Fundamentos y Tipos de Sistemas de Puesta a Tierra (SPAT) para Seguridad Eléctrica

Fundamentos y Clasificación de los Sistemas de Puesta a Tierra (SPAT)

Un SPAT (Sistema de Puesta a Tierra) es una conexión conductora a través de la cual un sistema, circuito o equipo eléctrico es conectado a tierra.

Tipos de SPAT según su Función

• SPAT de Señales: El sistema a proteger deberá estar aislado del suelo en todos los puntos, excepto en un punto, el cual es conectado al suelo.
• SPAT de Seguridad: Entrega un bus al cual se encuentran conectados equipos eléctricos, asegurando y reduciendo los peligros de *shock* a las personas.
• SPAT de Protección: Protege equipos y sistemas ante descargas eléctricas de tipo atmosférico, otorgando seguridad al personal que opera los equipos.

Consideraciones Operacionales del SPAT

Control de Shock y Microshock

Un potencial no nocivo para una persona normal puede generar un microshock. A 50Hz, una corriente en el rango de 10 a 50[uA] puede causar fibrilación ventricular en un paciente. Es necesario definir un SPAT de referencia para los equipos que pudieran estar en contacto con el paciente, de manera de poder canalizar de forma adecuada toda la falla o corrientes de fuga.

Interferencia y Compatibilidad Electromagnética (EMI)

Un sistema de tierra contribuye a minimizar interacciones conducidas entre equipos y/o sistemas referidos a él. Permite que la operación de un equipo no degrade el medio en el que opera. Un SPAT mal concebido puede convertirse en un medio de propagación de interferencias.

Agresividad del Suelo y Corrosión

Un buen SPAT sirve además como elemento o vía de descarga para acumulaciones de cargas estáticas. Una gran conductividad o muy baja resistividad del suelo produce un suelo muy agresivo, que se caracteriza por un pH elevado.

Concepciones de Diseño de SPAT

Concepción Tradicional - Convencional

Se considera solo SPAT de señales y seguridad. Los más conocidos son electrodos enterrados de forma normal al suelo a una cierta profundidad formando una línea recta solo de electrodos. Las topologías suelen ser rectangulares, cuadrangulares, triangulares y circulares.

Concepción Moderna (Earth, Lightning, Safety, Signal)

La concepción moderna distingue funciones específicas:

1. Earth: Provee un paso de baja resistencia a tierra para rayos, fallas de poder y corrientes de señales a tierra.
2. Lightning: Provee un paso para descargas de rayos que entran a la tierra sin que estos causen daños o injurias a personas o daños a instalaciones o equipos.
3. Safety: Protege al personal de peligro de *shock* eléctrico y también protege a equipos eléctricos y electrónicos de daño debido a corrientes de falla.
4. Signal: Provee un paso de baja resistencia al flujo de señales y corrientes de tierra a la tierra. Cada señal y cable de control debe proveer un retorno de la señal.

Propiedades del Suelo y Caracterización para el SPAT

Propiedades Eléctricas del Suelo

En el diseño y especificación de un SPAT, la etapa más crítica y fundamental es la caracterización y determinación de la resistividad del suelo.

Parámetros del Medio Electromagnético

Los parámetros clave son: permitividad, permeabilidad, conductividad o resistividad. Un suelo se comporta como un medio de propagación espacial de potenciales. Desde el punto de vista eléctrico puede representarse en primera instancia como una resistencia. El parámetro más importante es su resistividad, y en segundo lugar su permitividad. La mayoría de los suelos no son completamente conductores, a excepción de ciertos suelos mineros, por su contenido metálico.

Características que Determinan la Resistividad de un Suelo

• Conformación del suelo
• Contenido de sales disueltas
• Humedad
• Temperatura
• Tamaño del grano y su distribución
• Anisotropía del suelo

Propagación y Mediciones en el Suelo

Características de Propagación en Suelos

La propagación de corriente eléctrica en el suelo es bastante compleja. Existen técnicas de medición basadas en conocimientos de los fenómenos físicos y leyes matemáticas que permiten obtener una adecuada modelación del suelo.

Técnicas de Medición del Suelo

Las mediciones se clasifican en:

Geoeléctrico

Se basa en mediciones realizadas con inyección de corrientes eléctricas de prueba en el terreno.

• Perfil Eléctrico del Suelo: Se obtiene una caracterización del suelo para determinar variaciones laterales de su resistividad.
• Sondeo Eléctrico del Suelo: Obtener estratificación del suelo y las características de resistividad y espesor de sus capas.

Las técnicas de medición con 4 electrodos (2 de corriente y 2 de medición de voltaje) son: Wenner, Schlumberger, Azimutal.

Geoelectromagnético

Utiliza campos eléctricos para efectuar sondaje del suelo.

Mecánica de Suelos

Se recurre a ella cuando ya existen estudios de mecánica realizados.