1. Puesta a Tierra (PAT)

La Puesta a Tierra (PAT) refiere a una unión metálica entre partes de una instalación eléctrica y unos electrodos enterrados en la tierra. El objetivo es conseguir que en las instalaciones y superficies próximas al terreno no existan diferencias de potencial peligrosas.

1.1 Componentes de la Toma a Tierra

Constituida por:

1.1.1 Electrodo de Puesta a Tierra: Masa metálica, de buen contacto con el terreno.

1.1.2 Línea de enlace con tierra: Conductores que unen el electrodo con el punto de PAT.

1.1.3 Punto de PAT: Punto fuera del suelo que es unión entre la línea de enlace de tierra y la línea principal de tierra, de manera que se puedan separar para realizar las mediciones de resistencia de tierra.

1.2 Línea Principal de Tierra

Conductores que partirán desde el Punto de PAT hasta las derivaciones necesarias para la PAT a través de los conductores de protección.

1.3 Derivaciones de las Líneas Principales de Tierra

1.4 Conductores de Protección

Unen las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra contactos indirectos.

1.5 Masa Eléctrica

Parte conductora de un material o equipo y que puede ser tocada.

2. Funciones y Objetivos de la PAT

Dispersar corrientes de cualquier tipo, fallas, descargas atmosféricas o maniobras en la instalación. Se busca:

• Limitar la Diferencia de Potencial.
• Detectar defectos a tierra y asegurar el funcionamiento de las protecciones.
• Limitar las sobretensiones.
• Evitar que las tensiones producidas por descargas atmosféricas provoquen cebados inversos.
• Protección contra electricidad estática.

Objetivos:

• Seguridad de las personas.
• Proteger instalaciones.
• Mejorar calidad del servicio.
• Establecer potencial de referencia.

3. Resistividad del Terreno

La resistencia de la PAT está compuesta por:

3.1.1 Resistencia propia del conductor: De escasa importancia debido a que, al usarse materiales de muy baja resistividad comparada con el terreno, puede despreciarse.

3.1.2 Resistencia entre el electrodo y la tierra: Si la tierra está bien compactada, este es un valor muy pequeño.

3.1.3 Resistencia del terreno alrededor del electrodo: Esta es la más grande de las 3, equivale a la resistencia del terreno en un cubo de 1×1 (m).

3.2 Dependencia de las Características Eléctricas del Terreno

El valor de la PAT y la distribución del potencial en el terreno dependen de la resistividad del mismo y del subsuelo en donde se instalará. Por ello, se deben realizar análisis de sus características.

3.3 Factores que Influyen en la Resistividad del Terreno

3.3.1 Composición del Terreno: La variación según la composición es muy notoria. Varía en unas decenas de (Ω.m) en suelos orgánicos y en decenas de miles de (Ω.m) en suelos secos.

3.3.2 Temperatura: Debido a que la humedad del terreno determina la resistividad, si aumenta la temperatura, disminuirá la resistividad del agua y, por ende, la del terreno.

3.3.3 Estratigrafía: La resistividad total del terreno depende de las diversas capas que lo componen.

3.3.4 Humedad y Salinidad: Si el terreno presenta mayor humedad, la resistividad aumentará con rapidez disolviendo las sales, hasta un 15% de humedad donde se satura el terreno.

3.3.5 Compactación: Mientras más compacto esté el suelo, menos resistividad tendrá.

4. Potenciales y Gradientes

En el momento en que se produzca una corriente de falla estando derivada por una toma a tierra, esta recorrerá el camino con menos impedancia. En ese instante, estas corrientes empezarán a extenderse hacia los alrededores de la toma de tierra, y en el terreno, si a mayor profundidad la resistividad es menor, irán hacia abajo; de lo contrario, hacia arriba.

5. Medida de Resistividad del Terreno

Es muy necesario conocer la resistividad del terreno para seleccionar la forma de los electrodos y su distribución.

Hay 2 métodos en los cuales se necesita: telurímetro, 4 picas, 4 conductores de longitud suficiente y de 1,5 mm².

Método de WENNER: Consiste en clavar las 4 picas a una misma distancia una de la otra y de manera simétrica al punto O debajo del cual se medirá la resistividad. Al inyectar una corriente entre C1 y C2, el telurímetro indicará la tensión entre P1 y P2. Por ende, la relación entre V e I es la R que registrará el medidor.

h= ¾ . a ϸa= 8/3. π . h . R

Donde: h (altura del terreno al cual le determinaremos la resistividad), R (resistencia que indique el medidor).

Método simétrico: El procedimiento es el mismo, lo único que cambia es la disposición de las picas. Se colocan en forma simétrica al punto O.

h= L/2 ϸa= (π.(L² – l²).R)/ 2.l

Dónde: L: longitud entre C1 o C2 y O. Y l: longitud entre P1 o P2 y O.

5.4 Consideraciones sobre la Medición

Puede haber piezas metálicas u otros aparatos que no permitan una buena medición. Por eso, se deben realizar como mínimo dos mediciones en distintas direcciones.

6. Tensión de Paso y Tensión de Contacto

Tensión de Paso: Refiere a la diferencia de potencial que hay entre 2 puntos en la superficie del terreno, distantes un paso (1 m). Puede ser también con el brazo extendido y su punto de apoyo.

Tensión de Contacto: Más peligrosa que la tensión de paso, debido a que se hace contacto con una estructura la cual está unida a los electrodos de tierra y se encuentra a un potencial Uo, y por la otra, la tensión sobre el terreno a una distancia de 1 m en donde la diferencia de potencial varía de Uo. El riesgo será la relación a la diferencia de tensión (Uo – Ux).

