Pozo de Tierra e Interruptor Diferencial

7/23/2019 Pozo de Tierra e Interruptor Diferencial

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Sistemas de puesta a tierra y llaves diferenciales

Huillca Cameron Biviano 1


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Dedicado a lo constantemente nuevo, a la duda metdica, a la timidez desafiante, alsiempre es ahora mal que le pese al despus, a la complejidad, en fin, dedicado a la

carrera de Ingeniera Electrica.


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Contenido

CAPITULO I ........................................................................................................ 5

Introduccin .............................................................................................................. 5

Definiciones Generales ............................................................................................... 6

Sistemas de puesta a tierra ........................................................................................ 8

Concepto ................................................................................................................ 8

Normatividad de la puesta a tierra ............................................................................ 8

Finalidad de las puestas a tierra ................................................................................ 9

Clasificacin de las tomas de tierra: ........................................................................... 9

Caractersticas de los elementos que componen una puesta a tierra ......................... 11

Electrodos de tierra ............................................................................................. 11

Conductores de proteccin (pe) ............................................................................ 14

Secciones mnimas del conductor PE ................................................................... 15

Estudio de Suelos .................................................................................................... 17

Propiedades electromagnticas de las tierras ....................................................... 17

Resistividad de suelos .......................................................................................... 17

Conceptos fundamentales en estudios de resistividad........................................... 17

Influencia de la humedad .................................................................................... 18

Compactacin ...................................................................................................... 18

Estratigrafa ........................................................................................................ 18

Humedad ............................................................................................................. 19

Temperatura ........................................................................................................ 19

Salinidad ............................................................................................................. 19

Estacionalidad ..................................................................................................... 19

Variacin de la resistividad por distintos tipos de suelo ........................................... 20

Mtodos para la reduccin de la resistencia elctrica ............................................ 20

Tratamiento qumico del suelo ................................................................................ 24

Diferentes configuraciones ....................................................................................... 27

Calculo de puesta a tierra ........................................................................................ 28

Premisas adoptadas ............................................................................................. 28

Desarrollo del clculo ........................................................................................... 30

Jabalina vertical .................................................................................................. 32

Jabalinas alineadas .............................................................................................. 38

Jabalinas dispuestas en circunferencia ................................................................. 40


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Jabalina dispuesta en triangulo ............................................................................... 41

Jabalinas profundas ............................................................................................ 42

Conductor horizontal dispuesto linealmente ............................................................ 43

Medida de la resistencia de una puesta a tierra ........................................................ 44

Mtodos de medicin de puesta a tierra ................................................................... 46

Mtodo wenner de cuatro puntos ......................................................................... 46

Mtodo de la cada de potencial ........................................................................... 48

Mtodo de medidor de pinza ................................................................................ 50

Instalacin de pozo a tierra con una dosis de THOR-GEL de 5Kg ...................... 51

Instrucciones para la aplicacin del Thor-gel en pozos verticales ......................... 51

Sistema de puesta a tierra horizontal ................................................................... 53

Medicin de puesta a tierra .................................................................................. 53

CAPITULO II......................................................................................................... 54

Interruptores diferenciales ................................................................................... 54

Introduccin ........................................................................................................ 54

Tipologa de los interruptores diferenciales .......................................................... 55

Clases de los interruptores diferenciales ............................................................... 55

Sensibilidad de los interruptores diferenciales ...................................................... 56

Tiempo de respuesta ............................................................................................ 57

Selectividad ......................................................................................................... 58

Eleccin del calibre o corriente asignada del interruptor diferencial. ................... 59

Funcionamiento .................................................................................................. 61

Como acta el interruptor diferencial ...................................................................... 63

Qu pasa si no hay puesta a tierra ni diferencial? .............................................. 64

Usuario protegido por el diferencial usuario diferencial (Contacto indirecto) ....... 65

Qu pasa si existe puesta a pasa tierra, pero no hay no diferencial? ................... 65

Proteccin del usuario y la instalacin: puesta a tierra + diferencial puesta

diferencial ............................................................................................................ 66

Proteccin en un contacto directo proteccin directo ........................................... 66

Ejemplo de conexin de interruptores diferenciales ............................................. 67

Conclusiones ............................................................................................................ 68

Bibliografa ............................................................................................................. 69


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CAPITULO I

Introduccin

Los medios digitales de la actualidad son una realidad del mundo globalizado y hayinformacin en lnea o banda ancha que necesitan mayor cuidado porque presentanalgunas debilidades entre las cuales podemos contar con la sensibilidad a los cambiosbruscos en las condiciones de operacin, esto es a las perturbaciones en la alimentacinelctrica o a los fenmenos elctricos transitorios que se presentan o inducen en lossistemas interconectados.

Para evitar y atenuar la peligrosidad de estas perturbaciones en la vida yfuncionamiento de los equipos, se ha previsto la estabilidad, continuidad defuncionamiento y la proteccin de los mismos con dispositivos que eviten el ingreso deestos transitorios a los sistemas en fracciones de segundo (nanosegundos) y seandispersados por una ruta previamente asignada como es el sistema de puesta a tierra

(SPAT), que es el primer dispositivo protector no solo de equipo sensible, sino tambinde la vida humana evitando desgracias o prdidas que lamentar.

La proteccin elctrica y electrnica tiene pues dos componentes fundamentales, queson indesligables uno de otro: los equipos protectores (pararrayos, filtros, supresores,TVSS, Va de Chispas, etc.) y el sistema dispersor o Sistema de Puesta a Tierra(SPAT), entendindose este como el pozo infinito donde ingresan corrientes de falla otransitorios y no tienen retorno porque van a una masa neutra y son realmentedispersados.

El interruptor diferencial es un dispositivo de proteccin contra fugas de corrienteelctrica. Permite proteger la vida de las personas ante choques elctricos causadospor:

- Desperfectos en electrodomsticos o equipos elctricos.

- Contactos accidentales de elementos bajo tensin. Certificado bajo norma IEC61008-2-1.

Est fabricado con materiales de ltima tecnologa que le confieren la seguridad defuncionamiento que necesita.

Los dispositivos diferenciales son un medio eficaz para la proteccin de las personascontra los riesgos de la corriente elctrica en baja tensin como consecuencia de uncontacto directo. El objetivo de los dispositivos diferenciales residuales (DDR), esdetectar las corrientes de defecto de fuga a tierra y actuar interrumpiendo el circuitoen caso de que dichas corrientes supongan un peligro para las personas o los bienes.

Los dispositivos diferenciales residuales constituyen tambin un elemento devigilancia del aislamiento de los cables y de los receptores elctricos.

Las normas UNE EN 61008 y UNE EN 61009 les son de aplicacin a los interruptoresdiferenciales para usos domsticos y anlogos y para los interruptores automticos depotencia la norma UNE EN 60947.


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Definiciones Generales

Circuito.-

Conductor o sistema de conductores a travs de los cuales puede fluir una corrienteelctrica.

Conductor.-

Alambre o conjunto de alambres, no aislados entre s, destinados a conducir lacorriente elctrica.

Conductor de puesta a tierra.-

Conductor que es usado para conectar los equipos o el sistema de alambrado con unoo ms electrodos a tierra.

Electrodo.-

Conductor terminal de un circuito, en contacto con un medio de distinta naturaleza.Elemento conductor usado para transferir la corriente a otro medio.

Resistencia a tierra.-

Valor de la resistencia entre un punto cualquiera de una instalacin, sea esta parteactiva desenergizada, o no-activa, y la masa terrestre.

Tensin a tierra.-

En los circuitos puestos a tierra, es la tensin eficaz entre un conductor dado y el puntoo el conductor que est a tierra. En los circuitos no puestos a tierra, es la mayordiferencia de tensin entre un conductor dado y cualquiera de los otros conductoresdel circuito.

Puesta a tierra: Comprende a toda la ligazn metlica directa sin fusibles ni proteccinalguna, de seccin suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalaciny un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el suelo, con el objeto de conseguirque en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie prxima del terreno noexistan diferencias potenciales peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso atierra de las corrientes de falla o la de descarga de origen atmosfrico.

Conjunto constituido por una o ms tomas de tierra interconectada y sus conductores

de tierra correspondientes, conectados al borne principal de tierra.Toma de tierra: Electrodo de tierra individual o un conjunto de electrodos de tierra.

Electrodo de tierra: Parte conductora que puede estar embutida en el suelo o en unmedio conductor particular, por ejemplo cemento, en contacto elctrico con la Tierra.

Conductor de tierra: Conductor de proteccin que une el borne principal de tierra conla toma de tierra.

Borne principal de tierra: Borne o barra que forma parte de la puesta a tierra deproteccin de una instalacin, previsto para la conexin a tierra de los conductores de

proteccin, incluidos los conductores de conexin equipotencial.


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Masa: Parte conductora de un equipamiento elctrico que puede ser tocada y quenormalmente no est bajo tensin pero que puede ser puesta bajo tensin en caso defalla del aislamiento principal. No se considera masa una parte conductora de unequipamiento elctrico que solo puede ser puesta bajo tensin a travs de otra masa.

