Aumento Potencial de Tierra (APT)

8/17/2019 Aumento Potencial de Tierra (APT)

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Aumento de Potencia

de Tierra-APT (GPR)El monstruo va a saltar de la tierra y agarrarle….


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Terminología….

Algunos usan la frase “Subida de Potencial de la T

también “Elevación de Potencial de la Tierra”. Vamos a usar “Aumento de Potencial de la Tierra”

As veces hablan del “feedback” de la tierra, pero n

común

La mayoría de la literatura sobre el fenómeno estáusa la frase “Ground Potential Rise ” (GPR).


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Cuando Hay Diferencias en “Puesta a Tie


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Cuando No Hay Equipotencialid

en el Sistema de Puesta a Tierr


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APT Entre Edificios


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Cálculos según la Ciencia

Ref: Guide for A

Earth Potential

1986


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Un Ejemplo: Poste de Luz


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Los Daños

Daño al cable

Daño a la conexión entre pantalla, conductor

de puesta a tiera y el aislamiento

Daño al concreto del poste


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Ejemplo: Poste de Luz

No sabemos las distancias de torre-al-poste de luz ni d

luz-a-punto de puesta a tierra. Tampoco sabemos la m

corriente del rayo ni la resistividad del suelo.

Sin embargo, la corriente del rayo fluyendo en el suelo

una diferencia grande de potencial en la tierra entre es

puntos.

Fue adecuado para hacer daño al concreto del poste dhacer daños a los cables y conexiones.

La solución: hacer una conexión entre el base del pos

la jabalina de puesta a tierra para equipotenciar los do

Có E it l P bl


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¿Cómo Evitar el Problema


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Los Factores Claves en Calcular

− Resistividad del suelo. El factor más importanes el factor más variable y menos “visible”.

− Magnitud máxima de la corriente

− Distancias entre puntos en contacto con el su


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Las Formulas Simples I: corriente inyectada a la tierra; x: distancia entre el

inyección y el punto distante; l: longitud de jabalina

entre dos puntos lejos

=ρ∗

∗ ∗ ℎ

= ρ ∗I

∗∗l * log(

+ 1 + l 2/2 ) para la potencial de una jab

una distancia “x”

Vd = ρ∗∗ ∗

* [1/ − 1/ + ]

Nota: pocas veces encontramos suelos homogéneos de re

objetos metálicos, concreto abajo.


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Hoja de Cálculos Simple Las descargas atmosféricas son de 20.000 amper

promedio hasta 100.000 / 200.000 amperios picos

Los suelos en el valle de Cochabamba son de 50200 Ωm. Sin embargo en el Chapare son de 1500

más) Ωm. Cerros facilmente pueden tener resistiv

miles de Ωm.

Se puede ver que los voltajes picos pueden llegar

hasta 1000s (¡y más!) cuando el rayo cae cerca y/

distancias entre jabalinas son grandes.

En casos de subestaciones cuando pierde una fas

personal está cerca puede herirle fácilmente.


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Dos Razones para Controlar AP

Protección del equipo eléctrico y electrónico de l

empresa Protección de personal

APT es la fuente de heridas por dos causas principale

Tensión de Paso

Tensión de Toque

Estos son normados en la mayoría de países, especiapara trabajadores en subestaciones y torres (celulares

tensión).


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APT Tensión de Paso; Tensión d


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Potencial de PasoDiferencia en el potencial de la superficie

experimentada por una persona a una distan

de 1 m con sus pies.

1 m

RF

RB

RFI

V

Las normas más conocidas indican un máximo de 300V/m. Hay leyes naciona

países que exigen cálculos antes de certificar ciertos lugares “aptos para traba

embargo es difícil calcular…..


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Potencial de Contacto / Toq

Diferencia en el potencial de

la superficie entre el APT yel potencial de la superficie

en un punto donde la

persona está parada,

cuando se tiene la mano en

contacto con un objeto

aterrado.