7. Efectos Fisiológicos de la Corriente

7.1 Umbral de sensibilidad: Se refiere al valor de intensidad mínima que percibe una persona al hacer circular una corriente de una mano a la otra. Cada persona lo percibe a distintos valores.

7.2 Umbral de no Soltar: Se refiere a la excitación de los nervios y músculos bajo la acción de la corriente. Algunas personas quedan enganchadas a 10 mA y otros se sueltan fácilmente.

7.3 Muerte Aparente: Es cuando la intensidad supera al Umbral de No Soltar, lo cual afecta a las grandes funciones fisiológicas como la respiración y la circulación, las cuales se detienen por la corriente.

7.4 Fibrilación Ventricular: Refiere a una contracción de las fibras del miocardio, lo que se traduce rápidamente en una parada circulatoria y una anoxia.

8. Criterios de Seguridad Eléctrica Normalizados

8.1 Tensiones Máximas Aplicables al Cuerpo Humano

Es según la duración de la falla. Vca= (K/ tⁿ)

9. Diseño Preliminar de Puesta a Tierra (PAT)

Una vez que se tienen ciertos parámetros como la resistividad del terreno, las Imax de falla y el tiempo de eliminación, es posible efectuar el diseño de la PAT. Se deben conocer los elementos que la compondrán: Líneas de Tierra; deberán tener buena resistencia mecánica y a la corrosión, además, su dimensión debe ser tal que la Imax que circule no lleve al conductor al punto de fusión. Electrodos: Materiales de buena resistencia a la corrosión. Estos podrán encontrarse como: # Picas Hincadas. # Varillas, Barras enterradas de forma radial. # Placas o chapas enterradas.

11. Técnicas para Reducir los Valores de PAT

Para lograr bajos valores de resistencia de tierra se debe:

• Alargar el electrodo: Al aumentar la longitud, la resistencia disminuye. No es así si aumentamos su sección.
• Utilizar Picas Múltiples: Refiere al efecto de dos resistencias en paralelo. Estas deben estar separadas a una distancia no menor a las propias. En el caso de que haya 2 varillas, la reducción de la resistencia del conjunto será del 60%, si hay 3 del 40% y si hay 4 del 33%.
• Tratamiento del terreno: El tratamiento químico es el más eficiente cuando no se puede ir más profundo. El sulfato de magnesio o de cobre, y la sal, son los más usados.

12. Medidas a Adoptar en Condiciones Difíciles de Puesta a Tierra

Ante no poder mantener los valores de las tensiones dentro de sus parámetros, se deberá cercar la zona para hacerla inaccesible.

13. Medidas de la Resistencia de PAT

R= (ϸ. L/A) donde: L (longitud del camino) y A (Sección).

Hay dos métodos para los cuales se necesitan: Una fuente de tensión, un telurímetro y 4 conductores para conectar a 4 terminales.

Método directo: Se basa en conectar los terminales P1 y C1 al electro bajo prueba y P2 y C2 a la cañería de agua o red metálica, cercanas a donde se desea medir la R de PAT. Este método es el más sencillo. Tiene 3 limitaciones:

• Sistema de Cañería debe ser extenso para despreciar su resistencia.
• El sistema de cañería debe ser metálico.
• El electrodo debe estar a una distancia de la cañería igual a 10 veces su radio para una exactitud del 10%.

Método de caída de potencial:

14. Conductor de Protección (PE)

Este estará conectado al borne de PAT de los tomacorrientes, o al aparato cuya PAT deba hacerse. S = (I .√t)/ K

Siendo: I (valor eficaz de la Imax de falla), S (sección del conductor), K (factor que depende del PE), t (tiempo de actuación del dispositivo).

Tipos de PE: Aislados (Cables Multipolares); Unipolares de cobre aislados; Elementos metálicos como carcasas blindadas y bandejas cortacables.

15. Conexión de las Masas de Instalación de PAT

En tomacorrientes, la conexión al borne del mismo se hará desde el PE mediante un cable de cobre aislado (verde y amarillo; S= 1,5 mm² para bipolares). Para tripolares, se calcula. En cañerías, cajas y gabinetes, se realizará un puente para conectarlos.

Sistemas de PAT:

• PAT de Referencia: Brinda un potencial constante para tener referencia a tierra en los equipos.
• PAT de Pararrayos: Drena a tierra las sobretensiones de descargas atmosféricas.
• PAT de Seguridad: La más importante, deriva la corriente de falla peligrosa para las personas.
• PAT de servicio: Mantiene a potencial de tierra los circuitos de alimentación (ej. transformador).

17. Sistema de PAT Exigido por la AEA

17.1 En los inmuebles alimentados de la red pública BT, el esquema exigido es TT.

En el caso que se reciba de MT o AT de la red pública o de un generador propio, se podrá optar por: Sistema TT, Sistema TN-S, Sistema IT.

17.2 Valores máximos admisibles de PAT según AEA: Como valor máximo admisible, la resistencia de PAT no podrá superar los 40 Ω.

18. Peligros y Protecciones

La primera protección contra la electrocución es mediante aislaciones o asegurando la inaccesibilidad a partes bajo tensión.

Peligros por contacto los cuales hay que prevenir son: Por contacto directo a partes en tensión; se previene creando obstáculos rígidos que impidan el acceso. Por contacto Indirecto; son elementos que no tienen tensión pero que pueden tenerla ante una falla.

Protecciones llamadas activas, las cuales deben detectar situaciones peligrosas y eliminarlas. Ej. Protección activa limitada (actúa para contactos indirectos). Protección Activa Integral (cubre también el riesgo por contacto directo).

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