Tierra local: Parte de la Tierra en contacto elctrico con una toma de tierra, y cuyopotencial elctrico no es necesariamente igual a cero

Tierra de referencia (Tierra): Parte de la tierra considerada como conductora cuyopotencial elctrico es considerado, por convencin, igual a cero, estando fuera de lazona de influencia de toda instalacin de puesta a tierra. La tierra de referenciatambin es denominada tierra lejana.

Resistencia de puesta a tierra: Resistencia entre el borne principal de tierra y la tierrade referencia.

Tensin de contacto. Es la fraccin de la tensin de puesta a tierra que puede ser

puenteada por una persona entre la mano y el pie o entre ambas manos.Tensin de paso. Es la parte de la tensin de puesta a tierra que puede ser puenteadapor un ser humano entre los dos pies, considerndose el paso de una longitud de unmetro.

Tensin de puesta a tierra. Tensin que aparece a causa de un defecto de aislamientoentre una masa y tierra.

Tierra. Masa conductora de la tierra, cuyo potencial elctrico en cualquier punto seconsidera cero por convenio.

Resistividad de la tierra. Es la resistencia especfica del terreno. Se mide en ohmios pormetro y representa la resistencia entre dos caras opuestas de un cubo de un metro delado.

Subestacin (SE). Conjunto situado en un mismo lugar, de la aparamenta elctrica yde los edificios necesarios para realizar alguna de las funciones siguientes:transformacin de la tensin, de la frecuencia, del nmero de fases, rectificacin,compensacin del factor de potencia y conexin de dos o ms circuitos. Quedanexcluidos de esta definicin los centros de transformacin.

Subestacin blindada (GIS Gas Insulated Substation). Subestacin de alta tensin en

la cual, todo o la mayora del aislamiento es proporcionado por gas a alta presindentro de una carcasa metlica puesta a tierra. (Ing. Carlos Huayllasco Montalva,consultor de PROCOBRE PERU, 1999)


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Sistemas de puesta a tierra

Concepto

La puesta a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que encontacto con tierra, permiten drenar hacia sta, todas las corrientes de falla, peligrosaspara la integridad de las personas y de los equipos electrnicos.

La conexin a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando elpeligro en forma segura.

IEC 62305n 62305, Parte del Sistema de Proteccin Parte Proteccin n Contra Rayos(SPCR) externo, destinada a conducir y dispersar en el suelo la corriente de la descargaatmosfrica segn.

La puesta a tierra es un mecanismo de seguridad que forma parte de las instalacioneselctricas y que consiste en conducir eventuales desvos de la corriente hacia la tierra,

impidiendo que el usuario entre en contacto con la electricidad.Esto quiere decir que cierto sector de las instalaciones est unido, a travs de unconductor, a la tierra para que, en caso de una derivacin imprevista de la corriente ode una falla de los aislamientos, las personas no se electrocuten al entrar en contactocon los dispositivos conectados a dicha instalacin.

Tambin llamada polo a tierra o toma de tierra, la puesta a tierra implica el uso deuna pieza de metal que se entierra en el suelo y que incluso puede conectase a lossectores metlicos de una estructura. A travs de un cable aislante, esta pieza de metalse conecta a la instalacin elctrica y, mediante las bases de enchufe, a los dispositivos

conectados a la electricidad. La puesta a tierra tambin contempla el uso de uninterruptor diferencial que se encarga de abrir la conexin elctrica al registrar un pasode corriente hacia la tierra.

La tierra es, en definitiva, una superficie que pueda disipar la corriente elctrica quereciba. Lo que llamamos puesta a tierra consiste en un mecanismo que cuenta con laspiezas metlicas enterradas (denominadas jabalinas, picas o electrodos) y conductoresde diferente clases que vinculan los diversos sectores de la instalacin.

Los pararrayos, por ejemplo, funcionan con un sistema de puesta a tierra, conduciendola descarga hacia un terreno de escasa resistencia.

Normatividad de la puesta a tierraLas normas que existen en relacin a la puesta a tierra en el CODIGO NACIONALDE ELECTRICIDAD, formulado por el Ministerio de Energa y Minas, a travs de laDireccin General de Electricidad mediante Decreto Ley N 119521, especficamentela informacin del Tomo I aprobado por resolucin Ministerial N 0285-78 EM/DGEdel 19 de Mayo de 1978 y del Tomo V aprobado por resolucin Ministerial N 139-82-EM/DGE del 02 de junio de 1982.

El TOMO I corresponde a las Prescripciones Generales. De este tomo se ha incluidocuatro puntos importantes que permitirn al lector conoce dnde y para quin rige

este reglamento, as como unificar definiciones y smbolos. Asimismo se estproporcionando un interesante cuadro en el que se muestra los efectos de la corriente


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elctrica sobre el cuerpo humano. En el TOMO V el Cdigo establece las prescripcionesconsideradas necesarias para la seguridad de las personas y de la propiedad.

En este captulo se presenta el sistema de utilizacin, es decir cules son lasdisposiciones para la puesta a tierra y cmo deben ser los puentes de unin de las

instalaciones elctricas.Finalidad de las puestas a tierra

Los objetivos principales de las puestas a tierra son:

1. Obtener una resistencia elctrica de bajo valor para derivar a tierra FenmenosElctricos Transitorios (FETs.), corrientes de falla esttica y parsita; as comoruido elctrico y de radio frecuencia.

2. Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de loslmites de seguridad de modo que las tensiones de paso o de toque no seanpeligrosas para los humanos y/o animales.

3.

Hacer que el equipamiento de proteccin sea ms sensible y permita una rpidaderivacin de las corrientes defectuosas a tierra.

4. Proporcionar un camino de derivacin a tierra de descargas atmosfricas,transitorios y de sobretensiones internas del sistema.

5. Ofrecer en todo momento y por el tiempo de vida til del SPAT (20 aos)baja resistencia elctrica que permita el paso de las corrientes de falla.

6. Servir de continuidad de pantalla en los sistemas de distribucin de lneastelefnicas, antenas y cables coaxiales.

Clasificacin de las tomas de tierra:

1) Viviendas unifamiliares - departamentos - locales comerciales.2) Grandes edificios para viviendas colectivas - hospitales - colegios - hoteles -supermercados y todo lugar con acceso al pblico.

3) Talleres, fbricas pequeas y locales para depsito.

1) Tomas de tierra en viviendas unifamiliares, departamentos y locales comerciales:

La resistencia a tierra medida desde cualquier masa de la instalacin, para el caso deusar interruptores diferenciales, no ser mayor de 10 ohm (preferentemente 5 ohm).

En el caso que no se aplique el interruptor diferencial, el valor de la resistencia secalcular para lograr una tensin de contacto indirecto no mayor que 24 VCA paraambientes secos y 12 VCA para pisos mojados. Los valores de resistencia segn el tipode protector que se utilice estn dados en el Curso 1ro. De Seguridad y no son mayoresde 0,50 ohm lo cual es muy difcil de lograr. La conexin del electrodo dispersor de lacorriente a tierra desde la caja de toma se efectuar mediante conductor electrolticocuya seccin se calcula segn se indica (1er. Curso de Seguridad) y que sea comomnimo de 10 mm2. Si el conductor es desnudo se lo protege dentro de un conductorno metlico enterrado 0,30 m. por debajo del nivel del suelo.

Se puede utilizar:

Jabalina


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Placas

Cables, alambres o flejes enterrados

Jabalinas: Se instalan preferentemente por hincado directo sin perforacin. Sudimetro exterior mnimo ser de 12,6 mm para las de Acero - Cobre IRAM (2309) y

14,6 mm para las de acero cincado en caliente (IRAM 2310). Ver figura pg.17 deIRAM 2310. La unin en la caja de toma de tierra se efectuar de forma de evitar pareselectro-qumicos y se harn por ejemplo con grapas de bronce o soldaduratermoqumica.

Placas:Las placas de cobre tendrn un espesor mnimo de 3 mm., un rea mnima de0,50 m2 y se enterrarn 1,50 m. como mnimo debajo del nivel del suelo. La unin conel conductor de proteccin se efectuar por soldadura termoqumica o autgena.

Cables, alambres, etc.: Sern de cobre electroltico con seccin mnima de 25 mm2,cada uno de los alambres tendr un dimetro de 2 mm como mnimo y se enterrarn a

la profundidad de 70 cm. como mnimo.2) Tomas de Tierra de Grandes edificios para viviendas colectivas y oficinas, hospitales,

establecimientos educacionales, hoteles, bancos, supermercados, comercio y todo lugar

con acceso de pblico.

En instalaciones por construir se colocar un conductor como toma de tierra,ubicndolo en el fondo de las zanjas de los cimientos en contacto ntimo con la tierray de manera que recorra el permetro del edificio. Este conductor servir de electrododispersor de la corriente de falla a tierra y podr ser de:

a) Cable de cobre electroltico desnudo de 35 mm2 de seccin nominal (IRAM 2022)mnimo y el dimetro mnimo de los alambres que lo componen ser de 1,80 mm.

b) Alambre de acero-cobre de 5mm de dimetro con el 40% de conductividad respectodel cobre como mnimo.

c) Planchuelas de cobre electroltico de 20 mm por 3 mm como mnimo.

En estos casos la seccin se calcula en base a la frmula:

Estos conductores se instalarn en forma de anillos o mallas y de ellos se realizarnderivaciones hasta el nivel del suelo a una caja de inspeccin (una por cada 30 m. depermetro como mnimo). El conductor de derivacin tendr una seccin por lo menosequivalente y ser del mismo metal que el de la malla. Se unirn por medio desoldadura autgena o termoqumica, o por compresin con deformacin plstica enfro.

