metálico y los conductores de puesta a tierra que sean cables de tipo MC; (9) los soportes para cables tipo charola, tal como se permite en 318-3(c) y 318-7; (10) cableductos, tal como se permite en 365-2(a); (11) otras canalizaciones metálicas con continuidad eléctrica, aprobadas para usarse para puesta a tierra.

    Excepción 1: Cuando los conductores de un circuito, como los contenidos en este Artículo, estén protegidos por dispositivos de sobrecorriente de 20 A nominales o menos, se permiten como medios de puesta a tierra de esos circuitos a tubo metálico flexible y tubo metálico flexible hermético a los líquidos de tamaños nominales de 10 a 35 mm, siempre que se cumplan las condiciones siguientes:

    a) Que la longitud sumada del tubo metálico flexible y del tubo metálico flexible hermético a los líquidos en el mismo tramo de retorno de tierra, no sea superior a 1,8 m.

    b) Que el tubo termine en accesorios aprobados y listados para puesta a tierra.

    Excepción 2: Cuando los conductores de un circuito contenidos en ellos estén protegidos por dispositivos de sobrecorriente de más de 20 A nominales pero que no excedan de 60 A, se permite utilizar como medios de puesta a tierra de esos circuitos al tubo metálico flexible y hermético a los líquidos aprobado y listado en diámetros nominales 19 a 32 mm, siempre que se cumplan las condiciones siguientes:

    a. Que la longitud total del tubo metálico flexible del tramo de retorno de tierra, no sea superior a 1,8 m.

    b. Que no haya otro tubo metálico flexible o tubo metálico flexible hermético a los líquidos de tamaños nominales de 10 a 35 mm que sirva como conductor de puesta a tierra de equipo en el mismo tramo de retorno de tierra.

    c. Que el tubo termine en accesorios aprobados y listados para puesta a tierra.

    c) Puesta a tierra suplementaria. Se permiten electrodos suplementarios de puesta a tierra para aumentar los conductores de puesta a tierra de equipo especificados en 250-91(b), pero el terreno natural no se debe utilizar como el único conductor de puesta a tierra de equipo.

    250-92. Instalación. Los conductores de puesta a tierra se deben instalar como se especifica en los siguientes incisos:

    a) Conductor del electrodo de puesta a tierra. Un conductor del electrodo de puesta a tierra o su envolvente debe sujetarse firmemente a la superficie sobre la que va instalado. Un conductor de cobre o aluminio de 21,15 mm2 (4 AWG) o superior se debe proteger si está expuesto a daño físico severo. Se puede llevar un conductor de puesta a tierra de 13,3 mm2 (6 AWG) que no esté expuesto a daño físico, a lo largo de la superficie del edificio sin tubería o protección metálica, cuando esté sujeto firmemente al edificio; si no, debe ir en tubo metálico tipo pesado, semipesado, ligero, en tubo no- metálico tipo pesado, o un cable armado. Los conductores de puesta a tierra de tamaño nominal inferior a 13,3 mm2 (6 AWG) deben alojarse en tubo metálico tipo pesado, semipesado, ligero, en tubo no-metálico tipo pesado, o en cable armado

    No se deben usar como conductores de puesta a tierra, conductores aislados o desnudos de aluminio que estén en contacto directo con materiales de albañilería o terreno natural, o si están sometidos a condiciones corrosivas. Cuando se utilicen a la intemperie, los conductores de puesta a tierra de aluminio no se deben instalar a menos de 45 cm del terreno natural.

    b) Envolventes para conductores del electrodo de puesta a tierra. Las envolventes metálicas del conductor del electrodo de puesta a tierra deben ser eléctricamente continuas desde el punto de conexión a los envolventes o equipo hasta el electrodo de puesta a tierra, y deben estar sujetas firmemente a las abrazaderas o herrajes de tierra. Las envolventes metálicas que no sean continuas físicamente desde el envolvente o equipo hasta el electrodo de puesta a tierra, se deben hacer eléctricamente continuas mediante un puente de unión de sus dos extremos al conductor de puesta a tierra. Cuando se utilice una canalización como protección del conductor de puesta a tierra, su instalación debe cumplir los requisitos del Artículo correspondiente a las canalizaciones.

    c) Conductor de puesta a tierra de equipo. Un conductor de puesta a tierra de equipo se debe instalar como sigue:

    1) Cuando consista en una canalización, un soporte para cables tipo charola, armadura o forro de cables o cuando sea un conductor dentro de una canalización o cable, se debe instalar cumpliendo las disposiciones aplicables de esta NOM usando accesorios para uniones y terminales que estén aprobados para usarlos con el tipo de canalización o cable utilizados. Todas las conexiones, uniones y accesorios se deben fijar firmemente con los medios adecuados.

