TEORIA Y DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE

11. Preguntas Frecuentes


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OBJETIVO.  El objetivo de esta lista es recopilar la  experiencia de  los Ingenieros que proyectan, instalan y operan los  sistemas de tierras y de puesta a tierra, para beneficio de la profesión.



3. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRONICOS 

3.1 ¿Qué ventajas tiene utilizar cable contra conductores sencillos para conectar un motor?

Si es un motor alimentado de un arrancador normal, es lo mismo, pero, cuando se están utilizando inversores electrónicos, el ruido eléctrico emitido es mucho menor, y se debe la distribución uniforme de los conductores, incluyendo el de puesta a tierra dentro del cable.
 



5. PUESTA A TIERRA DE PROTECCION ATMOSFERICA 

5.1 ¿Son mejores los pararrayos ionizantes?

    Después de años de aplicación, no existe una respuesta definitiva porque sus detractores han encontrado que en algunos casos funcionan igual que las puntas Franklin.
5.2. ¿Se requiere poner una varilla electrodo en cada poste de alumbrado?
Esta práctica se hace por las compañías eléctricas americanas, ya que normalmente los postes de alumbrado llevan también circuitos de distribución con el neutro corrido y, el neutro lo van aterrizando a lo largo de la trayectoria en algunos postes.
No es necesario para los postes de alumbrado, aunque se pensara su uso como pararrayos,  ya que el poste está aterrizado de facto.




7. MEDICIONES DE RESISTIVIDAD PARA DISEÑO 

7.1.  En caso de desconocerse la resistividad de un terreno  y,  de carecer  de  aparato, cómo efectuamos un  cálculo  práctico  para elaborar nuestro sistema de tierras?

    El método de Wenner de cuatro puntos trabajando con electricidad a 60 Hz, nos proporciona una lectura aproximada y conservadora.
7.2.  Cuando se encuentra roca, ¿qué método se sugiere para mejorar la resistividad del terreno?
    Romper la roca e introducir bentonita o un compuesto comercial como el GEM.


8. MATERIALES DE PUESTA A TIERRA 

8.1.  ¿Porqué  se usa 4/0 en subestaciones, si en cálculos obtenemos  calibres  mucho menores?

    En realidad, es la experiencia de muchos ingenieros de las compañías  eléctricas la que ha dictado esa norma y, se hace para  que soporte  holgadamente los esfuerzos mecánicos de una falla  donde la protección no opere satisfactoriamente y para que no  obstante los efectos de corrosión, siempre exista una buena tierra.
8.2.  En  la línea 8 del Metro de la ciudad de  México  se  empleó aluminio para la red de tierras, lo que no aprueba la Norma NOM-001-SEDE-1999?
    Es  una  violación a la sección 250-83e de la Norma  citada, pero, ésta no tiene vigencia en las compañías de trenes eléctricos. Adicionalmente se comenta que el subsuelo de la Ciudad de  México permite el uso de dicho metal y éste se usó para  abaratar la instalación.
8.3. Existen en el mercado electrodos de puesta a tierra  patentados. ¿Son buenos?
    Por  lo general sí y en su aplicación se ahorra mucho tiempo de instalación, pero no quiere decir que trabajen en forma diferente a los que mejorando el terreno se pudieran tener.
8.4. ¿Cuál  es la separación mínima entre electrodos para  que  el efecto mutuo sea bajo?
    Se  considera en las normas aplicables que una distancia igual  o mayor  a 3.0 m entre 2 electrodos de 3.0 m de largo es apropiado, y, en lo general, se utiliza la regla de la mitad de la  suma de las longitudes de cualquier tipo de electrodo.
8.5. En libros de texto se menciona el uso de la sal como medio químico para mejorar la resistividad, ¿es correcto?
    Así fue la práctica hasta hace unos años en que se estudió el caso. La sal se diluye por presión osmótica en  el terreno, y ésto, al principio, mejora la resistividad del terreno. Pero, al paso del tiempo, la corrosión que sufrió el metal en contacto con la  sal  y la disminución paulatina de la  concentración  salina, elevan nuevamente la resistividad. La  bentonita, con su propiedad de retención de agua, es  lo  más recomendado actualmente para mejorar un terreno, siempre y cuando se mantenga húmedo.
8.6. ¿Porqué se permite conectar una varilla con un calibre 6  AWG de  Cobre, sin importar la corriente de falla o, calibre de conductores de acometidas?
    Porque  se ha demostrado que la resistencia del electrodo hacia tierra  es  la limitante, por lo que aunque se  desee,  no puede conducir mayor corriente.
8.7. ¿Porqué se prefiere la tubería del agua fría a la caliente?
    Porque la tubería de agua fría, en la mayoría de los casos, tiene una trayectoria menor a tierra y, está más en contacto con ésta.
8.8.  El conductor de puesta a tierra de las acometidas,  se  está cubriendo  para evitar su robo con un tubo conduit.  ¿Es  correcto que se deje aislado?
    Ni la NOM-001-SEDE-1999 ni el NEC se oponen a que sea  aislado este conductor, pero, es un hecho que si no se aterriza en  ambos extremos el tubo metálico, el conductor presentará una reactancia mucho muy elevada a la corriente de falla, y es una violación  a dichas normas.


9. DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRA 

9.1. En el caso de una subestación de pedestal, cuyo transformador tiene  una conexión delta-estrella, ¿es suficiente una  varilla  de tierra como dice la NOM-001-SEDE-1999?