NOTA: No se permiten uniones roscadas, abullonadas o remachadas. La resistencia atierra ser igual o menor que 2 ohm. En los lugares donde el conductor de puesta atierra pueda ser daado, ser protegido convenientemente colocndolo en un conducto

preferentemente no metlico.


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3) Tomas de tierra en talleres, pequeas fbricas y locales para depsitos.

Se aplicara al sistema de las viviendas unifamiliares, con la diferencia que la conexindel electrodo dispersor de la corriente a la tierra desde la caja de la toma ser de 16mm2 como mnimo. En todos los casos la seccin se calcula por:

Caractersticas de los elementos que componen una puesta a tierra

Electrodos de tierra

Material

El material para los conductores de puesta a tierra deber ser como se especifica acontinuacin:

a) Conductor de puesta a tierra. Deber ser de cobre. El material seleccionado deberser resistente a cualquier condicin de corrosin que exista en la instalacin o deberprotegido contra la corrosin. El conductor deber ser slido o cableado, aislado,cubierto, o desnudo y deber ser instalado en un solo tramo, sin uniones ni empalmes,a excepcin de las barras colectoras que s pueden ser unidas.

b) Tipos de conductores de proteccin. El conductor de proteccin instalado junto conlos conductores del circuito, deber ser uno o ms o una combinacin de los siguientes:

- Un conductor de cobre u otro material resistente a la corrosin. Este conductordeber ser slido o cableado; aislado, cubierto, o desnudo; y en forma de un conductor

o de una barra colectora de cualquier forma.

- Tubera metlica pesada, tubera metlica intermedia, tubo metlico liviano otubera metlica pesada flexible aprobada para el uso.

- Las armaduras y cubiertas metlicas de los cables.

- Las bandejas para cables

- Otras canalizaciones especficamente aprobadas para la puesta a tierra.

c) Puestas a tierra adicionales. Se permitir el uso de electrodos a tierra adicionales

para aumentar la seccin de los conductores de proteccin especificados, pero la tierrano deber usarse como nico conductor de proteccin.

Los materiales y dimensiones de los electrodos de tierra que integran una toma detierra, son aquellos que soportan la corrosin y tienen una adecuada resistenciamecnica.

Los materiales y tipos de electrodos de tierra de uso comn, son:

Tipos de electrodos de tierra:

Cintas (pletinas) o conductor desnudo multifilar,

Caos o barras (picas o jabalinas), Placas.


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Materiales:

Cobre, Acero galvanizado en caliente, Acero inoxidable,

Acero con recubrimiento de cobre varillas de cobre puro Varillas de cobre electroltico al 99.9% segn ASTM Aplicacin: La varilla de

cobre posee una excelente dureza, conductividad Electrica y resistencia a latraccin durante su uso. Al ser enterradas adecuadamente garantiza laproteccin de la vida humana, de equipos, instalaciones elctricas, permitiendoen su instalacin disipar la energa proveniente de descargas elctricas yatmosfricas.

varillas copperweld Estas varillas son una solucin econmica con respecto a las varillas de cobre

puro, esta es construida con un ncleo de acero al carbn y un recubrimiento decobre.

Como se desprende de la definicin de toma de tierra, estos electrodos de tierra puedenser utilizados como electrodos individuales o utilizarse distintos electrodoselctricamente conectados entre s para la ejecucin de una toma de tierra. Serecomienda la utilizacin de electrodos del mismo material, para evitar problemas de

corrosin por par galvnico. Las dimensiones mnimas de los electrodos estnestablecidas en el Reglamento de UTE, y se indican algunas a continuacin:


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Las canalizaciones metlicas de otros servicios (agua, gas, calefaccin central), etc. nodeben ser utilizadas como electrodos de tierra, pero si debe realizarse su conexinequipotencial a la barra principal de tierra.

Conductores de tierra

El Reglamento de Baja Tensin de UTE le llama Conductor de enlace con tierra yestablece como seccin mnima para el mismo 35 mm en cobre, a menos que la lnearepartidora sea de menor seccin, en cuyo caso ser de la misma seccin que losconductores de fase.

Borne principal de tierra

En toda instalacin debe preverse un borne o barra principal de tierra, para laconexin de los siguientes conductores:

Conductores de tierra.


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Conductores de proteccin que no estn conectados a este terminal a travs deotros conductores de proteccin.

Conductores de conexin equipotencial principal.

La conexin al borne principal de tierra, debe realizarse de forma de poder

desconectarse individualmente cada conductor conectado al mismo. Esta conexinadems se realiza de forma que su remocin solo debe ser posible por medio de unaherramienta.

En algn caso puede ser necesario instalar ms de un borne o barra principal de tierrapara realizar las conexiones indicadas. En este caso los conductores de tierra seconectan todos a la misma toma de tierra.

Conductores de proteccin (pe)

Todo circuito debe incluir el conductor de proteccin, ya que el mismo provee laconexin a tierra de todas las masas de la instalacin.

Los mismos conducen las corrientes de falla de aislacin, entre un conductor de fase yuna masa, a travs del neutro de la fuente. El conductor PE es conectado a otroconductor PE o al borne principal de tierra de la instalacin, y este a los electrodos detierra a travs del conductor de tierra. Los conductores de proteccin deben seraislados e identificados con los colores verde/amarillo y deben estar protegidos contradaos mecnicos y qumicos.

Como conductores de proteccin pueden utilizarse:

Conductores aislados formando parte de cables multipolares;

Conductores aislados agrupados con otros cables; Conductores aislados separados.

No se permite usar como conductores de proteccin, elementos conductores extraos,como por ejemplo:

caeras de agua; caeras que contengas gases o lquidos inflamables; Soportes de canalizaciones.

El conductor PE no debe incluir ningn medio de desconexin, asegurando lacontinuidad del circuito de proteccin.

Las partes conductoras que se conectan al conductor PE, no deben quedar conectadasen serie con dicho conductor.

En resumen cuando hablamos de conexin a tierra nos referimos a una ligaznmetlica directa, sin dispositivo de proteccin, de seccin suficiente, entredeterminados elementos de la instalacin (masas), y uno o un grupo de electrodosenterrados en el suelo.


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Secciones mnimas del conductor PE

La seccin de los conductores de proteccin se selecciona en funcin de la seccin delconductor de fase de acuerdo a la Tabla indicada en a) o se calcula segn la expresinindicada en b) En ambos casos, deben tenerse en cuenta las secciones mnimasestablecidas en el RBT:

Para conductores de proteccin con proteccin mecnica: 2 mm

Para conductores sin proteccin mecnica: 4 mm

a)

Relacin entre las secciones de los conductores de proteccin y los conductoresde fase

Si la aplicacin de la Tabla conduce a valores no normalizados, se utilizan losconductores que tengan la seccin normalizada mayor ms prxima.

b) La seccin de los conductores de proteccin no debe ser menor que el valordeterminado por la siguiente expresin:


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Donde,

S: es la seccin del conductor en mm,

I: es el valor eficaz en Amperios de la corriente de defecto a tierra, que puede circularpor el conductor de proteccin,

t: es el tiempo de funcionamiento del dispositivo de corte, en segundos,

k: es un factor que depende del tipo de material del conductor de proteccin, del tipode aislamiento y de las temperaturas inicial y final.

Esta expresin es aplicable para tiempos de desconexin que no excedan los 5s.

En las Tablas siguientes se dan los valores de k para las situaciones de instalacin ymateriales usuales.

Si la aplicacin de la frmula conduce a valores no normalizados, se utilizan losconductores que tengan la seccin normalizada mayor ms prxima.


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Estudio de Suelos

Propiedades electromagnticas de las tierras

Para entender cabalmente los fenmenos que acontecen en una puesta a tierra esnecesario tener en cuenta algunos conocimientos sobre las propiedades elctricas ymagnticas de los suelos y el comportamiento de los mismos cuando se producencorrientes transitorias o de falla. Asimismo para poder disear los sistemas de puestaa tierra ser muy til conocer en detalle estos parmetros. La tierra (suelo, subsuelo)tiene propiedades que se expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudesfsicas que son:

La resistividad elctrica(o su inversa la Conductividad).

La constante dielctricay

La permeabilidad magntica

El comportamiento fsico de los suelos depende de las propiedades y modo deagregacin de sus minerales y de la forma, volumen y relleno (generalmente agua yaire) de los poros. Adems de estas relaciones conviene estudiar el efecto que sobredichas propiedades ejercen la presin y la temperatura.

Resistividad de suelos

Se sabe por fsica elemental que la resistencia R de un conductor alargado yhomogneo de forma cilndrica vale:

La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente elctrica encuentra asu paso en un material determinado, pero igualmente se considera la facilidad depaso, resultando as el concepto de, Conductividad, que expresado numricamente esinverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro de modo que:

= 1/

La resistividad es una de las magnitudes fsicas de mayor amplitud de variacin,como lo prueba el hecho de que la resistividad del poliestireno supera a la del cobre

Conceptos fundamentales en estudios de resistividad

Las corrientes elctricas que nos interesan no recorren conductores lineales (hilos ycables) como en las instalaciones y aparatos elctricos usuales, sino que se mueven enun medio tridimensional por lo que debemos estudiar las leyes fsicas a las queobedecen estas corrientes. En 23 rdenes de magnitud.