    2) Cuando haya un conductor independiente de tierra de equipo, como establece la Excepción de 250-50(a) y (b) y la Excepción 2 de 250-57(b) se debe instalar de acuerdo con lo indicado en el inciso (a) anterior en lo que respecta a las limitaciones del aluminio y a la posibilidad de daño físico.

    Excepción: No es necesario que los cables inferiores a 13,3 mm2 (6 AWG) se alojen dentro de una canalización o armadura cuando se instalen por los espacios huecos de una pared o cuando vayan instalados de modo que no sufran daño físico.

    250-93. Tamaño nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra para c.c. En los siguientes incisos se fijan los tamaños nominales de los conductores del electrodo de puesta a tierra de una instalación de c.c.

    a) No debe ser de tamaño nominal inferior al del neutro. Cuando un sistema eléctrico de c.c. consista en un circuito balanceado de tres conductores o un devanado de equilibrio con protección contra sobrecorriente, como se establece en 445-4(d), el conductor del electrodo de puesta a tierra no debe ser de tamaño nominal inferior al del neutro.

    b) No debe ser de tamaño nominal inferior al del conductor más grande. En instalaciones de c.c. distintas a las del anterior inciso (a), el conductor del electrodo de puesta a tierra no debe ser de tamaño nominal inferior al del conductor de mayor tamaño nominal del suministro de energía.

    c) No debe ser inferior a 8,367 mm2 (8 AWG). En ningún caso el conductor del electrodo de puesta a tierra debe ser inferior a 8,367 mm2 (8 AWG) de cobre o de 13,3 mm2 (6 AWG) de aluminio.

    Excepciones a los anteriores (a) a (c):

    a. Cuando esté conectado a electrodos fabricados como se indica en 250-83(c) o (d), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituya la única conexión con dicho electrodo sea superior a 13,3 mm2 (6 AWG) de cobre o 21,15 mm2 (4 AWG) de aluminio.

    b. Cuando esté conectado a un electrodo empotrado en concreto, como se indica en 250-81(c), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituya la única conexión con dicho electrodo sea superior a 13,3 mm2 (6 AWG) de cobre o 21,15 mm2 (4 AWG) de aluminio.

    c. Cuando esté conectado a un anillo de tierra como se indica en 250-81(d), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituya la única conexión con dicho electrodo sea de mayor tamaño nominal que el conductor utilizado en el anillo de tierra.

    250-94. Tamaño nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra en instalaciones de c.a. El tamaño nominal del conductor del electrodo de puesta a tierra de una instalación de c.a. puesta o no puesta a tierra, no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 6.

    Excepción:

    a. Cuando esté conectado a electrodos fabricados como se indica en la sección 250-83(c) o (d), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituye la única conexión con dicho electrodo, sea superior a 13,3 mm2 (6 AWG) de cobre o 21,15 mm2 (4 AWG) de aluminio.

    b. Cuando esté conectado a un electrodo empotrado en concreto, como se indica en 250-81(c), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituye la única conexión con dicho electrodo sea superior a 13,3 mm2 (6 AWG) de cobre o 21,15 mm2 (4 AWG) de aluminio.

    c. Cuando esté conectado a un anillo de tierra como se indica en 250-81(d), no es necesario que la parte del conductor del electrodo de puesta a tierra que constituye la única conexión con dicho electrodo sea de mayor tamaño nominal que el conductor utilizado en el anillo de tierra.

    Tamaño nominal del mayor conductor de entrada a la acometida o sección equivalente de conductores en paralelo mm2 (AWG o kcmil)

    Tamaño nominal del conductor al electrodo de tierra

    mm2 (AWG o kcmil)

    Cobre

    Aluminio

    Cobre

    Aluminio

    33,62 (2) ó menor

    53,48 (1/0) ó menor

    8,367 (8)

    13,3 (6)

    42,41 o 53,48 (1 ó 1/0)

    67,43 o 85,01 (2/0 ó 3/0)

    13,3 (6)

    21,15 (4)

    67,43 o 85,01 (2/0 ó 3/0)

    4/0 ó 250 kcmil

    21,15 (4)

    33,62 (2)

    Más de 85,01 a 177,3

    (3/0 a 350)

    Más de 126,7 a 253,4

    (250 a 500)

    33,62 (2)

    53,48 (1/0)

    Más de 177,3 a 304,0

    (350 a 600)

    Más de 253,4 a 456,04

    (500 a 900)

    53,48 (1/0)

    85,01 (3/0)

    Más de 304 a 557,38

    (600 a 1100)

    Más de 456,04 a 886,74

    (900 a 1750)

    67,43 (2/0)

    107,2 (4/0)

    Más de 557,38 (1100)

    Más de 886,74 (1750)

    85,01 (3/0)

    126,7 (250)

    Tabla 6. Conductor del electrodo de tierra de instalaciones de c.a.

