Elementos de protección y maniobra eléctrica

1. PAT

   
   Refiere a una uníón metálica entre partes de una instalación eléctrica y unos electrodos enterrados en la tierra.
   El objeto es el de conseguir que en las instalaciones y superficies próximas al terreno no existan diferencias de potencial peligroso.

1.1 Toma a Tierra: Constituida por:

1.1.1 Electrodo de Puesta a Tierra: Masa metálica, de buen contacto con el terreno

1.1.2 Línea de enlace con tierra: Conductores que unen el electrodo con el punto de PAT

1.1.3 Punto de PAT:
Punto fuera del suelo que es uníón entre la línea de enlace de tierra y la línea principal de tierra de manera que se puedan separar para realizar las mediciones de R de tierra.

1.2 Línea Principal de Tierra:
Conductores que partirán desde el Punto de PAT hasta las derivaciones necesarias para la PAT  a través de los conductores de protección

1.3 Derivaciones de las líneas principales de tierra

1.4 Conductores de Protección:
Unen las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra contactos indirectos.

1.5 Masa Eléctrica: Parte conductora de un material o equipo y que puede ser tocado

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Funciones y Objetivos de la PAT

Dispersar I de cualquier tipo, fallas, descargas atm.O maniobras en la instalación. Se busca:

• Limitar la Diferencia de Potencial
• Detectar defectos a tierra y asegurar el funcionamiento de las protecciones
• Limitar las sobretensiones
• Evitar que las tensiones producidas por descargas atm. Provoquen cebados inversos.
• Protección contra electricidad estática

Objetivos:

• Seguridad de las personas
• Proteger instalaciones
• Mejorar calidad del servicio
• Establecer potencial de referencia

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Resistividad del Terreno

Resistencia de la PAT está compuesta por:

3.1

1 Resistencia propia del conductor

De escasa importancia debido a que al usarse materiales de muy baja resistividad comparada con el terreno puede despreciarse

3.1.2 Resistencia entre el electrodo y la tierra: Si la tierra está bien compactada este un valor muy pequeña

3.1.3 Resistencia del terreno alrededor del electrodo:
Esta es la más grande de las 3, equivale a la resistencia del terreno en un cubo de 1x1 (m).

3.2 Dependencia de las carácterísticas eléctricas del terreno:
El valor de la PAT y la distribución del potencial en el terreno dependen de la resistividad del mismo y del subsuelo en donde se instalara. Por ello se deben realizar análisis de sus carácterísticas.

3.3 Factores que influyen en la resistividad del terreno:

3.3.1 Composición del Terreno:
La variación según la composición es muy notoria. Varía en unas decenas de (ohm.M) en suelos orgánicos y en decenas de miles de (ohm.M) en suelos secos.

3.3.2 Temperatura:
Debido a que la humedad del terreno determina la resistividad, si aumenta la temperatura disminuirá la resistividad del agua y por ende la del terreno.

3.3.3 Estratigrafía: La resistividad toral del terreno depende de las diversas capas que lo componen

3.3

4 humedad y Salinidad

Si el terreno presenta mayor humedad, la resistividad aumentara con rapidez disolviendo las sales. Hasta 15% de humedad donde se satura el terreno.

3.3.5 Compactación: Más compacto este el suelo menos resistividad tendrá

4

Potenciales y Gradientes

En el momento en que se produzca una corriente de falla estando derivada por una toma a tierra, esta recorrerá el camino con menos impedancia. En ese instante estas corrientes empezaran a extenderse hacia los alrededores de la toma de tierra, y en el terreno si a mayor profundidad la resistividad es menor irán hacia abajo, lo contrario hacia arriba.

5 Medida de Resistividad del Terreno:
Es muy necesario conocer la resistividad del terreno para selecciona la forma de los electrodos y su distribución.

Hay 2 métodos en los cuales se necesita: telurimetro/ 4 picas/ 4 conductores de long. Suficiente y de 1,5 (mm2).

Método de WENNER

Consiste en clavar las 4 picas a una misma distancia una de la otra y de manera simétrica al punto O debajo del cual se medirá la resistividad. Al inyectar una corriente entre C1 y C2, el telurimetro indicara la tensión

entre P1 y P2. Por ende la relación entre V e I es la R que registrara el medidor.

H= ¾ . A                       ϸa= 8/3. π . H . R

Donde: h (altura del terreno al cual le determinaremos la resistividad), R (resistencia que indique el medidor)

Método simétrico

El procedimiento es el mismo, lo único que cambia es la disposición de las picas. Se colocan en forma simetríca al punto O.

H= L/2                       ϸa= (π.(L2 – l2).R)/ 2.L

Dónde: L: longitud entre C1 o C2 y O. Y l: long. Entre P1 o P2 y O.

5.4 Consideraciones sobre la medición:
Puede haber piezas metálicas u otros aparatos que no permitan una buena medición. Por eso se deben realizar como mínimo dos mediciones en distintas direcciones.

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Tensión de Paso

Refiere a la diferencia de potencial que hay entre 2 puntos en la sup. Del terreno, distan de un paso (1 (m)). Puede ser también con el brazo extendido y su punto de apoyo.

Tensión de Contacto

Mas peligrosa que la tensión de paso, debido a que se hace contacto con uan estructura la cual esta unida a los electrodos de tierra y se encuentra a un potencial Uo. Y por la otra la tensión sobre el terreno a una distancia de 1 (m) en donde la dif. De potencial varia de Uo. El riego será la relación a la diferencia de tensión (Uo - Ux)

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Efectos fisiológicos de la corriente

7.1 Umbral de sensibilidad:
Se refiere al valor de intensidad mínima que percibe una persona al hacer circular una corriente de una mano a la otra. C/ persona lo percibe a distintos valores.