Para hacer el problema fcilmente abordable desde el punto de vista matemtico,habremos de estilizar las condiciones reales, suponiendo que el subsuelo se componede varias zonas, dentro de cada una de las cuales la resistividad suponemos constante


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separado entre s por superficies lmite perfectamente planas. A pesar de estasimplificacin, el problema es matemticamente muy difcil y solo ha sido resuelto encasos muy sencillos.

A continuacin la tabla de tipos de suelos con sus respectivas resistividades.

Influencia de la humedad

La resistividad del suelo sufre alteraciones con la humedad. Esta variacin ocurre envirtud de la activacin de cargas elctricas predominantemente inicas por accin dela humedad, un porcentaje mayor de humedad hace que las sales presentes en elsuelo o adicionadas a propsito se disuelvan formando un medio electrolticofavorable al paso de la corriente inica. As mismo un suelo especfico conconcentracin diferente de humedad presenta una gran variacin de su resistividad,siendo por lo tanto muy susceptible de los cambios estacionales.

Compactacin

La compactacin de un suelo a condiciones naturales, es la atraccin que ejerce lagravedad con toda materia existente, habindose logrado una agregacin demateriales a travs del tiempo en forma intima entre ellos, quedando por lo tantopocos espacios sin ocupar.

Cuando se hacen trabajos de excavacin todo este entramado natural se rompe y alvolver a llenarse las excavaciones en forma manual nos queda materialaparentemente sobrante; lo ideal sera que con el cuidado necesario se logre regresartodo el material a su estado anterior para lograr as una compactacin deseable que

permita el firme contacto de los electrodos con el suelo y sales agregadas que permitauna circulacin de corrientes de falla en forma fluida.

Estratigrafa

Es muy raro encontrarse con un terreno totalmente homogneo. El suelonormalmente est formado por varias capas, las cuales suelen presentar distintanaturaleza y por lo tanto resistividades diferentes. Tambin suelen producirsevariaciones laterales en la resistividad, pero estas son, por regla general, muchomenos acentuadas que las verticales.

Es preciso conocer cmo vara la resistividad del terreno segn aumenta la

profundidad para hacer un diseo adecuado de la malla de tierra. Las estimaciones


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basndonos en anlisis visuales del tipo de suelo slo nos dan una ligera idea de laresistividad que puede tener, por lo tanto es de imperativa importancia realizarmediciones in situ. Hay que realizar diferentes medidas para verificar si laresistividad cambia con la profundidad. Si apreciamos grandes variaciones seraaconsejable realizar un nmero elevado de mediciones para obtener informacin ms

detallada y as evitar futuros problemas en la seguridad de la subestacin.

Humedad

A mayor humedad disminuye la resistividad del terreno y viceversa. Las zonascercanas a los ros, a pozos o al mar son buenos terrenos que ofrecen poca resistenciaal paso de la corriente. No obstante, la presencia de agua en la superficie del terrenono significa necesariamente que ste presente una baja resistividad.

Temperatura

Al igual que la humedad, un aumento de la temperatura provoca la disminucin de la

resistividad del terreno. Por otro lado por debajo de 0 C el agua que contiene el suelose congela, y el hielo es aislante desde el punto de vista elctrico. Habr que tener encuenta si la zona en la que se encuentra la SE. puede sufrir heladas en invierno parasituar los electrodos a profundidad suficiente para evitar que este hecho afecte al buenfuncionamiento de la P.A.T.

Salinidad

Las sales minerales facilitan la conduccin de la corriente. En ocasiones se puedenaadir estas sales para mejorar las condiciones en suelos muy resistivos.

EstacionalidadEs evidente que tanto la temperatura como la humedad e incluso la salinidad del suelovariarn a lo largo del ao dependiendo de la estacin en la que nos encontremos,factor que debemos tener en cuenta, en previsin de futuros cambios segn la fecha enla que realicemos las medidas. (Andrs Paniagua Gonzlez, 2010)


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Variacin de la resistividad por distintos tipos de suelo

Mtodos para la reduccin de la resistencia elctrica

Existen distintos mtodos para lograr la reduccin de la resistencia elctrica, aunquetodos ellos presentan un punto de saturacin que es conveniente conocer para evitardiseos antieconmicos. Los mtodos para la reduccin son los siguientes:

a)- El aumento del nmero de electrodos en paralelo

b)- El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos

c)- El aumento de la longitud de los electrodos.

d)- El aumento del dimetro de los electrodose)- El cambio del terreno existente por otro de menor resistividad.

f)- El tratamiento qumico electroltico del terreno.

El aumento del nmero de electrodos en paralelo.

- La accin de aumentar el nmero de electrodos conectados en paralelo disminuye elvalor de la "Resistencia Equivalente", pero esta reduccin no es lineal puesto que lacurva de reduccin tiene tendencia asinttica a partir del 6to. O 7mo. Electrodo yadems existe el fenmeno de la resistencia recproca.


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Suponiendo un medio ideal en el que la resistividad del terreno homogneo es de 600-m y se clava un electrodo estndar de 2.4 m

Dnde :(ln2l/d)/2l se considera = K y operamos la fraccin vale 0.49454 por lotanto R = 600 x 0.49454 300

Segn la ecuacin de sumatoria de resistencias en paralelo, al aumentar un electrodo(el segundo) obtendramos aproximadamente 150al aumentar un tercero 100 ypara llegar a 5tendramos que clavar 60 electrodos tal como se muestra en elsiguiente grfico.


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El aumento de la longitud y el dimetro de los electrodos

La longitud del electrodo est en funcin a la resistividad y profundidad de las capadel terreno, obviamente se prefiere colocar el electrodo dentro de la capa de menor

resistividad.Por otro lado debemos indicar antes de proseguir con las dems variables que losresultados estn ligados ntimamente a la resistividad del terreno donde se esttrabajando, teniendo valores variables entre 200 a 600-m en condicionesnormales, si aplicamos la frmula de la Resistencia: R = (/2pi l) *Ln (2l/d) en elmejor de los casos conseguiremos una Resistencia de 0.5con un electrodo dedimensiones comunes y usuales; luego al aplicar la reduccin recomendada se podrllegar en el mejor de los casos a 0.1lo cual en la prctica nos resulta un valor deaproximadamente 20para el caso ms favorable; siendo este valor muy alto para

Sistemas de Tierra usados en Pararrayos, Centros de Cmputo y Telefona.


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El aumento en el dimetro del electrodo tiene que ser maysculo para que su aportereduzca significativamente la resistencia, debido a que en la frmula de la resistenciael producto de la longitud x el dimetro del electrodo se multiplica por un logaritmonatural.

El aumento de la distancia entre ejes de los electrodosNormalmente la distancia entre ejes de los electrodos debe ser 4L siendo L lalongitud del electrodo; pero en los casos donde se requiera obtener resistenciaselctricas muy bajas y exista disponibilidad de rea de terreno, las distancias entreejes de los electrodos, debern ser lo mximo posible; pues a mayor distancia entreejes de electrodos, mayor ser la reduccin de la resistencia a obtener; y ello por elfenmeno de la resistencia mutua entre electrodos.

Cambio del Terreno

Los terrenos pueden ser cambiados en su totalidad, por terreno rico en sales

naturales; cuando ellos son rocosos, pedregosos, calizas, granito, etc., que sonterrenos de muy alta resistividad y pueden cambiarse parcialmente cuando el terrenoest conformado por componentes de alta y baja resistividad; de modo que sesupriman las partes de alta resistividad y se reemplacen por otros de bajaresistividad; uno de estos procedimientos es el zarandeo del terreno donde sedesechan las piedras contenidas en el terreno. El cambio total parcial del terrenodeber ser lo suficiente para que el electrodo tenga un radio de buen terreno que seade 0 a 0.50 m en todo su contorno as como en su fondo.

La resistencia crtica de un electrodo se encuentra en un radio contorno que va de 0 a0.5 m de este, por lo que se tendr sumo cuidado con las dimensiones de los pozos

para los electrodos proyectados. El % de reduccin en estos casos es difcil dededucir, debido a los factores que intervienen, como son resistividad del terrenonatural, resistividad del terreno de reemplazo total parcial, adherencia por lacompactacin y limpieza del electrodo, pero daremos una idea porcentual ms menosen funcin al tipo de terreno y al cambio total parcial.

Para lugares de alta resistividad donde se cambie el terreno de los pozos en formatotal, el porcentaje puede estar entre 50 a 70 % de reduccin de la resistenciaelctrica resultante.

Para terrenos de media resistividad donde se cambie el terreno de los pozos en forma

parcial total, el porcentaje de reduccin puede estar como sigue:- Cambio parcial de 20 a 40 % de reduccin de la resistencia elctrica resultante.

- Cambio total de 40 a 60 % de reduccin de la resistencia elctrica resultante.

Para terrenos de baja resistividad donde se cambiar el terreno de los pozos en formaparcial, el porcentaje de reduccin puede estar entre 20 a 40 % de la resistividadnatural del terreno.