    250-95. Tamaño nominal de los conductores de puesta a tierra de equipo. El tamaño nominal de los conductores de puesta a tierra de equipo, de cobre o aluminio, no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 7.

    Cuando haya conductores en paralelo en varias canalizaciones o cables, como se permite en 310-4, el conductor de puesta a tierra de equipo, cuando exista, debe estar instalado en paralelo. Cada conductor de puesta a tierra de equipo instalado en paralelo debe tener un tamaño nominal seleccionado sobre la base de la corriente eléctrica nominal del dispositivo de protección contra sobrecorriente que proteja los conductores del circuito en la canalización o cable, según la Tabla 7.

    Cuando se usen varios grupos de conductores de entrada a la acometida, como permite la Sección 230-40 Excepción No. 2, la sección transversal equivalente del mayor conductor de entrada a la acometida se debe calcular por la mayor suma de las secciones transversales de los conductores de cada grupo.

    Cuando no haya conductores de entrada a la acometida, la sección transversal del conductor al electrodo de puesta a tierra se debe calcular por la sección transversal equivalente del mayor conductor de entrada a la acometida de acuerdo con la corriente eléctrica de carga calculada.

    Véanse las restricciones de instalación en 250-92(a).

    NOTA: Para el tamaño nominal del conductor de puesta a tierra de una instalación de c.a. conectado con el equipo de la acometida, véase 250-23(b).

    Cuando el tamaño nominal de los conductores se ajuste para compensar caídas de tensión eléctrica, los conductores de puesta a tierra de equipo, cuando deban instalarse, se deberán ajustar proporcionalmente según el área en mm2 de su sección transversal.

    Cuando solo haya un conductor de puesta a tierra de equipo con varios circuitos en el mismo tubo o cable, su tamaño nominal debe seleccionarse de acuerdo con el dispositivo de sobrecorriente de mayor corriente eléctrica nominal de protección de los conductores en el mismo tubo o cable.

    Si el dispositivo de sobrecorriente consiste en un interruptor automático de disparo instantáneo o un protector de motor contra cortocircuitos, como se permite en 430-52, el tamaño nominal del conductor de puesta a tierra de equipo se puede seleccionar de acuerdo con la capacidad nominal del dispositivo de protección del motor contra sobrecorriente, pero no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 7.

    Excepción 1: Un conductor de puesta a tierra de equipo no-inferior a 0,8235 mm2 (18 AWG) de cobre y no menor al tamaño nominal de los conductores del circuito y que forme parte de cables de aparatos eléctricos, según se establece en 240-4.

    Excepción 2: No es necesario que el conductor de puesta a tierra de equipo sea de mayor tamaño nominal que el de los conductores de los alimentadores de equipo.

    Excepción 3: Cuando se use como conductor de puesta a tierra de equipo un tubo o armadura o blindaje de cable, como se establece en 250-51, 250-57(a) y 250-91(b).

    Capacidad o ajuste máximo del dispositivo automático de protección contra sobrecorriente en el circuito antes de los equipos, canalizaciones, etc.

    (A)

    Tamaño nominal mm2 (AWG o kcmil)

    Cable de cobre

    Cable de aluminio

    5

    2,082 (14)

    ---

    20

    3,307 (12)

    ---

    30

    5,26 (10)

    ---

    40

    5,26 (10)

    ---

    60

    5,26 (10)

    ---

    100

    8,367 (8)

    13,3 (6)

    200

    13,3 (6)

    21,15 (4)

    300

    21,15 (4)

    33,62 (2)

    400

    33,62 (2)

    42,41 (1)

    500

    33,62 (2)

    53,48 (1/0)

    600

    42,41 (1)

    67,43 (2/0)

    800

    53,48 (1/0)

    85,01 (3/0)

    1000

    67,43 (2/0)

    107,2 (4/0)

    1200

    85,01 (3/0)

    126,7 (250)

    1600

    107,2 (4/0)

    177,3 (350)

    2000

    126,7 (250)

    202,7 (400)

    2500

    177,3 (350)

    304 (600)

    3000

    202,7 (400)

    304 (600)

    4000

    253,4 (500)

    405,37 (800)

    5000

    354,7 (700)

    608 (1200)

    6000

    405,37 (800)

    608 (1200)

    Tabla 7. Tamaño nominal mínimo de los conductores de tierra para canalizaciones y equipos.

