DISEÑO ELECTRICO Y SISTEMAS DE SEGURIDAD

SISTEMAS DE DISTRIBUCION

SISTEMA DE DISTRIBUCION PRIMARIO

- Desde central hidroeléctrica hasta sub estación

A.- SISTEMA 10 KW

Sistema aislado sin neutro puede alimentar a localidades que se encuentran a un radio de 10 a 15 km. Con subestaciones predominantemente trifásica

B.- SISTEMA 13.2/7.62KW

Sistema de 4 conductores con neutro multiaterrizado permite desarrollar redes trifásicas, monofásicas y con retorno total por tierra. El sistema multiaterrizado permite desarrollar redes trifásicas, monofásicas y con retorno total por tierra. El sistema multiaterrizado debe llevar una puesta a tierra cada 300m a 400m. tal que la resistencia del conjunto no supere los 3 ohm. Este sistema tiene gran ventaja en la electrificación rural y en altitud por el bajo costo de las líneas, redes y subestaciones, así como la reducción del aislamiento.

C.- SISTEMA 22.9/13.2KW

Tiene características similares al anterior, nos permite alimentar cargas en un radio de 30 a 50 km. En forma económica. El aislamiento reducido por llevar el neutro puesto a tierra nos permite instalaciones hasta los 4000m.s.n.m sin pasar de N.A.B- 150 kV. Tambien donde la red primaria y secundaria vayan paralelos se pueden utilizar el neutro primario como neutro secundario, ahorrándose el tendido de un conductor.

SISTEMA DE DISTRIBUCION SECUNDARIO

Desde la subestación hasta conexión domiciliaria

A.- SISTEMA 220V. TRIFASICO, 3 CONDUCTORES

Es un sistema sin neutro, formado por transformadores trifásicos, utilizado para alimentar cargas trifásicas en áreas comerciales e industriales y cargas monofásicas y trifásicas en áreas residenciales.

B.- SISTEMA 380/220V. TRIFASICO 4 CONDUCTORES

Este sistema permite un mayor radio de acción que el sistema en 220v. teniendo un conductor neutro que debe estar colocado a tierra al inicio y al final del circuito y a intervalos de 150m a

200m. la sección del neutro será igual o una sección menor al conductor de fase. El conductor neutro puede ser desnudo y en caso de falla no debe superar los 65v.

C.- SISTEMA 220V. MONOFASICO, 2 CONDUCTORES

Sistema aislado que se logra con un transformador monofásico. Se emplea para localidades rurales con un radio de acción promedio de 200m

D.- SISTEMA 440/220V. MONOFASICO, 3 CONDUCTORES

Este sistema monofásico es el que se viene desarrollando, ya que nos permite un radio de acción de unos 400m. el neutro de la red primaria se puede utilizar como neutro de la red secundaria. El tansformador monofásico para 440/220v. es similar al de 220v. debiendo solicitarse que lleve 3 bornes en baja tensión y que sea conmutable de 440v./ 220v. de esta manera se puede utilizar en bancos para obtener la tensión de 380v/220v o 220v.

CORRIENTE ELECTRICA

ELECTRICIDAD

Es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.

Las cargas eléctricas producen campos electromagnéticos que interaccionan con otras cargas. La electricidad se manifiesta en varios fenómenos:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente; se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltíos.

Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre

segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético.

MAGNITUDES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Es la magnitud física que expresa la cantidad de electricidad que fluye por un conductor en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el amperio. Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniería eléctrica, se considera por convención que la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico.

En una linterna las cargas eléctricas se separan debido a las reacciones químicas que tienes lugar en la pila, las cargas negativas o electrones fluyen a través de los cables la corriente eléctrica que fluye por el filamento de la bombilla lo calienta y lo hace brillar y es por eso que todos los aparatos eléctricos usan el flujo de electrones.

FUERZA ELECTROMOTIRZTambién se le conoce con el nombre de diferencia de potencial, tensión, voltaje. La fuerza electromotriz es la fuerza o impulso con que los electrones se desplazan a través de un conductor.

INTENSIDAD:

Intensidad de corriente eléctrica I, es la cantidad de carga eléctrica (o de electrones) que atraviesa la sección de un conductor por unidad de tiempo

RESISTENCIA:

La resistencia, R, es la mayor o menor dificultad que opone un conductor al paso dela corriente eléctrica.