La saturacin en este caso se dar si cambiamos mayor volumen de tierra que laindicada, los resultados sern casi los mismos y el costo ser mucho mayor, lo cual no

se justifica.


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Tratamiento qumico del suelo

El tratamiento qumico del suelo surge como un medio de mejorar y disminuir laresistencia elctrica del SPAT sin necesidad de utilizar gran cantidad de electrodos.

Para elegir el tratamiento qumico de un SPAT se deben considerar los siguientesfactores:

-Alto % de reduccin inicial

-Facilidad para su aplicacin

-Tiempo de vida til (del tratamiento y de los elementos del SPAT)

-Facilidad en su reactivacin

-Estabilidad (mantener la misma resistencia durante varios aos)

Las sustancias que se usan para un eficiente tratamiento qumico deben tener lassiguientes caractersticas:

- Higroscopicidad -Alta capacidad de Gelificacin

- No ser corrosivas -Alta conductividad elctrica

-Qumicamente estable en el suelo -No ser txico

- Inocuo para la naturaleza

Tipos de tratamiento qumico

Existen diversos tipos de tratamiento qumico para reducir la resistencia de unSPAT los ms usuales son:

- Cloruro de Sodio + Carbn vegetal

- Bentonita

- Thor-Gel

Caractersticas principales de los tratamientos qumicos

Ninguna Sal es estado seco en conductiva, para que los electrolitos de las salesconduzcan corriente, se deben convertir en soluciones verdaderas o en seudo

soluciones, por ejemplo: el cloruro de sodio en agua forma una solucin verdadera lomismo que el azcar, el mismo cloruro de sodio disuelto en benzeno formara unaseudo solucin o dispersin coloidal como tambin se le conoce.

Cloruro de Sodio + Carbn Vegetal

El Cloruro de Sodio forma una solucin verdadera muy conductiva que se precipitafcilmente junto con el agua por efecto de la percolacin, capilaridad yevapotranspiracin; la solucin salina tiene una elevada actividad corrosiva con elelectrodo, reduciendo ostensiblemente su tiempo de vida til, la actividad corrosivase acenta si el electrodo es de hierro cobreado (copperweld). Si bien es cierto que el

cloruro de sodio disuelto en agua no corroe al cobre (por ser un metal noble) no esmenos cierto que la presencia de una corriente elctrica convertir al sistema,


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Cobre - solucin cloruro de sodio, en una celda electroltica con desprendimiento decloro y formacin de hidrxido de sodio en cuyo caso ya empieza la corrosin delcobre.

El objetivo de la aplicacin del carbn vegetal molido (cisco de carbonera) es

aprovechar la capacidad de este para absorber la humedad del medio, (puesto que elcarbn vegetal seco es aislante) y retener junto a esta algunos de los electrolitos delcloruro de sodio que se percolan constantemente.

Bentonita

Las bentonitas constituyen un grupo de sustancias minerales arcillosas que no tienencomposicin mineralgica definida y deben su nombre al hecho de habersedescubierto el primer yacimiento cerca de Fort Benton, en los estratos cretceos deWyoming en 1848; Aun cuando las distintas variedades de bentonitas difieren muchoentre s en lo que respecta a sus propiedades respectivas, es posible clasificarlas endos grandes grupos:

- Bentonita Sdica.- En las que el ion sodio es permutable y cuya caracterstica msimportante es una marcada tumefaccin o hinchamiento que puede alcanzar enalgunas variedades hasta 15 veces su volumen y 5 veces su peso

- Bentonita Clcica.- En las que el ion calcio es permutable, tiene menor capacidadpara absorber agua y por consiguiente solo se hinchan en la misma proporcin quelas dems arcillas.

Las bentonitas molidas retienen las molculas del agua, pero la pierden con mayorvelocidad con la que la absorben debido a la sinresis provocada por un exiguo

aumento en la temperatura ambiente, al perder el agua pierden conductividad yrestan toda compactacin lo que deriva en la prdida de contacto entre el electrodo yel medio, elevndose la resistencia del pozo ostensiblemente, una vez que laBentonita se ha armado, su capacidad de absorber nuevamente agua es casi nula.

THOR-GEL

Es un compuesto qumico complejo que se forma cuando se mezclan en el terreno lassoluciones acuosas de sus 2 componentes. El compuesto qumico resultante tienenaturaleza coloidal, formando una malla tridimensional, que facilita el movimientode ciertos iones dentro de la malla, de modo que pueden cruzarlo en uno u en otro

sentido; convirtindose en un excelente conductor elctrico.Tiene una gran atraccin por el agua, de modo que puede aprisionarla manteniendoun equilibrio con el agua superficial que la rodea; esto lo convierte en una especie dereservorio acufero.

Rellena los espacios intersticiales dentro del pozo, constituyendo una excelenteconexin elctrica entre el terreno (reemplazado) y el electrodo, asegurando unaconductividad permanente.

THOR-GEL tiene el Ph ligeramente bsico y no es corrosivo con el cobre, por loque la vida media de la puesta a tierra con el producto THOR-GEL, ser de 20 a 25

aos, mantenindola de vez en cuando si la perdida de humedad es mayscula y hayelevacin de la resistencia elctrica


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Mtodo de aplicacin del THOR-GEL-El tratamiento consiste en incorporar alpozo los electrolitos que aglutinados bajo la forma de un Gel mejore la conductividadde la tierra y retenga la humedad en el pozo por un periodo prolongado de maneraque se garantice una efectiva reduccin de la resistencia elctrica y una estabilidadque no se vea afectada por las variaciones del clima. La cantidad de dosis por metro

cbico de tierra del SPAT, vara de 1 a 3*, y est en funcin a la resistividad naturaldel terreno.

*La saturacin en el tratamiento qumico se presenta en la tercera dosis por m3 Estadosificacin se aplica igualmente en el tratamiento de las zanjas de interconexin.

Resultados de Reduccin de la Resistencia con THOR-GEL - Los resultadosdetallados, han sido obtenidos con la aplicacin de una sola dosis de 5 Kilos.

NOTA.- Las pequeas fluctuaciones son climatolgicas y el gran incremento de laresistencia a los 54 meses, es presentado por la floculacin.


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Diferentes configuracionesPueden realizarse distintas combinaciones y disposiciones de electrodos para laejecucin de una toma de tierra, las ms comunes son:

Jabalinas verticales alineadas o dispuestas en tringulo o cuadrado.

Conductores horizontales dispuestos linealmente, en circunferencia o en estrella

Configuraciones de puesta a tierra del neutro

Hay diferentes mtodos para unir el neutro de las mquinas a tierra. Dependiendo de

las caractersticas de la red y de los requerimientos de los consumidores emplearemosuno u otro mtodo.

Puesta a tierra rgida.

La puesta a tierra rgida une directamente el neutro de la mquina a tierra. Esto noquiere decir que la impedancia resultante sea nula, ya que tambin intervienen lasreactancias internas. Cuanto mayor sea la intensidad de falta a tierra en relacin conla intensidad de falta trifsica, mayor ser el grado de puesta a tierra.

La puesta tierra rgida en generadores puede permitir corrientes de cortocircuitosuperiores a la intensidad de falta trifsica que es la mxima para la que estn

diseados.


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Por esta razn puede ser necesario ponerlos a tierra a travs de una reactancia paralimitar la intensidad mxima a la de cortocircuito trifsico.

Puesta a tierra a travs de resistencia.

Utilizando las resistencias adecuadas, se pueden obtener tensiones fase-neutro, en

caso de falta monofsica, similares a las que se obtendran en un sistema aislado detierra. Aadir una resistencia puede ayudar a reducir daos por calentamiento,esfuerzos electromecnicos y la circulacin de intensidades por tierra, tambin aevitar bajadas de tensin debidas a la falta, etc. El valor al que se limite la corrientedecortocircuito nunca debe ser inferior a dos veces la corriente capacitiva decortocircuito de las fases sanas (IT >2IC), ya que esto provocara la imposibilidad dedeteccin de la falta.

Puesta a tierra a travs de reactancia.

Por este mtodo la intensidad de falta a tierra se puede limitar como mucho al 25%

de la falta trifsica y preferiblemente al 60% para evitar sobretensiones peligrosas.Por esta razn no se considera una alternativa a la resistencia. Las reactancias slose suelen usar en generadores, como ya se ha descrito anteriormente.

Puesta a tierra en forma resonante.

Este mtodo consiste en conectar una reactancia entre neutro y tierra de un valorrelativamente alto. Ajustando el valor de la reactancia se debe conseguir un sistemaresonante con la impedancia (de carcter capacitivo) de las fases sanas. Cuando lareactancia est bien ajustada, la corriente circulante por el neutro en caso de falta es,aproximadamente, de la misma magnitud que la corriente de vaco de las fases sanas

y stas se encuentran desfasadas 180 por lo que se neutralizan mutuamente.Anuladas las componentes inductiva y capacitiva, la nica corriente que queda en lafalta es la debida a la resistencia, de un valor relativamente pequeo y que cursa enfase con la tensin. A todo esto hay que aadir que la recuperacin de tensin de lafase en falta es relativamente lenta, lo que lo convierte en un sistema propicio paraeliminar faltas provocadas por arcos elctricos o contorneos sin quitar de servicio lalnea en falta.

