ÍNDICE GENERAL

Introducción…………………………………………………………………………………………..

Conformación de un sistema de protección………………………………………………………

Importancia del cálculo de la corriente de falla…………………………………………………..

Factores que afectan la severidad de una falla…………………………………………………..

Consideraciones para la selección del esquema de aterramiento……………………………..

Tensiones de toque………………………………………………………………………………….

Tensiones de paso…………………………………………………………………………………..

Incidencias de la corriente en el cuerpo humano………………………………………………...

Tipos de aterramiento……………………………………………………………………………….

Neutro aislado x°/x+………………………………………………………………………...

Neutro sólidamente aterrado……………………………………………………………….

Neutro aterrado a través de resistencias…………………………………………………

Neutro aterrado a través de reactancias………………………………………………….

Neutro aterrado a través de neutralizador (Bobina Peterson)…………………………

Conclusiones…………………………………………………………………………………………

Bibliografía…………………………………………………………………………………………..

INTRODUCCIÓN

La importancia de entender el comportamiento de la electricidad y cuáles son sus aplicaciones, hoy en día es un hecho que todas las personas se ven involucradas de cualquier modo con electricidad tanto en sus casas como en el trabajo. De ahí surge la importancia que tiene las protecciones tanto para el hombre como para los aparatos eléctricos.

Así mismo, se presentará a la corriente de falla o cortocircuito y su importancia, ya que de ésta dependen la selección adecuada de los dispositivos de protección, además de otras partes del sistema, tales como cables alimentadores, barras, desconectadores, etc. De la misma forma, se expondrá también acerca de los factores que afectan la severidad de una falla (cortocircuito).

Igualmente, se hablará también de las consideraciones a tener en cuenta para la selección apropiada de los esquemas de aterramiento y de los diversos efectos que tiene la incidencia de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano.

Por último, se definirán los distintos tipos de aterramiento que existen: Neutro aislado, neutro sólidamente aterrado, neutro aterrado a través de resistencias, neutro aterrado a través de reactancias y neutro aterrado a través de neutralizador (Bobina Peterson), así como también sus ventajas y desventajas de cada uno, y sus valores de relación X/R.

Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y electrónicos a tierra, para evitar que se dañen nuestros equipos en caso de una corriente transitoria peligrosa.

DEFINICIÓN

El objetivo de los sistemas de protección es remover del servicio lo más rápido posible cualquier equipo del sistema de potencia que comienza a operar en una forma anormal. El propósito, es también, limitar el daño causado a los equipos de potencia, y sacar de servicio el equipo en falta lo más rápido posible para mantener la integridad y estabilidad del sistema de potencia.

Dado que la estabilidad transitoria está relacionada con la habilidad que tiene el sistema de potencia para mantener el sincronismo cuando está sometido a grandes perturbaciones, el comportamiento satisfactorio de los sistemas de protección es importante para asegurar la estabilidad del mismo.

Los sistemas de protección de un sistema de potencia se componen generalmente de los siguientes elementos:

Elementos de medición; que permiten saber en qué estado está el sistema. En esta categoría se clasifican los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje. Estos equipos son una interfaz entre el sistema de potencia y los relés de protección. Reducen la señales de intensidad de corriente y tensión, respectivamente, a valores adecuados que pueden se conectados a las entradas de los relés de protección.

Los relés de protección ó relevadores; que ordenan disparos automáticos en caso de falla. Son la parte principal del sistema de protección. Contienen la lógica que deben seguir los interruptores. Se comunican con el sistema de potencia por medio de los elementos de medida y ordenan operar a dispositivos tales como interruptores, reconectadores u otros.

Los interruptores; que hacen la conexión o desconexión de las redes eléctricas. Son gobernados por los relés y operan directamente el sistema de potencia.

Sistema de alimentación del sistema de protecciones. Se acostumbra alimentar, tanto interruptores como relés con un sistema de alimentación de energía eléctrica independiente del sistema protegido con el fin de garantizar autonomía en la operación. De esta forma los relés e interruptores puedan efectuar su trabajo sin interferir. Es común que estos sistemas sean de tensión continua y estén alimentados por baterías o pilas.

Sistema de comunicaciones. Es el que permite conocer el estado de interruptores y relés con el fin de poder realizar operaciones y analizar el estado del sistema eléctrico de potencia. Existen varios sistemas de comunicación. Algunos de estos son:

Nivel 0. Sistema de comunicaciones para operación y control en sitio.

Nivel 1. Sistema de comunicaciones para operación y control en cercanías del

sitio.