UNIDADES DE LAS MAGNITUDES ELECTRICAS

Voltio:

Es la unidad de fuerza que impulsa a las cargas eléctricas a que puedan moverse a través de un conductor. Su nombre, voltio, es en honor al físico italiano, profesor en Pavia, Alejandro Volta

quien descubrió que las reacciones químicas originadas en dos placas de zinc y cobre sumergidas en ácido sulfúrico originaban una fuerza suficiente para producir cargas eléctricas.

OHM

Unidad de medida de la Resistencia Eléctrica. Y equivale a la resistencia al paso de electricidad que produce un material por el cual circula un flujo de corriente de un amperio, cuando está sometido a una diferencia de potencial de un voltio.

Amperio:

Unidad de medida de la corriente eléctrica, que debe su nombre al físico francés André Marie Ampere, y representa el número de cargas (coulombs) por segundo que pasan por un punto de un material conductor. (1Amperio = 1 coulomb/segundo).

LEY DE OHM

La ley de Ohm dice que la intensidad de la corriente que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos. Esta constante es la conductancia eléctrica, que es la inversa de la resistencia eléctrica.

La intensidad de corriente que circula por un circuito dado es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

I=V/R

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que R en esta relación es constante

RESISTENCIA ELÉCTRICA

Se le llama resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones para desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán George Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. La resistencia está dada por la siguiente fórmula:

En donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material.

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal)

Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un material son:- tipo de material- longitud- sección transversal- temperatura

FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTENCIA ELECTRICA

Un material puede ser aislante o conductor dependiendo de su configuración atómica, y podrá ser mejor o peor conductor o aislante dependiendo de ello.

COEFEICIENTE DE RESISTIVIDAD

Es La Resistencia Que Ofrece Un Conductor De Un Metro De Longitud Y De Un Milimetro Cuadrado De Sección De Un Material Determinado

TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA

La corriente eléctrica. Hay 2 tipos de corriente eléctrica:

La corriente continua:

Es La que va siempre en el mismo sentido .

la corriente alterna:

va en dos direcciones, alternándose éstas 100 veces por segundo. Cada 2 veces que cambia de dirección es un ciclo o período.

TERMINOLOGIA USADA EN CORRIENTE ALTERNA

Monofásico

Un sistema monofásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma forma. La distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las cargas son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños motores eléctricos.

Trifásico

un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y están desfasados simétricamente.

LEY DE WATT

POTENCIA ELÉCTRICA - LEY DE WATT:

Si a un determinado cuerpo le aplicamos una fuente de alimentación (es decir le aplicamos un Voltaje) se va a producir dentro del cuerpo una cierta corriente eléctrica. Dicha corriente será mayor o menor dependiendo de la resistencia del cuerpo. Este consumo de corriente hace que la fuente este entregando una cierta potencia eléctrica; o dicho de otra forma el cuerpo esta consumiendo determinada cantidad de potencia. Esta potencia se mide en Watt. Por ejemplo una lámpara eléctrica de 40 Watt consume 40 watt de potencia eléctrica. Para calcular la potencia se debe multiplicar el voltaje aplicado por la corriente que atraviesa al cuerpo. Es decir:

POTENCIA = VOLTAJE x CORRIENTE

Que expresado en unidades da: WATT = VOLT x AMPER

POTENCIA INSTALADA Y MAXIMA DEMANDA

Para diseñar una instalación se debe evaluar la demanda máxima de potencia que se puede solicitar al sistema. Un diseño que simplemente se base en la suma aritmética de todas las cargas existentes en la instalación sería extremadamente caro y poco práctico desde el punto de vista de la ingeniería. El propósito de este capítulo es el de mostrar cómo se pueden evaluar varios factores teniendo en cuenta la diversidad (operación no simultánea de todos los dispositivos de un grupo determinado) y la utilización (por ejemplo, un motor eléctrico no funciona normalmente al límite de su capacidad, etc.) de todas las cargas existentes y proyectadas. Los valores proporcionados están basados en la experiencia y en los registros extraídos de las instalaciones actuales. Además de proporcionar datos de diseño de instalaciones básicas en circuitos individuales, los resultados proporcionarán un valor global para la instalación a partir de la que se pueden especificar los requisitos de un sistema de alimentación (red de distribución, transformador de alta/baja tensión o grupo electrógeno).