Calculo de puesta a tierra

Para este clculo se han seguido los lineamientos de las siguientes normas:

VDE 0141: earthing Systems in A. C. ANSI / IEEE STD. 80-1986: IEEE Guide for safety in A.C. Substation

Grounding. Especificacin N 75 de Agua y Energa Elctrica

Premisas adoptadas

a) Como sistema de proteccin se adoptara una malla de conductores decobre desnudo.


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b) Para el clculo de la malla mencionada en a, se adopt una corriente decortocircuito a tierra

c) El valor de falla a tierra en media tensin (6.6 KV), no se ha adoptado

para el diseo, debido a que el centro de estrella del transformadorreductor, se encontrara rgidamente conectado a la malla de laplanta, por lo que ante una falla, la circulacin de corriente se realizaraen forma galvnica y no a travs de tierra.

d) De acuerdo al tipo de suelo predominante en la zona, arcillas compactasy arena arcillosa se adopt un valor de resistividad del suelo de 100 ohm/ m.

e) Se adopta el criterio de vincular la nueva malla de puesta a tierra, con lasmallas existentes en la refinera.

f) Todos los equipos de la nueva planta se debern conectar rgidamente a

la malla.Solicitaciones trmicas del conductor para el clculo de la seccin del conductor. Seaplicara la formula siguiente:

Is (KA) = Valor eficaz de la corriente de cortocircuito promedio duranteel tiempo t

t = Duracin del cortocircuito

c (cal/g xC) = Calor especificodel cobre

g (g / cm3.) = Peso especifico del cobre

P ( x mm2 / m) = Resistividad del cobre a temperatura T1

Tg = Temperatura final del conductor (se adopta Tg= 200 C)

T1 = Temperatura inicial del conductor (se adopta T1 = 40 C)

a = 0.004Calculo de la Resistencia de la Malla

Rm = Resistividad de la malla en (ohm)


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= Resistividad media del terreno ( x mt.)

LM = longitud total de los conductores enterrados (mt.9

c = Dimetro del conductor de la malla (mt.)

h = Profundidad de implantacin, se adopta h = 0.7mt.A = Area de la malla (m2.)

K1 y K2 = Coeficientes obtenidos en los grficos que pertenecen a la normaIEEE

Frmula para calcular la resistencia de un cable horizontal

R = (/ 3.14 L) * Ln (2 L/d) L= largo del cable; d= diametro del cable

Distribucin de las Corrientes

La corriente de falla se drenara en partes proporcionales, segn el valor de resistenciade las mallas existentes, conectadas rgidamente entre si.

Tensin de paso

Tensin de Contacto

Gradiente en la Periferia Interior de la malla

Desarrollo del clculo

Se calculara el valor de la resistencia de la Malla, adoptando una longitud de cableenterrado de 250 ms.

El rea equivalente adoptada es de 2500 m.

Calculo del Conductor de la Malla


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Se adopta una seccin de trabajo de S = 95 mm por razones mecnicas para elmontaje.

Resistencia de la Malla

Rm = 1.22 () < 3 () Valor aceptable para una malla se seguridad

Resistencia del conjunto de Mallas

Las tres malas se interconectaran entre si, mediante dos contrapesos de 95 mm. Nose considera en este clculo la influencia de la malla de la subestacin de 33 KV.

Tampoco el aporte de los ramales de cable de 35 mm, que vinculan los equipocon la mala. se adopta una resistencia de 0.8 (), para las dos mallas existentesCalcularemos el paralelo de las tres mallas:

Distribucin de las Corrientes

Calculo de la Tensin de Paso

Aplicaremos el valor de corriente que drena la malla en estudio = 0.62 (KA)

Up = 0.16 x 1000 x 620 = 57 (V)

250 x 0.7

Este valor debe ser menor al mximo admisible que se calcula con la siguienteformula:


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Ec 70 = (1000 + 1.5 x 100 ) x ( 0.157 )

t

Siendo t : E ltiempo probable de actuacion de las protecciones electricas delsistema.

Este tiempo es contemplativo para protecciones directas o indirectas, y tambinpara fusibles NH.

Ec 70 = (1000 + 1.5 x 100) x ( 0.157 ) = 570 (V)

0.1

Es decir Up < Ec 70, verifica el calculo

Calculo de la tensin de Contacto

Vc = 0.7 x x Im = 0.7 x 100 x 620

250 250

Vc = 174 (V)

Este valor debe ser menor al maximo admisible, que se calcula con la siguienteformula de la Norma IEEE 80 :

Ep 70 = ( 1000 + 6 x ) x 0.157 = 794 (V)

t

Ep 70 = ( 1000 + 6 X 100) x 0.157 = 794 (V)

0.1

De esta manera Up < Ep 70 , se verifica la hiptesis de calculo.

Calculo en la Periferia Interior de la malla

Ug = 4 x xIm = 4 x100 x 620 = 50.6 (V)D (70)

Ug < Up, se verifica la hiptesis de clculo.

Jabalina vertical


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De la expresin de la resistencia de puesta a tierra podemos observar que dicharesistencia disminuye si:

1. Aumenta el largo de la jabalina y/o

2. Aumenta el dimetro de la jabalina y/o

3. Baja la resistividad del suelo y/o

4. Se instalan jabalinas en paralelo1. En la figura siguiente se muestra el efecto del largo de la jabalina en la resistenciade la puesta a tierra, para jabalinas de distintos dimetros, y un suelo homogneo de100 V.m

Se observa que a partir de determinado valor (aprox. 2,4m), el aumento de longitudde la jabalina no produce efectos importantes sobre el valor de la resistencia de lapuesta a tierra.


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2. En la figura siguiente se muestra la reduccin de la resistencia de puesta a tierra deuna jabalina en funcin del dimetro de la misma, para jabalinas de distintosdimetros y longitudes.

Se observa que el aumento del dimetro de la jabalina produce una pequeareduccin, y a partir de determinado valor prcticamente no tiene influencia. En laprctica se utilizan los dimetros mnimos por razones de corrosin y resistenciamecnica.

3. La resistividad del suelo puede bajarse con el uso de geles conductores obentonitas. Los geles que se utilicen deben tener las siguientes propiedades:

Buena hidroscopia No ser corrosivo

Baja resistividad elctrica

Qumicamente estable

No ser txico

No causa dao a la naturaleza

En las grficas siguientes se muestra el comportamiento de la resistencia de una puesta

a tierra en un suelo con y sin tratamiento, en funcin del tiempo.


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4. La instalacin de jabalinas en paralelo disminuye sensiblemente el valor de la

resistencia de la puesta a tierra pues aumenta la superficie de dispersin, baja ladensidad de corriente y en consecuencia disminuye la resistencia de la puesta a tierra.

El clculo de la resistencia de jabalinas en paralelo no sigue la ley simple del paralelode resistencias elctricas, cumplindose que:

Esto se debe a que en la zona de interferencia de las jabalinas, se produce un rea del

bloqueo del flujo de corriente correspondiente a cada jabalina, dando como resultadouna mayor resistencia de puesta a tierra individual.

El aumento de la distancia de separacin entre jabalinas disminuye el efecto de dichainterferencia, y mejora el rendimiento de la configuracin. Se establece comoseparacin mnima el largo de la jabalina.

En las figuras siguientes se muestran las superficies de dispersin de corriente(superficies equipotenciales) para una jabalina, la zona de interferencia y lassuperficies equipotenciales para dos jabalinas en paralelo.


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Para el clculo de la resistencia equivalente de jabalinas en paralelo, se define el ndicede reduccin K como:


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Donde

j R1 es la resistencia de puesta a tierra de una jabalina

nj R es la resistencia de puesta a tierra de njabalinas

El valor de K es dado por medio de tablas o curvas para las distintas configuraciones,como ser jabalina alineada, jabalinas dispuestas en circunferencia, jabalinasdispuestas en tringulo, etc.

Jabalinas alineadas

Las siguientes tablas dan valores del factor de reduccin para jabalinas alineadas dedistintas dimensiones, y para distintas separaciones entre jabalinas.


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Si se grafica la disminucin de la resistencia equivalente de n jabalinas alineadas enfuncin del nmero de jabalinas, se obtiene una curva como la que se muestra en lafigura siguiente, en la que puede verse que dicha disminucin tiende a quedarconstante a partir de n = 7.


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A continuacin se muestran las curvas correspondientes al ndice de reduccin parajabalinas dispuestas en circunferencia y jabalinas dispuestas en tringulo.

Jabalinas dispuestas en circunferencia

Las curvas que se muestran a continuacin corresponden a la distribucin de n lasjabalinas en una circunferencia de 9m de radio, para jabalinas de distintos dimetros(1 y ) y longitudes(1.2m, 1.8, 2.4m y 3m).


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Jabalina dispuesta en triangulo

Las curvas que se muestran a continuacin corresponden a la distribucin de 3jabalinas en tringulo, en funcin del espaciamiento, para jabalinas de distintosdimetros (1 y ) y longitudes (1.2m, 1.8m, 2.4m y 3m).


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Jabalinas profundas

Los factores que pueden influir en la disminucin de la resistencia de puesta a tierracuando se utilizan jabalinas de gran longitud, son los siguientes:

- El aumento de la longitud de la jabalina

- La existencia de capas de suelo ms profundas de menor resistividad

- La presencia estable de agua a lo largo del ao en las capas mas profundas.