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Ejemplo del Cálculos de APT

24 ft.

53 ft.

19 ft.

27 ft.

Sitio de comunicaciones


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Ejemplo del Cálculos

Anillos de Torre

5/8 pulgadas x 10 piesBarras de impulso

Anillo de Equipo

Anillo Externo

Almohadilla de Equipo

Base de la Estructura

Ej l d Cál l


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Ejemplo de Cálculos

Resistancia a la Puesta a Tierra.........................................1.3

Falla de corriente a tierra..................................................3,82

APT causado por una falla en la torre de transmisión

……..5,015.5 V

Distancia 300-voltios GPR ........................................... ....10

No. de CapaResistividad(ohmios-m)

Grosor(pies)

1 97.186 36.620

2 10.814 14.648

3 13.590 infinito


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Aumento de Potencial de la Tierr

P t i l d P ( i )


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Potencial de Paso (max. – min.)


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Potencial de Paso (sin una “capa ais


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Potencial de Paso (con capa prote


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Potencial de contacto (max.-min


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Tensión de Contacto (PAT sin “aislan


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Tensiones de Paso y Contac


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Tensiones de Paso y Contac

Seguridad Ocupacional− Es obvio que la tensión de contacto puede matar una

porque la corriente puede pasar por el corazón− Menos fatal pero muy importante es la tensión de pas

lesionar

− Por razones de seguridad ocupacional, muchos paíse

control de estas dos tensiones

− Exigen que antes de ocupar un predio con torres decomunicaciones y/o transmisión de Alta Tensión, que

estudio de suelos combinado con cálculos de las tens

paso y contacto


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El Concepto del Plano Equipot


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El Concepto del Plano Equipot Cuando hay la posibilidad de diferencias entre punto cercanos, ha

de chispas / arcos durante un evento (caída de rayo, falla de fase

La mayoría de daños NO son debidos a chispas/arcos sino a difer

tensión durante el evento que daña el aislamiento de cables, bobimotores, transformadores

Obviamente tenemos que “hacer algo” para evitar que tales tensio

puntos sean minimizadas hasta eliminadas

También vamos a ver la necesidad imprescindible de garantizar q

metálico no tenga la posibilidad de tener un voltaje aparte de la potierra

No son iguales pero “viven” juntos:

1. El sistema de Puesta a Tierra (PAT)

2. Unión equipotencial

Concepto del Plano Equipoten


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Concepto del Plano Equipoten

Hay dos tipos distintos de sistemas de puest

dentro un predio:

– Sistema de Puesta a Tierra / Aterramiento Integrado Lo más común para la gran mayoría de instalaciones comerc

industriales

El concepto es mantener TODA la instalación eléctrica a un p

minimizar diferencias de potencial

– Sistema de Puesta a Tierra Aislado

Se encuentra en instalaciones especiales: centrales telefónicfabricas grandes con exigencias muy específicas

Se establecen zonas distintas con su aterramiento aislado de

Se unen el aterramiento de las zonas distintas en un solo pu

Sistemas de PAT aislado son relativamente raros

Ejemplo de un sitio de comunicacio


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Ejemplo de un sitio de comunicacio


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Relación de APT a “Automizaci


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Relación de APT a “Automizaci

Nuestra redes de automización funcionan en un am

amistoso’ de plantas industriales

En general, equipos y sus redes de enlace son sens

perturbaciones eléctricas

Fluctuaciones de voltaje de alimentación

Diferencias de potencial de tierra entre puntos

Falta de buenas instalaciones eléctricas “Teflon”

Jerarquía de Control


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q

Las Posibles Perturbaciones en la Je


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Las Posibles Perturbaciones en la Je

Cuando no hay una conexión in tencional , hay otras c


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y , y

clandestinas (por la tierra) para mantener las pote

Cuando hay una conexión intencional, podi i i l t i l t l i


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Unión Equipotencial

minimizer las potenciales entre los varios pu

contacto con la tierra


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Los Cuatro pilares integrales