Nivel 2. Sistema de comunicaciones para operación y control desde el centro de

control local.

Nivel 3. Sistema de comunicaciones para operación y control desde centros de

control nacional.

Sistema de Protección en un SEP:

Corriente de cortocircuito

Sobrecorriente causada por contacto directo, de impedancia despreciable, entre dos puntos que en condiciones normales de servicio presentan una diferencia de potencial.

Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.

El cortocircuito se produce normalmente por los fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.

Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daños en las instalaciones eléctricas e incluso incendios en edificios, estas instalaciones están normalmente dotadas de fusibles o interruptores magnetotérmicos a fin de proteger a las personas y los objetos.

La planificación, el diseño y la operación de los sistemas eléctricos de potencia, requiere de acuciosos estudios para evaluar su comportamiento, confiabilidad y seguridad. Estudios típicos que se realizan son: flujos de potencia, estabilidad, coordinación de protecciones, cálculo de cortocircuito, etc. Un buen diseño debe estar basado en un cuidadoso estudio en que se incluye la selección de voltaje, adecuado tamaño del equipamiento y selección apropiada de protecciones. La mayoría de los estudios necesita de un complejo y detallado modelo que represente al sistema de potencia, generalmente establecido en la etapa de proyecto. Los estudios de cortocircuito son típicos ejemplos de éstos, siendo esencial para la selección de equipos, y el ajuste de sus respectivas protecciones.

Puesta a tierra significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad, pero, la tierra como un todo s considerada como un buen conductor. Por esta razón y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.La resistencia de tierra es la resistencia eléctrica del suelo al flujo de la corriente AC y DC. La unidad de medida usada más frecuentemente es el ohmio-metro, el cual se refiere a la resistencia medida entre caras opuestas de un metro cúbico de suelo. Teóricamente, la resistencia de un sistema aterrizado R puede ser calculada usando la formula general de resistencia:

Donde:r = Resistividad de la tierra (ohmios – metros)L = Longitud de tramo conductivo (metros)A = Sección transversal del área de la trayectoria (metros cuadrados)

Tanto la temperatura como la humedad del suelo pueden variar significativamente el valor de la resistencia del suelo. La resistividad del suelo no varía significativamente hasta que las temperaturas alcanzan las condiciones de congelamiento (unos 32° F). A esta temperatura la humedad en el suelo se congelará aumentando la resistividad del suelo.La acumulación de sales en el suelo también influye su resistencia. En general, entre mayor cantidad de sales o electrolitos contenga el suelo, menor será su resistencia.Definiciones:Sistema Aislado: son los sistemas, circuitos o aparatos, sin conexión intencional a tierra, excepto a los medidores de potencial o de aparatos de medición o de equipos de impedancia alta.Sistema Aterrizado: es un sistema de conductores en donde, por lo menos, un conductor o punto (generalmente el de en medio o neutro de las bobinas de generadores o transformadores) se conecta intencionalmente a tierra, ya sea sólidamente o a través de una impedancia.Aterrizado Sólidamente: se conecta directamente, por medio de alguna conexión adecuada a tierra, sin que tenga una impedancia intencional.Aterrizado Efectivamente: se conecta a tierra a través de una impedancia baja, de tal forma que para todas las condiciones del sistema, la relación de la reactancia de

secuencia cero a la de secuencia positiva ( ) sea positiva y menor que tres y que la

relación de resistencias de secuencia cero a reactancia de secuencia positiva ( ) sea positiva y menor que 1.Aterrizaje por Resistencia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una resistencia.Aterrizaje por Inductancia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una inductancia

Factores Que Influyen En La Selección De Un Sistema Aterrizado O Aislado1. Continuidad en el servicio. Muchas plantas han estado trabajando con sistemas

aislados en uno o varios niveles de voltaje, para ganar un poco más de continuidad en el servicio. El hecho de que cualquier contacto de una fase del sistema y tierra no provoque suspensión del servicio de ninguna carga, puede representar una ventaja para muchas plantas, dependiendo de la importancia por el tipo de planta. En muchos casos, los sistemas se aterrizan para que los equipos de protección de los equipos remuevan los circuitos que tienen falla, sin importar que tipo de falla. Una falla de fase a tierra produce el aislamiento inmediato del circuito que tiene la falla, suspendiendo el servicio a las cargas de ese circuito.