    CONCLUSIONES

    Durante el desarrollo de este trabajo, aprendimos que un sistema de puesta a tierra es la conexión a tierra física de los aparatos electrónicos y eléctricos de una casa habitación o un edificio, esta conexión se puede hacer mediante conductores desnudos que se interconectan con electrodos o mallas enterradas. Un sistema de puesta a tierra sirve para proteger los aparatos antes mencionados, pero el objetivo principal de este sistema es salvaguardar la vida de los seres vivos que se encuentren en el edificio, ya que la corriente eléctrica puede tener efectos parciales o totales, e incluso la muerte.

    Aprendimos también que un sistema de puesta a tierra consta de varios elementos como son: electrodos, conductor, tabillas de conexión, conectores, registros, compuestos químicos, etc.

    Para poder instalar un sistema de puesta a tierra, es imprescindible conocer el valor de resistividad que tiene el terreno. La resistividad es la característica del terreno de oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica en un metro cúbico (m3). Es importante conocer el valor de la resistividad del terreno para que el sistema de puesta a tierra sea eficiente. El valor de la resistividad de un terreno puede variar de acuerdo a ciertos factores como pueden ser: la humedad, temperatura, variaciones estacionales, compactación del terreno, etc.

    En la elaboración de este trabajo aprendimos que otro aspecto importante en la instalación de un sistema de puesta a tierra es la resistencia que este ofrece al paso de la corriente, dicha resistencia varia según algunos factores como lo es: el área y longitud de los electrodos, resistividad del terreno, calibre del conductor, entre otros.

    En este trabajo se hablo también de lo que es un electrodo de puesta a tierra, tipos de electrodos que existen, diferentes configuraciones que se pueden realizar con los electrodos y cono afectan estos a la resistencia del sistema de puesta a tierra. Así como también se mencionaron algunos compuestos químicos que se le pueden agregar a los electrodos pera mejorar la resistencia ohmica.

    En un sistema de puesta a tierra el calibre del conductor que se utilice debe de ser el adecuado para poder soportar las altas corrientes de falla que podrían circular por dicho conductor. Para determinar el calibre de este conductor se tiene que tomar en cuenta la norma oficial mexicana para instalaciones eléctricas (NOM-001-SEDE-1999), ya que en esta se mencionan los calibres adecuados para cada tipo de instalación de puesta a tierra.

    Conocimos métodos algunos de los métodos que existen para medir la resistencia del sistema y resistividad del terreno como son: el método de los dos puntos, caída de potencial, Wenner, etc. Comprobamos que ningún método es 100% efectivo, esto no quiere decir que sean malos, sino que hay que realizar varias mediciones con cualquiera de los métodos mencionados para poder obtener un promedio de las mediciones, es decir, un valor mas exacto.

    En lo practico, para realizar las mediciones es importante tomar en cuenta las recomendaciones y precauciones mencionadas en este trabajo.

    BIBLIOGRAFÍA

    • http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalacelectricas/42.htm

    • http://www.medicionycontrol.com/p-tierra.htm

    • http://www.lobos.com.mx/pg_lobos/ser_edu/puesta/inicio.htm

    • M.I Alfredo Juárez Torres. Sistemas de puesta a tierra. 2001

    • Norma oficial mexicana NOM-001-SEDE-1999 de instalaciones eléctricas (Art. 250)

    1

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

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    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

    'Sistemas de puesta a tierra para edificios inteligentes'

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    R = /2L[In(4L/a)-1]

    R = resistencia en 

     = resistividad del terreno .cm

    L = longitud del electrodo

    a = radio del electrodo en cm

    R = /2L[In(4L/a)-1]

    R = resistencia en 

     = resistividad del terreno .cm

    L = longitud del electrodo

    a = radio del electrodo en cm

    Conductor desnudo

    Unión con pernos

    Punto de inspección

    4 m

    4 m

    Electrodo

    Conductor desnudo

    Conector soldado

    registro

    tierra

    Tapa del registro

    Electrodo de tierra

    Zanja para colocar los compuestos químicos

    30 cm

    Mínimo 2.4m