5 pasos para el diseño de un sistema de puesta a tierra

En toda instalación eléctrica queremos tener los mejores resultados respecto a la protección del personal operativo como de los equipos y maquinarias a utilizar, por ello debemos tener claro los pasos y etapas a realizar en la elaboración de un diseño de un sistema de puesta a tierra. En este artículo detallaremos paso a paso las consideraciones para realizar un Sistema de Puesta a Tierra (SPAT), recordemos que los tiempos de cada etapa dependen de la experiencia de los especialistas.

Medición de la resistividad del terreno

Es el primer paso en el desarrollo de la solución; en ocasiones, algunos profesionales olvidan de realizan esta importante etapa previa, porque como lo dijimos anteriormente, se piensa que un SPAT simplemente consiste en realizar un hoyo vertical y colocar una varilla de cobre, lo cual no es correcto. Es muy importante realizar de 4 a 7 mediciones iguales por transversal en diferentes lugares del área que se va a medir, ya que su medida permite conocer la capacidad del terreno para conducir la corriente eléctrica y llegar a los valores indicados en el Manual de interpretación del CNE-Suministros.

Diseño de Puesta a Tierra

Un diseño de ingeniería es necesario para construir cualquier SPAT, se pueden hacer diseños teóricos (basados solamente en formulas), pero los valores son bastante conservadores y en un sistema complejo podría generar mayores gastos en materiales (obras civiles).

Un diseño tiene 5 partes principales:

1. Pre-Diseño

1. Revisar el mapa geológico del área donde se harán las mediciones y se construirá un SPAT.
2. Obtener un mapa de la ciudad en caso sea un lugar poblado (importante para no dañar tuberías de agua, gas, etc.)
3. Determinar qué equipos están instalados o que estructuras ya han sido construidas.
4. Determinar la corriente de falla que existe en las subestación, centro comercial, etc.
5. Revisar el espacio que tenemos.
   
   

2. Perfil de tierra (terreno)

El perfil de tierra es el primer paso de un verdadero diseño, teniendo presente también un pre-diseño que nos ayuda a dimensionar el proyecto inicialmente. Esta información se utiliza para poder estudiar más a fondo las propiedades de este terreno.

El análisis de capas es un punto importante para determinar, finalmente, el perfil de tierra, como sabemos el terreno no es uniforme así que podríamos tener en un lugar roca y a 15 metros tierra nativa.

3. Estructura del Sistema de Puesta a Tierra

Cuando ya se tiene las mediciones de resistividad y perfil de tierra, se puede decidir qué tipo de estructura se va a usar. Siempre hay que recordar que uno de los puntos mencionados en el pre-diseño, es el espacio, no podemos exceder ese límite para construir un sistema.

 Si la resistividad es muy elevada en las capas cercanas a la superficie, se busca alternativas con varillas o verticales profundas. Se usa horizontales en caso de protección de toque y paso.

 Debemos de tomar en cuenta que si es un sistema de baja tensión no necesitaremos preocuparnos por el toque y paso; sin embargo, en media y alta tensión el valor de resistencia es muy importante por lo que debemos de tomar en cuenta lo siguiente:

a. Determinar el valor R necesario

La corriente de falla (tierra) es una variable necesaria para poder determinar qué valor de R se necesita en el lugar. Normalmente la diferencia de potencial entre la tierra local y la tierra remota es igual a cero. Cuando existe una falla de corriente a tierra, causa gradientes de potencial locales dentro y en los alrededores del lugar. La diferencia de potencial entre el lugar y la tierra remota es conocida como potencial de tierra (GPR – Potencial de Tierra).

b. Mejoradores de terreno

Los mejoradores de tierra tienen como función principal, ayudarnos a reducir la resistencia de un SPAT y llegar a los valores indicados en el Manual de interpretación del CNE-Suministros Sección 02. Es importante también tomar en cuenta que cuando se realiza un diseño, el uso de mejoradores puede cambiar el valor de Resistencia dependiendo del terreno. Estos mejoradores deben tener las siguientes propiedades:

1. Costo del mejorador
2. Libre de mantenimiento
3. Evita la corrosión
4. Protección contra robo
5. Protección al medio ambiente
6. Certificaciones (IEC 62561-7, NSF, ASTM C39)

c. Aplicación de Software

En la actualidad existen diversos softwares para diseñar un sistema de puesta a tierra, una de ellas es CDEGS (Current Distribution, Electromagnetic Fields, Grounding and Soil Structure Analysis). Estas son alguna de sus características:

• Sigue normas de la IEEE para mediciones y ciertos cálculos
• Hace validaciones por medio de comparaciones con publicaciones científicas reconocidas
  
  

4. Análisis de tensión de Toque y Paso

1. Tensión de Toque: es cuando hay una peligrosa diferencia de potencial entre la tierra y un objeto metálico que una persona está tocando.
2. Tensión de Paso: es cuando hay un peligroso gradiente de voltaje entre los pies de una persona que está parada en la tierra.
3. Equipotencialidad: el enlace equipotencial es una conexión de baja impedancia permanente de partes metálicas, normalmente no energizadas, para formar una vía eléctricamente conductiva que asegure continuidad eléctrica y descargue cualquier corriente que sea aplicada (CNE – 010). Este es el método más viable para eliminar tensiones de toque y paso. Su aplicación se ve en sistemas eléctricos de media y alta tensión. En baja tensión solamente aplica para las zonas con descargas atmosféricas (rayos).

5. Reporte de Diseño

 Las partes que componen un diseño son las siguientes:

• Resumen Ejecutivo
• Layout del Sistema
• Modelo CDEGS-Aplicación del Software
• Corriente de Falla
• Data para Cálculos
• Condiciones
• Conclusiones
• Adjuntos

Hemos podido revisar las etapas para un diseño e implementación de un Sistema de Puesta a Tierra (SPAT). Para poder llevar esto a cabo es importante hacer un reconocimiento del terreno con sus respectivas mediciones. Cabe resaltar que el personal técnico debe contar con un equipo de protección personal adecuado y si queremos lograr resultados ideales, se debe contar con los mejores productos y tomar referencias de las normativas peruanas  como la NTP 370.053, NTP 370.303., CNE y normativas internacionales como la IEEE. En Promelsa encontrará este producto en sus diferentes presentaciones. Consulta con nuestros especialistas haz click aquí.