2. Fallas múltiples a tierra. Aunque la falla a tierra de una fase, en un sistema aislado, no produce suspensión del servicio, si ocurre una segunda falla, en una fase diferente y antes de limpiar la primera, sí se producirá suspensión del servicio. Mientras más tiempo se permita la primera falla, mayor será la posibilidad de que ocurra la segunda falla en otra fase y provoque la suspensión del servicio. La ventaja de los sistemas aislados se pierde si se ignora la primera falla hasta que se produzca la segunda. En los sistemas aislados se debe tener un programa de mantenimiento organizado para localizar y remover fallas, tan pronto como sea posible, después que se detectan.

3. Incendios por fallas con arqueo. Últimamente y especialmente en sistemas de bajo voltaje, se han reportado incendios por fallas por arqueo, provocando daños severos o destrucción total del equipo eléctrico, por la energía de las fallas con arqueo. En los casos típicos, la falla con arqueo se establece entre dos o más fases de un sistema aislado o entre las fases y tierra de un sistema aterrizado. La falla con arqueo libera cantidades enormes d energía en el punto de la falla, lo cual libera violentamente, gases calientes y plasma de arco. El calor es tan intenso que vaporiza el cobre o aluminio y el hierro de los alrededores y produce gases tóxicos e inflamables. Típicamente, el elemento normal de protección de sobre corriente no opera rápidamente para remover la falla inicial. Es posible que la corriente de falla sea menor que el disparo o que el tiempo de acción u operación sea muy largo, mientras tanto, se está produciendo el arqueo. Los sistemas aterrizados sólidamente o con resistencia baja, permiten la protección contra incendios por fallas con arqueo entre fase y tierra; desdichadamente, todavía no hay forma de protección contra corrientes de falla con arqueo de línea a línea.

4. Localización de fallas. En sistemas aislados, la falla a tierra no abre el circuito. Se deben instalar equipos para que detecten y avisen. Es importante que el equipo nos permita la detección de la falla sin cortar la energía, para no esperar hasta que se pueda desconectar el sistema. En los sistemas aterrizados, en cambio, las fallas accidentales a tierra se localizan y detectan por la desconexión automática del circuito o equipo con falla.

5. Seguridad. Muchos de los peligros del personal y los equipos se producen porque la puesta a tierra de los equipos o estructuras metálicas es pobre o no existe. Sin importar si el sistema es aterrizado o no, las consideraciones de seguridad exigen que los equipos y estructuras se aterricen. Pueden aparecer otros peligros de golpes eléctricos o fuego en sistemas aterrizados o aislados, a causa de aterrizaje inadecuado de los equipos. Las fallas accidentales a tierra son inevitables. Los pasos de corriente a tierra por fallas en el aislamiento entre las bobinas y la carcaza o estructura de los motores se pueden dar por la grasa u otros materiales que se pueden encender con las chispas o con calentamientos localizados.

6. Peligros de voltajes anormales. Los sobrevoltajes posibles en los sistemas aislados pueden causar más frecuencias de fallas del equipo, que si el sistema se aterrizara. En muchos casos, se producen fallas n más de un equipo al mismo tiempo. Estas fallas múltiples no se producen, necesariamente, en el mismo alimentador o circuito derivado, sino que pueden involucrar equipos en varios alimentadores diferentes.

7. Sobrevoltajes de los sistemas de potencia. Algunas de las fuentes de sobrevoltaje más comunes en sistemas de potencia son las siguientes:

a. Descargas eléctricas (lightning)b. Pulsos de conexión y desconexión (switching sources)c. Cargas estáticasd. Contacto con sistemas de alto voltaje (HV® LV)e. Fallas de línea a tierraf. Condiciones resonantesg. Fallas a tierra con reencendido

1. Descargas eléctricas. Muchos sistemas industriales tienen protección de escudo contra las descargas eléctricas directas. Muchos circuitos son subterráneos en ductos o en conductos metálicos o canaletas. Hasta los circuitos aéreos se protegen con las estructuras metálicas adyacentes o con los edificios. Los pararrayos en la entrada de servicio limitan los pulsos de voltaje hacia la planta, que resultan de las descargas en

las líneas de servicio expuestas. Este pulso es capaz de dañar los equipos conectados en secundario, a menos que tengan equipos de protección contra impulsos.

2. Pulsos de conexión y desconexión (switcheo). Estas operaciones, normales en el sistema, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje normal y de duración corta. El sobrevoltaje que se desarrolla resulta de la oscilación transitoria entre la capacitancia y la inductancia del circuito, la energía en el momento de al interrupción está almacenada en la capacitancia del circuito.