Conductor horizontal dispuesto en circunferencia


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Donde:

p es la profundidad a la que esta enterrado el conductor (m),

r es el radio de la circunferencia (m),

d es el dimetro del circulo equivalente a la seccin transversal del conductor (m).Conductor horizontal dispuesto linealmente


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Medida de la resistencia de una puesta a tierra

La medicin de la resistencia de una puesta a tierra se realiza por el mtodo voltaperimtrico, haciendo circular una corriente entre la puesta a tierra cuya resistenciase desea medir y una pica de referencia, y midiendo la tensin entre el borne principalde tierra y una segunda pica de referencia ubicada fuera de la zona de influencia de lapuesta a tierra.


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Si consideramos dos jabalinas enterradas en el suelo y una fuente de corrienteconectada a las mismas, la distribucin de corriente es la mostrada en las siguientesfiguras.

Como se ve en la figura, la densidad de corriente es mxima junto a la jabalina, ydisminuye a medida que nos alejamos de la misma, y podemos expresar la resistenciade la puesta a tierra como:

Donde Si es la superficie de una superficie equipotencial y i Dx la distancia entre dossuperficies equipotenciales que puede considerarse que tienen la misma superficie (Si= Si+1). Al aumentar la distancia a la jabalina las lneas de corriente divergen, Si crecey la resistencia tiende a alcanzar un valor constante.

Por lo que la resistencia de la puesta a tierra corresponde a la regin del suelo dondelas lneas de corriente convergen y luego se mantiene constante hasta que influye lasegunda jabalina. Si se considera ahora el esquema de medicin completo:


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Donde:A es la puesta a tierra cuya resistencia se quiere medir,

B es la pica auxiliar de corriente, y

P es la pica auxiliar de tensin,

Se puede obtener la curva que se muestra en la figura, desplazando la pica auxiliar detensin desde la puesta a tierra hacia la pica auxiliar de corriente, y considerando quela pica de tensin no altera la distribucin de corriente. Donde RA es el verdaderovalor de la puesta a tierra y se encuentra aproximadamente en el 62% de la distanciaentre A y B.

Mtodos de medicin de puesta a tierra

Mtodo wenner de cuatro puntos

El mejor mtodo para probar la resistencia del suelo es el mtodo de 4 puntos Wenner.Utiliza un medidor de resistencia del terreno digital de 4 electrodos, tal como es deMegger 5/4 o el AEMC modelo 4500 y otros instrumentos, cuatro puntas de prueba yconductores.

Requiere la insercin de cuatro puntas de prueba en la zona de prueba. Las puntas de

prueba estn instaladas en una lnea recta y equidistante (vase la Figura 1-1). Laspuntas de prueba establecen un contacto elctrico con la tierra.


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El medidor de prueba de cuatro puntos inyecta una corriente constante a travs de latierra va del probador y las dos puntas externas. La corriente fluyendo a travs de latierra (un material resistente) desarrolla una diferencia de voltaje/potencial. Estacada de voltaje resultando del flujo de corriente es entonces medido entre las dospuntas de prueba internas.

El medidor entonces sabe la cantidad de corriente que est atravesando la tierra y lacada de voltaje a travs de las dos puntas de prueba de centro. Con esta informacinel medidor utiliza la ley de ohmios (R=E/I) para calcular y para exhibir la resistenciaen ohmios.

Este valor exhibido de la resistencia est en ohmios y se debe convertir a ohmiometro,que son unidades de medida para la resistencia del suelo. Ohmiometro es la resistenciade un volumen de tierra que es un metro por un metro por un metro, o un metro cbico.Para convertir de los ohmios exhibidos a ohmio-metro, la lectura del medidor esmultiplicada por 1.915 y el resultado es multiplicado las veces del espaciamiento de la

punta de prueba. A continuacin se muestra la frmula de clculo.p (ohmios-m)= 1.915xRxA

p= resistividad del suelo en ohm-metros (-m).

1.915 constantes

R= Lectura digital en ohmios ().

A= distancia entre electrodos in ft. (pies)

Las lecturas se toman generalmente en los espaciamientos de la sonda de 5, 10, 15, 20,

30 y 40, 60, 80 y 100 pies.Si la prueba se est realizando para los propsitos de estudiosde subida de potencial de la tierra (GPR) o para el diseo de subestacin, las lecturasde punta de prueba de hasta 150 pies de espaciamiento deben ser realizadas.

La resistencia calculada del suelo es el promedio de la resistencia de la superficie a unaprofundidad equivalente a un espaciamiento de la punta de prueba. Por ejemplo, unespaciamiento de la punta de prueba de 20 pies entre cada punta de pruebaproporcionar la resistencia media del suelo entre la superficie y una profundidad de20 pies.


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Varias lecturas en los diversos espaciamientos de la punta de prueba y en diversas

reas del sitio son requeridas. Cuantos ms datos estn disponibles para la agencia deldiseo, sern capaces de disear y de predecir el funcionamiento del sistema deaterramiento con ms exactitud. Las ventajas al cliente son que el trabajo es hecho de

manera correcta la primera vez. Las lecturas deben ser tomadas a lo largo de por lomenos dos lados del sitio y diagonalmente desde una esquina hasta la otra. Un tubometlico o alguna estructura metlica subterrnea podran influenciar las lecturas.Cuantos ms datos estn disponibles y usados en el diseo proporcionan ms confianzaen el resultado. (Yncole)

Mtodo de la cada de potencial

El mtodo de la cada de potencial se emplea para medir la capacidad que tiene unsistema de conexin a tierra o un electrodo individual de disipar energa de unainstalacin.

Cmo funciona el mtodo de cada de potencial?

En primer lugar, se debe desconectar el electrodo de tierra en cuestin, de su conexina la instalacin. En segundo lugar, se conecta el comprobador al electrodo de tierra. Acontinuacin, para realizar la comprobacin por el mtodo de cada de potencial de 3hilos, se colocan dos picas en el terreno en lnea recta alejadas del electrodo de tierra.Habitualmente, una separacin de 20 metros es suficiente. Para obtener msinformacin sobre cmo colocar las picas, consulte la seccin siguiente.


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El Fluke 1625 genera una corriente conocida entre la pica exterior (pica auxiliar) y elelectrodo de tierra y, mide, de forma simultnea, la cada de potencial entre la picainterior y el electrodo de tierra. Mediante la Ley de Ohm (V = IR), el medidor calculade forma automtica la resistencia del electrodo de tierra.

Conecte el comprobador de resistencia de tierra tal y como se muestra en la imagen.Pulse START (Iniciar) y lea el valor de RE (resistencia). se es el valor real delelectrodo de conexin a tierra que se est comprobando. Si este electrodo de conexin

a tierra est conectado en paralelo o en serie con otras varillas de toma de tierra, elvalor de RE es el valor total de todas las resistencias.

Cmo se colocan las picas?

Para conseguir el mayor nivel de exactitud al realizar la comprobacin de resistenciacon el mtodo de cada de potencial de 3 hilos, es fundamental que la sonda se coloquefuera del rea de influencia del electrodo de conexin a tierra que se est comprobandoy la toma de tierra auxiliar.

Si no se coloca fuera del rea de influencia, las zonas eficaces de resistencia sesuperponen e invalidan cualquier medicin que est realizando. La tabla es un gua

para conocer la configuracin apropiada de la sonda (pica interna) y la toma de tierraauxiliar (pica exterior).

Para comprobar la exactitud de los resultados y garantizar que las picas estn situadasfuera del rea de influencia, vuelva a colocar la pica interna (sonda) movindola 1metro en cada direccin y vuelva a realizar la medicin. Si se produce un cambioimportante en la lectura (30%), debe aumentar la distancia entre la varilla de toma detierra que se est midiendo, la pica interior (sonda) y la pica exterior (toma de tierraauxiliar) hasta que los valores medidos sean lo suficientemente constantes al volver acolocar la pica interior (sonda).


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Mtodo de medidor de pinza

La tcnica de comprobacin de resistencia a tierra que usa Fluke 1630 simplifica elproceso de comprobacin de lazo de tierra y permite realizar medidas de corrientes defuga no intrusivas. El diseo compacto y resistente de Fluke 1630 facilita su uso en

lugares pequeos y en los entornos de trabajo ms exigentes, a la vez que las funcionesde retencin de valores en pantalla y de alarma acstica para la comprobacin de lacontinuidad garantizan una mayor comodidad de uso. Esta nueva tcnica permite lacomprobacin de lazo de tierra y de continuidad sin necesidad de abrir el circuito.

Sistema de medicin sin picas

Fluke 1630 utiliza el mtodo de prueba sin picas que elimina la necesidad de

desconectar sistemas de tierra paralelos y encontrar lugares apropiados para colocarlas picas auxiliares. De esta forma, se puede ahorrar tiempo y permitir a los usuarios,tales como personal de asistencia tcnica, mantenimiento industrial y tcnicos deaparatos, realizar comprobaciones de resistencia de tierra en los lugares en los que nose pueden utilizar otras tcnicas, como en torres de alta tensin o dentro de un edificio.Gracias al mtodo de medida sin picas, stas ya no son necesarias. La pinza deresistencia de tierra Fluke 1630 se coloca abrazando cualquier punto del circuito detierra o del cable de conexin. A travs de la mitad de la pinza se induce una tensindeterminada y la corriente se mide a travs de la otra mitad. El medidor determinarautomticamente la resistencia del lazo de tierra en esta conexin a tierra. Para la

prueba sin picas es necesario que el sistema de puesta a tierra cuente con al menos doselectrodos de puesta tierra (o conexiones de puesta a tierra bajo prueba) en paralelo yaccesibles para que de esta forma se cierre el lazo para la tensin y corriente inducidaspor el instrumento.