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p g

S i s t e m a

d e P r o t e c c i ó n

E x t e r n o

: P a r a r r a y o s

S i s t e m a

d e P r o t e c c i ó n

I n t e r n o : S u p r e s o r e s d e

P i c o s T r a n s i t o r i o s

I n s t a l a c i ó n E l é c t r i c a :

R e d E q u i p o t e n c i a l

S i s t e m a

d e P u e s t a a

T i e r r a

PUESTA A TIERRA O ATERRAMIENTO INT


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PUESTA A TIERRA O ATERRAMIENTO INT

Plano Equipotencial

– Esquema de aterramiento que incorpora mú

elementos de aterramiento, uniéndolos con ereducir las diferencias de tensión entre los e

durante fallas eléctrica (fallas de fase mayorm

caídas de rayos.

– Incluye todo de la instalación eléctrica más aconstrucción, sistema de pararrayos, canaliz

metálicas, etc

CONEXIONES EQUIPOTENCIAL


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CONEXIONES EQUIPOTENCIAL− La idea principal es que no debe ser ningú

metálico sin conexión a la tierra− Hacemos una conexión intencional y de bu

calidad para evitar a) accidentes eléctricasa lado (“side flash”)

− Cada objeto metálico debe tener su conexobjetos metálicos & la tierra

− Así forma un “plano o red equipotencial”− Las normas de instalaciones eléctricas y p

de su vida exigen tal conexión

ELEMENTOS DE CONEXIONES


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EQUIPOTENCIALES− Es la conexión de todo metálico para formar un p

equipotencial− No es un sustituto para pararrayo sino complem

proteger vida y maquinaria

− Las normas exigen un diámetro mínimo de AWG

(8.4mm2) para las conexiones equipotenciales. V

250.66 de la NEC (abajo).− “Si sea metálica, tiene que ser parte del plano

equipotencial ”

Unión de todos los Elementos de Pues


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Unión de todos los Elementos de Pues

Barra de

Aterramiento

Principal

Conductores de

Electrodos de Puesta

a Tierra

SIEMPRE hay

una conexión

entre la Barra de

AterramientoPrincipal y el Neutro

a re e on uc or e ec rode


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de

Puesta a Tierra (NEC 250.66)Grosor de Conductor de

Fase

Calibre de Conductor de

Electrodo de PAT-Cobre

Calibre de Condu

Electrodo de P

Aluminio

#2 AWG #8 #6

#1 o 1/0 AWG #6 #4

2/0 o 3/0 AWG #4 #2

3/0 hasta 350 MCM #2 1/0

350-600 MCM 1/0 3/0

600-1100 MCM 2/0 4/0

Encima de 1100 MCM 3/0 250 MCM

Ver también Tablas 8 y 9 de IEC 62305-3 “Dimensiones mínimas par

conductores de equipotencialidad.” Corresponden a estas dimension

Tabla 250.66 para Unión Equipot


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Tabla 250.66 para Unión Equipot

Grosor d

Conductor

Fase

#2 AWG

#1 o 1/0 AWG

2/0 o 3/0 AWG

3/0 hasta 350

350-600 MCM

600-1100 MCM

Encima de 110MCM

Resumen: Aumento de Potencia de


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Encontramos problemas con el APT en dos situacion

caída de un rayo; 2) falla de fase (subestación)

El APT induce una diferencia de voltaje entre cada pupropia conexión a la tierra

Es la razón principal para unificar “todo lo metálico” pa

diferencias de voltaje

Es mucho más problemático cuando los suelos son d

resistividad (“el Trópico”, cerros, altiplano)

La mayoría de los daños debido a rayos son por el Au

Potencia de la Tierra cuando el rayo cae “cerca” (100’

no necesariamente “sobre” un predio

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