3. Estática. La creación de sobrevoltajes en los conductores de los sistemas de potencia, debido a las cargas estáticas no es problema para las plantas modernas que tienen los circuitos y equipos en montajes metálicos. La carga estática de las bandas transportadoras puede crear voltajes que se pueden transmitir al sistema de potencia, a menos que las estructuras de los motores se aterricen adecuadamente. Las líneas aéreas están expuestas a sobrevoltajes estáticos, en ciertas condiciones atmosféricas. La creación de sobrevoltajes estáticos se pueden prevenir conectando a tierra al sistema aún en el caso de resistencia alta.

4. Contacto con sistemas de alto voltaje. Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de bajo voltaje, o cuando falla el aislamiento entre las bobinas de alta y baja tensión. Si el sistema se aterriza efectivamente, aunque se producen cantidades grandes de corriente de falla, el neutro del sistema permanecerá muy cerca del potencial de tierra y los sobrevoltajes a tierra, en el lado de bajo voltaje, se reducen considerablemente.

5. Fallas de línea a tierra. La causa más común de sobrevoltaje sostenidos en los sistemas aislados es que una fase del sistema se aterrice. En este caso el aislamiento de las otras dos fases se someten a un 73% más de lo normal. El sistema aterrizado sólidamente no permite este sobrevoltaje. Aún que no es suficiente para que no se provoque la falla del aislamiento, la repetición de estas condiciones acorta su vida útil.

6. Condiciones resonantes. Los sistemas aislados están expuestos a los voltajes resonantes. Como la capacitancia de fase a tierra de los sistemas grandes es alta, se puede dar la condición aproximada de circuito resonante durante una falla de línea a tierra, con alguna inductancia, como una bobina dañada de un arrancador de motor. El voltaje a tierra de las líneas no falladas puede ser considerablemente mayor que el voltaje de línea a línea. Los sobrevoltajes debidos a resonancia se encuentran en circuitos pequeños y en los que se usan circuitos sintonizados inductancia-capacitancia como es el caso de los equipos de soldadura.

7. Fallas a tierra con reencendido. Las experiencias de campo y de los estudios teóricos demuestran que los arcos, los reencendidos y las fallas vibrantes a tierra en los sistemas aislados y bajo ciertas condiciones producen pulsos de voltaje de hasta seis veces el normal. La condición necesaria para que se produzca estos sobrevoltajes es que la resistencia dieléctrica de la trayectoria del arco crezca a mayor velocidad, después de cada extinción del arco, que la que tubo en la extinción anterior. Este fenómeno es más común en el aire entre los contactos estacionarios porque esta trayectoria, para el arco no es capaz de desarrollar suficiente recuperación de la capacidad dieléctrica. También ocurre en áreas cerradas donde la presión del gas se incrementa después de cada período de conducción.

8. Costos. La diferencia de costos entre sistemas con el neutro aterrizado o aislado varía dependiendo del método de aterrizaje, del grado de protección que se desea y si el sistema que se va a aterrizar es nuevo o ya existe. La decisión para convertir un sistema aislado en aterrizado depende de la decisión de limitar los sobrevoltajes transitorios. Los sistemas antiguos tienen degradados los aislamientos, por la edad, las condiciones atmosféricas y los sobrevoltajes que han sufrido; por lo tanto están más expuestos a fallas y en el costo para convertirlos en aterrizados puede ser mucho

menor que el costo de reparar cables, motores o transformadores si no se hace el cambio.

9. Tendencias en la aplicación de sistemas aterrizados. Las razones básicas para aterrizar los sistemas son:

a. Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos conductores aislados.

b. Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando se produce la mismac. Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema en diferentes condiciones.

Tensiones de contacto y paso en ET

Las situaciones mas comunes de choque o shock eléctrico que involucran a una persona en una malla de tierra durante una falla son ilustradas en la figura. 

Las situaciones presentadas son una de contacto pie-pie desarrollándose una tensión de paso Es y la tensión de  contacto Et , siendo Etrrd la tensión transferida y la Em lamáxima tensión de contacto.

Tensión de choque: comprende las tensiones de toque y paso.

Máxima tensión de contacto o de malla: La tensión de malla es la máxima tensión de contacto que se pueda encontrar dentro de una malla de una red (se define como malla a una de las cuadrículas de la red).

Tensión de paso: la diferencia de tensión en la superficie, experimentada por una persona con los pies separados una distancia de un metro y sin estar en contacto con ningún objeto aterrizado.