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Instalacin de pozo a tierra con una dosis de THOR-GEL de 5Kg

La aplicacin de Thor-gel es de 1 a 3 dosis por m3 segn sea la resistividad del terrenoy la resistencia deseada un estudio de resistividad asegura un resultado ptimo dereduccin de resistencia, si esta no est a su alcance puede guiarse por la siguiente

tabla de resistividad promedio

Naturaleza del terrenoResistividad(ohm-metro)

Dosis deThor-gel x m3

Terrenos cultivable frtilesTerrenos cultivables poco frtilesSuelos pedregosos desnudos, arena secaSuelo rocos fraccionadosSuelos rocosos compactos

505003000600014000

11 a 222 a 33

Instrucciones para la aplicacin del Thor-gel en pozos verticales

El primer paso es cavar un pozo de 1m de dimetro poruna profundidad 0.6 mayor a la ongitud del electrodo ausar (L), desechando todo el material como piedras,hormign, arena, cascajo.


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Rellenar el pozo atierra con tierra de cultivotamizado en un amalla de 1 pulgada, llene losprimeros 0.3mm y compacte con un pisn de 35 a40kg, presente el electrodo con el helicoidal yllene compactando cada 0.2m ayudndose conun cuartn de madera para compactar la partecentral del helicoidal hasta completar 1m3 luegoforme concavidad alrededor del electrodo con elhelicoidal para contener la solucin en el rea delelectrodo.

(A)Disuelva el contenido de la bolsa azul en nomenos en 20 litros de agua y virtela en la

concavidad del pozo o la zanja, espera su totalabsorcin (B) disuelva el contenido de la bolsa crema enno menos en 20 litros de agua y proceda de la mismaforma que la primera bolsa, utilice recipientes deplstico y no de metal, uno para el azul y otro para labolsa crema a fin de evitar la formacin de gel en losrecipientes.

Repita la aplicacin hasta culminar el pozo, aada 20litros de agua y coloque una caja de registro con tapa,por medio de cual se realizara las mediciones ymanteniendo cada 4 aos. En el manteniendo deaplicar la misma cantidad de dosis utilizada en lainstalacin inicial disolviendo el contenido en 20litros de agua por cada bolsa, virtala al pozo y esperehasta su total absorcin, proceda de la misma formacon la bolsa crema.


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Sistema de puesta a tierra horizontal

Es importante que los electrodos de pletina, plancha o conductores enterrados, estndentro de la zanja o fosasrellenas con tierra de cultivoen un rea perimetral alelectrodo o conductor de nomenos de 0.3m de radio y ladosificacin ser de 1 a 3dosis x m3, segnresistividad de terreno atratar.

Medicin de puesta a

tierra


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CAPITULO II

Interruptores diferenciales

Introduccin

Los dispositivos diferenciales son un medio eficaz para la proteccin de las personascontra los riesgos de la corriente elctrica en baja tensin como consecuencia de uncontacto directo. El objetivo de los dispositivos diferenciales residuales (DDR), esdetectar las corrientes de defecto de fuga a tierra y actuar interrumpiendo el circuitoen caso de que dichas corrientes supongan un peligro para las personas o los bienes.

Los dispositivos diferenciales residuales constituyen tambin un elemento devigilancia del aislamiento de los cables y de los receptores elctricos. Las normas UNEEN 61008 y UNE EN 61009 les son de aplicacin a los interruptores diferenciales para

usos domsticos y anlogos y para los interruptores automticos de potencia la normaUNE EN 60947.

Podemos clasificar a los interruptores diferenciales atendiendo a alguna de lascaractersticas siguientes:

a) Tipologa del aparato

b) Forma de onda a la que el aparato es sensible (clase AC, A, B)

c) Sensibilidad de disparo

d) Tiempo de disparo.


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Tipologa de los interruptores diferenciales

En relacin a la tipologa del aparato, los interruptores diferenciales se puedenencontrar:

Diferencial puro (sin corte magnetotrmico incorporado)

Interruptor magnetotrmico-diferencial (combinado) Rel diferencial.

Los interruptores diferenciales combinados, disponen, en un nico aparato, la funcinde proteccin diferencial y magnetotrmica, del interruptor automtico. Losinterruptores diferenciales combinados intervienen tanto por corrientes de fuga comopor sobrecargas o cortocircuitos y estn autoprotegidos contra corrientes decortocircuito del valor indicado en el aparato.

Los interruptores diferenciales puros son sensibles solamente a corrientes de fuga. Sedeben de utilizar en serie (aguas abajo) con un interruptor automtico o un fusible que

los proteja de una posible sobrecorriente, cuando se den valores, en la instalacin, quepuedan daarlo. As mismo estos aparatos deben poseer una proteccin previa,mediante interruptores automticos que limiten la energa especfica pasante, yacten como interruptor de corte general de cualquier otro interruptor instalado aguasabajo.

Los Dispositivos Diferenciales Adaptables (bloques diferenciales) son dispositivosdiferenciales aptos para ser ensamblados a interruptores automticos compatibles.Segn la norma de fabricacin no es posible ensamblar un interruptor automtico conuna corriente asignada dada con un bloque diferencial de corriente mxima asignadainferior. Por ello, el dispositivo diferencial adaptable mantiene tanto lascaractersticas elctricas del interruptor magnetotrmico como las del propio bloquediferencial.

En circuitos con intensidades nominales relativamente elevadas, (>100 A) laproteccin diferencial puede ser realizada mediante rels diferenciales. El reldiferencial se conecta a un transformador toroidal especial, que lleva a cabo la funcinde suma vectorial de las intensidades de lnea. La intervencin del rel diferencialprovoca el disparo del interruptor automtico de proteccin, realizndose de estaforma la apertura del circuito.

El rel diferencial es sensible a corrientes de defecto alternas y continuas pulsantes. Se

puede ajustar tanto la sensibilidad como el tiempo de intervencin. (Inteerruptoresdiferenciales PDF)

Clases de los interruptores diferenciales

Dependiendo de la forma de onda de las corrientes de fuga a tierra a la cual sonsensibles, existen dos categoras bsicas de diferenciales, definidas como CLASES:

Clase AC, esta es la clase estndar, los interruptores diferenciales de esta claseson aptos para todos los sistemas donde se prevn corrientes de defecto a tierrasenoidales. Asegura la desconexin ante una corriente diferencial alterna

senoidal aplicada bruscamente o de valor creciente.


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Clase A, esta clase permite detectar corrientes de fuga alternas o pulsantes cono sin componente continua aplicadas bruscamente o de valor creciente. Losinterruptores diferenciales de esta clase son especialmente aptos para protegerequipos con componentes electrnicos alimentados directamente por la redelctrica sin conexin de transformadores, como por ejemplo los utilizados para

corregir o regular la corriente mediante variacin de una magnitud fsica(velocidad, temperatura, intensidad luminosa, etc.). Estos aparatos puedengenerar una corriente continua pulsante con componente continua que elinterruptor diferencial de tipo A puede detectar.La mayora de los fabricantes tambin ofrecen interruptores diferenciales claseB, aptos para los mismos tipos de corrientes que la clase A, esto es corrientealterna y/o continua pulsante y adems para corriente continua alisada, comopor ejemplo las procedentes de rectificadores de simple alternancia con unacarga capacitiva, rectificadores trifsicos de alternancia simple o doble,instalaciones donde se utilicen variadores o inversores para la alimentacin de

motores, etc.

Sensibilidad de los interruptores diferenciales

Atendiendo al valor de la corriente diferencial de defecto In (sensibilidad),clasificamos a los interruptores diferenciales como de:

Las normas UNE EN 61008, UNE EN 61009 y UNE EN 60947-2, establecen losvalores de sensibilidades normalizadas: 6 mA, 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500mA, 1 A, 3 A, 10 A, 30 A, donde los sealados en negrilla son los preferidos o al menos

los ms utilizados Los interruptores diferenciales de baja sensibilidad (In > 30 mA)se utilizan en la proteccin contra los contactos indirectos y riesgos de incendio ydestruccin de receptores. Viene coordinado con la resistencia de la instalacin detierra, segn la frmula

Donde:

RA Es la suma de las resistencias de la toma de tierra y de los conductores de

proteccin de masas.


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Es la corriente diferencial-residual asignada.

UL es la tensin de contacto lmite convencional (50 V, 24V u otras, segn los casos).

Los interruptores diferenciales de baja sensibilidad no se utilizan en la proteccincontra los contactos directos.

Los interruptores diferenciales de alta sensibilidad (In 30 mA) adems de en laproteccin contra los contactos indirectos y riesgos de incendio y destruccin dereceptores se emplean para la proteccin contra contactos directos. Como ejemplo dealgunos lugares d

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Pozo de Tierra e Interruptor Diferencial