    Definitivamente no; y se debe instalar una red de tierras completa  porque una falla en el primario a tierra dentro del  gabinete eleva a niveles muy peligrosos el potencial de paso y de  contacto. - Realice el cálculo si existe duda - La Norma debería especificar que es suficiente únicamente en subestaciones cuyo transformador está conectado Estrella-Estrella con neutro corrido- Ya  se  hizo  la observación  a  la Secretaría de Energía para añadir la  nota  en futuras ediciones de la Norma -
9.2. ¿En qué influyen los hilos de guarda en el cálculo de la red de tierras de una subestación?
    Como los hilos de guarda unen las estructuras más importantes  solo influyen  en la corriente de falla que circulará por  la  malla, pero las recomendaciones que se siguen como Norma ( en Norteamérica empleamos la IEEE-Std 142-1991 )[1.1] son muy conservadoras, y así se especifica. E implícitamente consideran un factor de aumento futuro del nivel de corto circuito.
9.3.  En  subestaciones industriales, ¿cuál es el  número  usual  de puntos de puesta a tierra de cada equipo?
    Por confiabilidad, dos, y conectados a cables distintos de la red de tierras.
9.4. ¿Cuál es profundidad de la malla de tierra?
    Tradicionalmente la Facultad de Ingeniería de UNAM ha enseñado que 0,60 m, lo que ha hecho escuela en México. Pero, el cálculo debe decir si es correcta o no esa profundidad.
    En los Estados Unidos, en los últimos años se han utilizado 0,45 m (1.5 pies)
9.5  En  subestaciones en desniveles, ¿qué pasa con las  mallas  de tierras?
    El  diseño se divide en partes, aunque unidos en los extremos.  Y en casos extremos, cuando los buses están independientes, son dos o más diseños independientes.
9.6. ¿Qué hacer si se tiene una red mal diseñada en una subestación en operación?
    Se  deberá  construir otra considerando la no existencia de la anterior. Y la práctica sugiere unir con cables las dos mallas donde el cálculo lo requiera.
9.7. Las subestaciones en azoteas, ¿requieren o no red de tierras?
    Para aterrizarlas se emplea el procedimiento de tierra remota,  y en donde se instalen los electrodos sí se tiene que considerar el potencial de paso y de contacto. Pero, en la azotea no.
9.8. ¿Se usa por motivos estéticos el tezontle o grava en subestaciones?
    De  ninguna manera. El uso de piedra de alta resistividad y con gran  distancia de contacto, en la capa superior de una subestación permite mallas menos costosas y, resuelve el problema de un potencial de paso o contacto muy elevado. El  asfalto también es un material de alta resistividad y se  usa alternativamente  pero, cuidado, la capa debe ser  profunda  para que sea efectiva - Referencia: ANSI/IEEE Std 80-1986 - [9.3].
9.9. ¿En caso de obtenerse en subestaciones interiores un potencial de paso o contacto muy elevado?
    Se recomienda una película de plástico entre la malla de tierras y la losa de concreto, para bajar dicho potencial. - Referencia: IEEE Std 80-2000 -  [9.3].
9.10.  ¿Con qué valor de X/R se realiza el cálculo de corto circuito, si  la   compañía suministradora no lo proporciona?
    Emplear X/R = 20
9.11.  Si una planta industrial tiene una malla que une  todos  los edificios y estructuras, ¿se puede tener otra malla independiente dentro de la  primera?
    Sí,  siempre  que esa malla tenga sus propios  electrodos  y,  se tenga una separación considerable entre ellas.
9.12.  ¿Qué se hace, en el caso de tener potencial de transferencia por la  pantalla de un cable?
    Se  usa multiaterrizar la pantalla del cable, porque la pantalla no fue diseñada para conducir corriente de falla -
9.13. ¿Qué corriente de malla tomo para un sistema de tierra de un frigorífico local, cuya resolución calculo muy costosa por lo elevado de la corriente de cortocircuito del sistema de BT, 28600 A?
    Las mallas de tierra se calculan de acuerdo con la corriente probable de malla que pueda circular por ellas. Y, esta corriente por el suelo, se presenta cuando no existe un retorno franco por un conductor metálico. Tal es el caso de fallas en las líneas aéreas en sistemas trifásicos 3 hilos, las cuales son muy escasamente utilizadas en baja tensión. La capacidad de cortocircuito mencionada es muy elevada si es la corriente máxima que puede circular por la malla. Si ese es el caso, se puede dar la vuelta al problema, cambiando el tipo de canalización, para que en una falla probable, la corriente de falla circule por conductor de puesta a tierra.
9.14. Y, ¿cuándo existen corrientes circulantes entre mallas?
    Eso  significa  que se violó el principio de darle salida a la corriente de falla por transformador. - Ref: ANSI/IEEE  Std  80-2000.-- [9.3].




12. MEDICIONES DE RESISTENCIA A TIERRA PARA MANTENIMIENTO 

12.1.  ¿Es  necesario  al medir la resistencia de  los  electrodos  a tierra que los tres puntos se encuentren en línea recta?

    Es necesario que los puntos se encuentren separados varias  veces la longitud del electrodo para que la gráfica muestre el aplastamiento en la "S", pero si el local tiene problemas para colocar los electrodos en linea recta, se pueden efectuar mediciones  con los electrodos en "L" ( a 90 grados) y las lecturas obtenidas son muy cercanas a las reales, aunque un poco menores.
12.2.  ¿Cómo se puede medir la resistencia a tierra de una malla  muy grande (refinerías, plantas generadoras, etc.)?
    En la práctica, mediante la unión de varias gráficas resultantes del método de tres puntos. Todas ellas deben intersectarse en  un valor cercano a la resistencia buscada.

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