Tensión de contacto o toque: la diferencia de tensión entre el GPR y la tensión en la superficie en el punto en donde una persona se para, mientras al mismo tiempo tiene sus manos en contacto con una estructura puesta a tierra.

Tensión transferida: un especial caso de tensión de contacto en donde una tensión es transferida dentro o fuera de una subestación considerada.

Aclaremos que el GPR es la Elevación del potencial de la tierra es decir la máxima tensión que la malla de tierra de una instalación puede alcanzar relativa a un punto de tierra distante que se supone que está al potencial de tierra remoto.

¿Para qué sirve conocer el valor de estas tensiones? Sirve para poder calcular correctamente la malla de puesta a tierra de una estación transformadora, es decir sin riesgos para las personas y equipos. Según la norma considerada habrá valores limites de estas tensiones que no se deberá sobrepasar.  

Tipos de conexiones del neutro • Neutro flotante También se conoce como conexión a tierra flotante. Cuando ocurre una falla a tierra, solamente las capacitancias entre fase y tierra influyen en la intensidad de corriente de falla, las capacitancias entre fase y fase sólo tienen una importancia secundaria. Para el análisis del efecto del neutro aislado se empleará la figura 6. Falla A B C IcRIcS C C C Figura 6. Sistema con neutro flotante y falla a tierra monofásica [5] En condiciones normales de operación la tensión entre el neutro del sistema y tierra del sistema es cero. En caso de ocurrir una falla a tierra monofásica, el neutro adquiere el potencial: 3

U Uo = (3) Mientras que las tensiones en las fases sanas incrementan su valor en 3 . La tensión obliga la circulación de corrientes capacitivas a través del circuito, las cuales se superponen en el lugar de la falla. Este comportamiento permite hacer uso de un circuito equivalente, figura 76, para determinar la corriente de falla: Uo C U CUI of ωω33 =⋅= (4) Donde es la tensión de fase a tierra y U es la tensión reinante entre fase y fase del sistema. Hasta ahora no se han considerado las resistencias involucradas en el circuito, esta consideración hace que el desplazamiento del neutro hacia la fase afectada sea total. A continuación se realizará un análisis tomando en cuenta la resistencia de falla. Tomando como la resistencia que caracteriza el arco eléctrico, esto permite obtener nuevas expresiones para la tensión y corriente de falla: RL CjRUULo R 31 ω1+ −= (5) CjRCj UILf R ωω313+ −= (6) El mayor valor de la corriente y tensión se da cuando la resistencia de falla es cero, esto da como resultado dos expresiones iguales a las establecidas anteriormente (3) y (4). Todo lo expuesto anteriormente permite realizar una serie de conclusiones acerca del neutro flotante, estas serán expuestas como ventajas y desventajas. Ventajas ¾ La conexión es económica, pues no requiere ningún equipo entre el neutro y tierra. ¾ La corriente de falla es de bajo valor lo que lleva a que la tensión de toque y paso no adquieran valores significativos. Desventajas ¾ Cuando se presentan las fallas monofásicas la tensión en las fases sanas se incrementa en un factor de 3 . Esto limita al uso de neutro flotante

solo a sistemas de tensiones intermedias (69, 115 y raras veces 230 kV). ¾ La corriente de falla a tierra es de tipo capacitiva lo que conduce a reencendidos del arco y sobretensiones. ¾ Si la red no se encuentra debidamente transpuesta se requiere el uso de tres transformadores de corriente para medir la corriente de falla, debido a que esta es de naturaleza asimétrica. • Conexión rígida a tierra Este tipo de conexión permite la unión inmediata del neutro, sin intercalar ningún elemento reactivo o resistivo, con tierra. Es necesario indicar que la denominación conexión rígida a tierra, según la IEC, es indebida y la nombra como effectively grounded o conexión a tierra a efectiva. Una de las premisas de este tipo de conexión es que en caso de falla monofásica a tierra, la tensión en las fases sanas no debe incrementar su valor por encima de 80% de la tensión de operación entre línea y línea. La relación existente entre la tensión fase tierra de las fases no afectadas y la tensión línea a línea se conoce como coeficiente de puesta a tierra y se le denota con la letra m, siendo: 21UUm = (7) Si m es menor que 0,8 se tiene un sistema efectivamente puesto a tierra de lo contrario el sistema no está efectivamente puesto a tierra o está conectado a tierra de forma no efectiva. Este tipo de conexión es el más usado en los sistemas de alta tensión, ya que cuando se presenta una falla monofásica la tensión en las fases sanas no aumenta en 3 . El coeficiente de puesta a tierra m no es suficiente para mostrar lo que sucede en un sistema efectivamente puesto a tierra, por esta razón se analizan las relaciones entre las reactancias de secuencia cero y positiva ( ) XX 10 y sus valores óhmicos ( RR 10 ). Un sistema se considera efectivamente puesto a tierra cuando se cumple con las siguientes relaciones: 310 ≤XX (8) 110 ≤RR (9)