7.2 Umbral de no Soltar:
Se refiere a la excitación de los nervios y músculos bajo la acción de la corriente. Algunas personas quedan enganchados a 10 (mA) y otros se sueltan fácilmente.

7.3 Muerte Aparente:
Es cuando la intensidad supera al Umbral de No Soltar, lo cual afecta a las grandes funciones fisiológicas como la respiración y la circulación, las cuales se detienen por la corriente.

7.4 Fibrilación Ventricular:
Refiere a una contracción de las fibras del miocardio, lo que se traduce rápidamente en una para circulatoria y una anoxia.

8 Criterios de Seguridad Eléctrica Normalizados.

8.1 Tensiones máximas aplicables al cuerpo humano:

Es según la duración de la falla. Vca= (K/ tⁿ)

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Diseño Preliminar de Puesta A Tierra (PAT):

Una vez que se tienen ciertos parámetros como la resistividad del terreno, las Imax de falla y el tiempo de eliminación, es posible efectuar el diseño de la PAT. Se deben conocer los elementos que la compondrá:

Líneas de Tierra

Deberán tener buena resistencia mecánica y a la corrosión, además su dimensión debe ser tal que la Imax que circule no lleve al conductor al punto de fusión.

Electrodos

Materiales de buena resistencia a la corrosión. Estos podrán encontrarse: # Picas Hincadas. # Varillas, Barras enterradas de forma radial. # Placas o chapas enterradas.

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Técnicas para reducir los valores de PAT

Para lograr bajos valores de resist. De tierra se debe:

• Alargar el electrodo

  
  Al aumentar la longitud la resistencia disminuye. No es así si aumentamos su sección.
• 
  

  Utilizar Picas Múltiples

  Refiere al efecto de dos resistencias en paralelo. Estas deben estar separadas a una distancia no menor a las propias. En el caso de que haya 2 varillas la reducción de la resistencia del conjunto será del 60%, si hay 3 del 40% y si hay 4 del 33%.
• 
  

  Tratamiento del terreno

  El tratamiento químico es el más eficiente cuando no se puede ir más profundo. El sulfato de magnesio o de cobre, y la sal son los más usados

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Medidas a adoptar en condiciones dif. De puesta a tierra

Ante no poder mantener los valores de las tensiones dentro de sus parámetros se deberá cercar la zona para hacerla inaxecible.

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Medidas de la R de PAT

R=  (ϸ. L/A)

donde: L (long. Del camino) y A (Sección).

Hay dos métodos para los cuales se necesitan: Una fuente de tensión, Un telurimetro y 4 conductores para conectar a 4 terminales.

Método directo

Se basa en conectar los terminales P1 y C1 al electro bajo prueba y P2 y C2 a la cañería de agua o red metálica, cercanas a donde se desea medir la R de PAT. Este método es el mas sencillo.

Tiene 3 limitaciones

• Sistema de Cañería debe ser extenso para despreciar su resistencia
• Sist. De Cañería debe ser metálico.
• El electrodo debe estar a una distancia de la cañería igual a 10 veces su radio para una exactitud de l 10%.

Método de caída de potencial

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Conductor de Protección (PE):

Este estará conectado al borne de PAT de los tomacorrientes,

o al aparato cuya PAT deba hacerse.

S = (I .Raíz DE t)/ K

Siendo: I( valor eficaz de la Imax de falla), S( Sección del conductor), K(factor que depende del PE), t( tiempo de actuación del dispositivo)

Tipos de PE: Aislados(Cables Multipolares); Unipolares de cobre aislados; Elementos metálicos como carcasas blindadas y bandejas cortacables.

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Conexión de las Masas de Instalación de PAT

En tomacorrientes la conexión al borne del mismo se hará desde el PE mediante un cable de cobre aislado ( verde y amarillo; S= 1,5 mm² para bipolares). Para tripolares se calcula. En cañerías, cajas y gabinetes se realizara un puente para conectarlos.

Sistemas de PAT

• PAT de Referencia

  
  Brinda un potencial constante para tener ref. A tierra en los equipos.
• 
  

  PAT de Pararrayos

  Drena a tierra las sobretensiones de descargas atmosféricas.
• 
  

  PAT de Seguridad

  La más importante, deriva la I de falla peligrosa para las personas.
• 
  

  PAT de servicio

  Mantiene a potencial de tierra los circuitos de alimentación(ej. Trafo)

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Sistema de PAT exigido por la AEA

17.1 En los inmuebles alimentados de la red pública BT el esquema exigido es TT

En el caso que se reciba de MT o AT  de la red pública o de un generador propio se podrá optar por: Sistema TT, Sistema TN-S, Sistema IT.

17.2 Valores máximos admisibles de PAT según AEA: Como valor máximo admisible la R de PAT  no podrá superar los 40(Ohm).

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Peligros y Protecciones

La primer protección contra la electrocución es mediante aislaciones o asegurando la inaccesibilidad a partes bajo tensión.

Peligros por contacto los cuales hay que prevenir son

Por contacto directo a partes en tensión; se previene creando obstáculos rígidos que impidan el acceso. Por contacto Indirecto;
Son elementos que no tiene tensión pero que pueden tenerla ante una falla.

Protecciones llamadas activas las cuales deben detectar situaciones peligrosas y eliminarlas. Ej. Protección activa limitada (actúa para contactos indirectos). Protección Activa Integral (cubre también el riesgo por contacto directo)