Guía de diseño de sistemas de puesta a tierra en plantas industriales (6ª PARTE)

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Conductores de tierra

La localización de los conductores de tierra dependerá de la localización de los terminales de aire, tamaño de estructura que se está protegiendo, el curso más directo, seguridad contra daño o desplazamiento, y localización de estructuras metálicas, tuberías de agua, electrodo de puesta a tierra y condiciones de tierra. Si la estructura tiene columnas metálicas, estas columnas actuarán como conductores por tierra. Los terminales de aire deben estar interconectados por conductores para hacer conexiones con las columnas. La distancia promedio entre los conductores de tierra no excederá los 30 m.

Cada conductor por tierra debe ser conectado, en su base, a un electrodo de tierra. Este electrodo necesita estar a no más de 0,6 m de la base del edificio. El electrodo se extenderá por debajo de la cimentación del edificio si es posible. La longitud del conductor de tierra es altamente importante. Un recorrido horizontal, por ejemplo, de 15,2 m (tal como una tubería de agua) será mucho menos efectiva que una varilla conectada a lo largo de toda la estructura. Los electrodos estarán en contacto con tierra desde la superficie hacia abajo para evitar fogonazos en la superficie. Las conexiones a tierra se harán a intervalos uniformes en la estructura, evitando en todo lo posible el agrupamiento de las conexiones a un lado. Las conexiones hechas apropiadamente a tierra son una característica esencial del sistema de varillas para proteger el edificio.

Cuanto mayor sea el número de conductores y electrodos de tierra, más bajo será el voltaje desarrollado dentro de un sistema de protección, y su rendimiento será mejor. Esta es una de las grandes ventajas de las estructuras de acero. También, en el fondo de cada columna hay una cimentación, un electrodo muy efectivo. Sin embargo, las cimentaciones de columnas internas de grandes edificios se secan y son inefectivas ya que raramente están expuestas a aguas subterráneas.

Las partes metálicas interiores de un edificio de estructura no metálica estarán a menos de 1,8 m de un conductor de tierra. Es importante conectar entre sí todas las varillas de tierra y otras estructuras metálicas entrando en tierra; en caso contrario los rayos (incluso en lugares remotos) pueden causar serias diferencias de potencial que representan un peligro para el personal y equipos.

Es altamente deseable mantener la corriente de los rayos alejada de edificios y estructuras donde haya líquidos peligrosos, gases o explosivos. Los sistemas de protección por desviadores separados se usan en tanques, fabricación y almacenamiento de explosivos. El elemento desviador es uno o más mástiles, o uno o más conductores elevados puestos entre mástiles que están puestos a tierra de forma efectiva.

Los tanques no protegidos por un sistema desviador estarán bien puestos a tierra para conducir la corriente del rayo directo a tierra.

La protección contra el rayo de las estaciones de potencia y subestaciones incluye la protección de equipamiento de estaciones por descargadores de voltaje. Estos descargadores se montan en, o se conectan a las estructuras del principal equipo que protegen. También pueden montarse en una estructura de acero en la estación o subestación donde todos los componentes están cercanamente interconectados a la red de tierra. El conductor de puesta a tierra de los descargadores de sobretensiones debe ser tan corto como sea posible y conectado al bus de tierra común de la estación.

Conexión a tierra

Para mejorar la conexión a tierra y reducir la resistencia a tierra, se sugieren dos o más varillas. La distancia entre las dos varillas debe ser la profundidad de la primera varilla más la profundidad de la segunda varilla.

Son necesarias conexiones a tierra con valores de impedancia aceptablemente bajos para descargar las corrientes de descarga de los rayos, disipar las cargas liberadas de rayos próximos y drenar las acumulaciones de voltaje de estática.

La presencia de circuitos de transmisión de alto voltaje puede introducir un requerimiento para la conexión a tierra para hacer pasar la corriente de fallo que resultaría de un conductor de fase cayendo en alguna parte de la estructura del edificio.

En gran extensión el sistema de distribución eléctrico instalado dentro de plantas y edificios industriales está enteramente encerrado en metal puesto a tierra. Excepto para los sistemas de bandejas de cable los conductores están encerrados en armaduras metálicas o bandejas. Los otros elementos eléctricos de equipos y máquinas se espera estén encerrados en cuadros metálicos o en las estructuras metálicas de las máquinas. Todos estos recintos metálicos están conectados a otros componentes metálicos dentro del área, tales como los elementos estructurales de las tuberías, sistemas de tuberías, etc. Así el sistema eléctrico local será auto-contenido dentro de su propia carcasa o metal conductor.

Un sistema eléctrico puede ser diseñado para operar adecuadamente y con seguridad sin conexión a tierra. Esto puede ser conectado al sistema de distribución eléctrica cuando se instala en un aeroplano. Esta estructura de aeroplano constituye un sistema de tierra adecuado. Ninguna conexión a tierra es necesaria para alcanzar un sistema eléctrico seguro adecuado. Los vehículos y aeroplanos operan sistemas eléctricos y usualmente varios sistemas computerizados sin conexión a tierra.

Valores aceptables recomendados

El sistema de puesta a tierra más elaborado que puede diseñarse puede probar ser inadecuado a menos que la conexión del sistema a la tierra sea adecuada y tenga una resistencia baja. La conexión a tierra es una de las partes más importantes del sistema de puesta a tierra. También es la parte más difícil de obtener en el diseño.

La conexión perfecta a tierra tendría una resistencia cero, pero es imposible obtenerla. Pueden obtenerse resistencias de tierra de menos de 1 ohmio, aunque tal baja resistencia puede no ser necesaria. La resistencia requerida varía inversamente con la corriente de fallo a tierra, aunque tal baja resistencia puede no ser necesaria.

Para subestaciones y estaciones de generación más grandes, la resistencia de tierra no excederá 1 ohmio. Para las subestaciones más pequeñas y para plantas industriales, en general, se obtendrá una resistencia de menos de 5 ohmios.

7ª PARTE