La condición (9) implica que no se tiene conectada entre el neutro y tierra ninguna resistencia óhmica. A continuación se presentaran las ventajas y desventajas de este tipo de conexión: Ventajas¾ La tensión al ocurrir una falla a tierra monofásica, no incrementa su valor en 3 . Debido a esto, esta técnica de puesta a tierra es para sistemas de alta tensión. ¾ La falla a tierra se despeja como un corto circuito, de esta manera el diseño de las protecciones es más sencillo. ¾ No se requieren equipos adicionales para llevar a cabo la conexión, por lo tanto es una ventaja económica. Desventajas ¾ La intensidad de corriente de falla a tierra puede alcanzar valores elevados. ¾ Lo anterior causa que las tensiones de paso y toque alcancen valores muy altos, lo que exige la incorporación de conexiones a tierra con capacidad de regulación de potencial. • Conexión semirrígida a tierra De acuerdo con las nuevas ediciones de la IEC, se suele llamar, non effectively grounded o no efectivamente puesta a tierra. Este tipo de instalación implica la conexión mediante una resistencia de bajo valor óhmico entre neutro y tierra. La finalidad es combatir el incremento de tensión en las fases sanas al ocurrir la falla monofásica a tierra, pero limitando al mismo tiempo la corriente de falla. Cuando se tiene una falla monofásica a tierra, el centro eléctrico del sistema (neutro) sufre un desplazamiento respecto a su posición en condición de operación normal, esto causa un ligero incremento de tensión en las fases sanas. Esta modalidad de conexión a tierra del neutro conlleva a que la protección vea la falla como un corto circuito, así esta trabajará de forma selectiva. Una gran ventaja es que el reencendido del arco eléctrico se dificulta porque el porcentaje óhmico se superpone en el lugar de la falla al porcentaje capacitivo de la corriente de falla. Desde el punto de vista analítico, la conexión no efectivamente puesta a tierra se cumple cuando: 310 >XX (10) 110 >R

R (11) Ventajas ¾ Este forma de conectar el neutro a tierra permite la limitación de la corriente de falla y al mismo tiempo la tensión en las fases sanas no se incrementan en 3 . Desventajas ¾ En sistemas muy mallados donde la corriente de corto circuito es muy elevada, se imponen límites constructivos a la resistencia de puesta a tierra, ya que la alta disipación térmica implica especificaciones que hacen que la resistencia se vuelva muy grande y poco económica. • Conexión a tierra inductiva Consiste en la interconexión de una bobina o reactor entre el neutro del sistema y tierra. Este tipo de conexión fue desarrollado en Alemania. La bobina más utilizada es la bobina de Petersen. Esta bobina es altamente versátil ya que se opone rápidamente a la corriente de falla, esta bobina esta conformada por un entrehierro variable y múltiples tomas en el embobinado. A continuación veremos su funcionamiento. Figura 8. Bobina Petersen marca SEA Fuente: http://www.elnord.se Cuando ocurre la falla monofásica el neutro del transformador adquiere rápidamente el potencial 3 0 =UU respecto a tierra, esto obliga a la circulación de una corriente inductiva, producida por la bobina, a través de la falla. Las diferentes tomas en la bobina y el entrehierro variable permiten una compensación automática muy eficiente entre la corriente inductiva generada por la bobina y la capacitiva suministrada por la falla. La compensación no se logra completamente debido a la resistencia óhmica presente en todo equipo eléctrico con conductores metálicos y también por la falta de ajuste continuo por parte de la bobina. Esto permite que circule una corriente residual que será detectada por un relé de falla a tierra. La reactancia inductiva de la bobina Petersen debe ser igual a la reactancia capacitiva de los conductores a tierra: ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ −= +Lj CjUIf ωω1 0 3 (12) Dado que se requiere extinguir la corriente de falla, es decir, que sea cero:

CL 2 31ω = (13) Al igual que neutro flotante se tiene un incremento en las fases sanas de 3 . Es por esta razón que la bobina Petersen está limitada solo para sistemas con tensiones de hasta 230 kV. Ventajas ¾ Rápida respuesta. Basta que el centro eléctrico se desplace a una de las fases para que inyecte una corriente inductiva al sistema. Por lo tanto un tiempo corto de extinción de la corriente de falla. ¾ Las tensión de toque y paso en el lugar de la falla no adquieren valores altos, debido a la compensación de la corriente. ¾ El sistema puede operar por horas, en condiciones de falla monofásica. ¾ Las tensiones en las fases sanas retornan a sus valores normales sin experimentar cambios bruscos, esto se debe a que el neutro retorna lentamente a su punto de operación normal. ¾ La bobina Petersen permite derivar a tierra cargas estáticas acumuladas. Desventajas ¾ Durante la falla a tierra las tensiones en las fase sanas aumentan en 3 . ¾ Incorporación de un equipo adicional, que no necesariamente es económico, además de ocupar espacio en la subestación.

QUÉ ES EL RIESGO DE ELECTROCUCIÓN

El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la "posibilidad de circulación de una corriente eléctrica a través del cuerpo humano". Así, se pueden considerar los siguientes aspectos:

a. Para que exista posibilidad de circulación de corriente eléctrica es necesario:

o Que exista un circuito eléctrico formado por elementos conductores

o Que el circuito esté cerrado o pueda cerrarse o Que en el circuito exista una diferencia de potencial mayor que cero

b. Para que exista posibilidad de circulación de corriente por el cuerpo humano es necesario:

o Que el cuerpo humano sea conductor. El cuerpo humano, si no está aislado, es conductor debido a los líquidos que contiene (sangre, linfa,

etc.)

o Que el cuerpo humano forme parte del circuito

o Que exista entre los puntos de "entrada" y "salida" del cuerpo humano una diferencia de potencial mayor que cero

Cuando estos requisitos se cumplan, se podrá afirmar que existe o puede existir riesgo de electrocución.

EFECTOS FÍSICOS DEL CHOQUE ELÉCTRICO

Vamos a distinguir entre los efectos físicos inmediatos a raíz de un choque eléctrico y los efectos físicos no inmediatos.

Efectos físicos inmediatos

Dependen, como ya hemos señalado con anterioridad y entre otros factores, del tiempo de exposición y del recorrido de la corriente a través del cuerpo. Aquí tenemos una tabla que nos ilustra acerca de los efectos en el organismo , tanto para un hombre como para una mujer, frutos del paso de distintas intensidades por el cuerpo humano , haciendo una distinción entre corriente continua y corriente alterna:

INTENSIDAD (mA)

EFECTOS SOBRE EL ORGANISMO

c.c. c.a. (50Hz)

HOMBRE MUJER HOMBRE MUJER

1 0.6 0.4 0.3 Ninguna sensación

5.2 3.5 1.1 0.7 Umbral de percepción

76 51 16 10.5 Umbral de intensidad límite

90 60 23 15Choque doloroso y grave (contracción muscular y dificultad respiratoria)

200 170 50 35 Principio de fibrilación ventricular

1300 1300 1000 1000

Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Corta duración (hasta 0.03 segundos)

500 500 100 100Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Duración 3 segundos

EFECTOS FÍSICOS INMEDIATOS

Según el tiempo de exposición y la dirección de paso de la corriente eléctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilación ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque eléctrico, tales como caídas de altura, golpes, etc.

Paro cardíaco: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por parada cardíaca.

Asfixia: Se produce cuando la corriente eléctrica atraviesa el tórax. el choque eléctrico tetaniza el diafragma torácico y como consecuencia de ello los pulmones no tienen capacidad para aceptar aire ni para expulsarlo. Este efecto se produce a partir de 25-30 mA.

Quemaduras: Internas o externas por el paso de la intensidad de corriente a través del cuerpo por Efecto Joule o por la proximidad al arco eléctrico. Se producen zonas de necrosis (tejidos muertos), y las quemaduras pueden llegar a alcanzar órganos vecinos profundos, músculos, nervios e inclusos a los huesos. La considerable energía disipada por efecto Joule, puede provocar la coagulación irreversible de las células de los músculos estriados e incluso la carbonización de las mismas.

Tetanización: O contracción muscular. Consiste en la anulación de la capacidad de reacción muscular que impide la separación voluntaria del punto de contacto (los músculos de las manos y los brazos se contraen sin poder relajarse). Normalmente este efecto se produce cuando se superan los 10 mA.

Fibrilación ventricular: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por rotura del ritmo cardíaco. El corazón, al funcionar incoordinadamente, no puede bombear sangre a los diferentes tejidos del cuerpo humano. Ello es particularmente grave en los tejidos del cerebro donde es imprescindible una oxigenación continua de los mismos por la sangre. Si el corazón fibrila el cerebro no puede mandar las acciones directoras sobre órganos vitales del cuerpo, produciéndose unas lesiones que pueden llegar a ser irreversibles, dependiendo del

tiempo que esté el corazón fibrilando. Si se logra la recuperación del individuo lesionado, no suelen quedar secuelas permanentes.Para lograr dicha recuperación, hay que conseguir la reanimación cardíaca y respiratoria del afectado en los primeros minutos posteriores al accidente. Se presenta con intensidades del orden de 100 mA y es reversible si el tiempo es contacto es inferior a 0.1 segundo

La fibrilación se produce cuando el choque eléctrico tiene una duración superior a 0.15 segundos, el 20% de la duración total del ciclo cardíaco medio del hombre, que es de 0.75 segundos.

Lesiones permanentes: Producidas por destrucción de la parte afectada del sistema nervioso (parálisis, contracturas permanentes, etc.)

EFECTOS FÍSICOS NO INMEDIATOS

Se manifiestan pasado un cierto tiempo después del accidente. Los más habituales son:

Manifestaciones renales:

Los riñones pueden quedar bloqueados como consecuencia de las quemaduras debido a que se ven obligados a eliminar la gran cantidad de mioglobina y hemoglobina que les invade después de abandonar los músculos afectados, así como las sustancias tóxicas que resultan de la descomposición de los tejidos destruidos por las quemaduras.

Trastornos cardiovasculares:

La descarga eléctrica es susceptible de provocar pérdida del ritmo cardíaco y de la conducción aurículo- ventricular e intraventricular, manifestaciones de insuficiencias coronarias agudas que pueden llegar hasta el infarto de miocardio, además de trastornos únicamente subjetivo como taquicardias, sensaciones vertiginosas, cefaleas rebeldes, etc.

Trastornos nerviosos:

La víctima de un choque eléctrico sufre frecuentemente trastornos nerviosos relacionados con pequeñas hemorragias fruto de la desintegración de la sustancia nerviosa ya sea central o medular. Normalmente el choque eléctrico no hace más que poner de manifiesto un estado patológico anterior. Por otra parte, es muy frecuente también la aparición de neurosis de tipo funcional más o menos graves, pudiendo ser transitorias o permanentes.

Trastornos sensoriales, oculares y auditivos:

Los trastornos oculares observados a continuación de la descarga eléctrica son debidos a los efectos luminosos y caloríficos del arco eléctrico producido. En la mayoría de los casos se traducen en manifestaciones inflamatorias del fondo y segmento anterior del ojo. Los trastornos auditivos comprobados pueden llegar hasta la sordera total y se deben generalmente a un traumatismo craneal, a una quemadura grave de alguna parte del

cráneo o a trastornos nerviosos.

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos14/conexiontierra/conexiontierra.shtml#ixzz2kDaVYOa6

http://www.monografias.com/trabajos14/conexiontierra/conexiontierra.shtml#ixzz2kDZsnFxS

http://www.buenastareas.com/ensayos/Importancia-De-Un-Sistema-Puesta-a/3484336.html

http://html.rincondelvago.com/riesgos-electricos.html

CONCLUSIÓN

Se podría decir como conclusión que los objetivos perseguidos por un sistema de puesta a tierra son diversos, en especial el de brindar seguridad a las personas, proteger las instalaciones o zonas con manejo de alto voltaje, como edificios públicos o privados, hospitales, hoteles, cines, donde hay personas que pudieran resultar lesionadas sin el sistema de tierra física; también busca la protección de los equipos, maquinarias, obteniéndose con ello un incremento en la seguridad del centro de trabajo, ahorro de energía, mayor calidad y tiempo de vida en los aparatos, así mismo establecer la permanencia de un potencial de referencia al estabilizar la tensión eléctrica a tierra bajo las condiciones normales de la operación.

De igual forma, se puede concluir que los sistemas de puesta a tierra pueden ser simples o complejos, los simples conformados por un electrodo asilado enterrado, siendo este el más utilizado y encontrado en áreas residenciales mientras que el complejo está comprendido por un conjunto de electrodos interconectados entre ellos mallas, platos de tierra y lazos o anillos de tierra siendo estos instalados normalmente en oficinas centrales y centros de telecomunicaciones.