Potencia instalada (kW)

La potencia instalada es la suma de las potencias nominales de todos los dispositivos eléctricos de la instalación. Esta no es en la práctica la potencia absorbida realmente. Este es el caso de los motores eléctricos, en los que la potencia nominal se refiere a la potencia de salida en el eje principal. El consumo de potencia de entrada será evidentemente superior.

Las lámparas fluorescentes y de descarga asociadas a resistencias de estabilización son otros casos en los que la potencia nominal indicada en la lámpara es inferior a la potencia consumida por la lámpara y su resistencia. Los métodos para evaluar el consumo real de potencia de los motores y dispositivos lumínicos se han proporcionado en el apartado 3 de este capítulo.

La demanda de potencia (kW) es necesaria para seleccionar la potencia nominal deun grupo electrógeno o batería. Para una alimentación de una red de alimentación pública de baja tensión o a través de un transformador de alta/baja tensión, la cantidad significativa es la potencia aparente en kVA.

4.2 Potencia aparente instalada (kVA)

Normalmente se asume que la potencia aparente instalada es la suma aritmética de los kVA de las cargas individuales. Los kVA máximos estimados que se van a proporcionar sin embargo no son iguales a los kVA totales instalados. La demanda de potencia aparente de una carga (que puede ser un dispositivo sencillo) se obtiene a partir de su potencia nominal (corregida si es necesario, como se dice anteriormente con los motores, etc.) y de la aplicación de los siguientescoeficientes:η = rendimiento = kW de salida/kW de entrada.Cos φ = el factor de potencia = kW/kVA.La demanda en kVA de potencia aparente de la carga:Sn= Pn /( η × cos φ)

A partir de este valor, la corriente de carga completa I a(A)(1)que toma la carga será: c para una carga conectada entre fase y neutro.C para la carga trifásica equilibrada, en la que:V = tensión fase-neutro (voltios).U = tensión fase-fase (voltios).

Se tiene que tener en cuenta que, hablando de un modo estricto, los kVA totales de potencia aparente no son la suma aritmética de los kVA calculados de las cargas individuales (a no ser que todas las cargas tengan el mismo factor de potencia).Sin embargo, es normal realizar una suma aritmética simple, cuyo resultado dará un valor de kVA que supera el valor real por un “margen de diseño” aceptable.

MAXIMA DEMANDA

Estimación de la demanda máxima real de Kva Todas las cargas individuales no operan necesariamente a su potencia nominal máxima ni funcionan necesariamente al mismo tiempo. Los factores ku y ks permiten la determinación de las demandas de potencia máxima y de potencia aparente realmente necesarias para dimensionar la instalación.

Factor de utilización máxima (ku).

En condiciones normales de funcionamiento, el consumo de potencia de una carga es a veces inferior que la indicada como potencia nominal, una circunstancia bastante común que justifica la aplicación de un factor de utilización (ku) en la estimación de los valores reales. Este factor se le debe aplicar a cada carga individual, con especial atención a los motores eléctricos, que raramente funcionan con carga completa.

En una instalación industrial, este factor se puede estimar en una media de 0,75 para los motores. Para cargas de luz incandescente, el factor siempre es igual a 1.Para circuitos con tomas de corriente, los factores dependen totalmente del tipo de aplicaciones a las que ofrecen suministro las tomas implicadas.

Factor de simultaneidad (ks)

Es una práctica común que el funcionamiento simultáneo de todas las cargas instaladas de una instalación determinada nunca se produzca en la práctica. Es decir, siempre hay cierto grado de variabilidad y este hecho se tiene en cuenta a nivel de estimación mediante el uso del factor de simultaneidad (ks). El factor ks se aplica a cada grupo de cargas (por ejemplo, obtener el suministro de un cuadro de distribución o sub distribución). El diseñador es el responsable de la determinación de estos factores, ya que precisa un conocimiento detallado de la instalación y de las condiciones en las que se van a explotar los circuitos individuales. Por este motivo, no es posible proporcionar valores precisos para la aplicación general.

Factor de simultaneidad para un bloque de apartamentos

En la Figura se muestran algunos valores típicos para éste y se pueden aplicar a todos los consumidores domésticos con suministro de 230/400 V (trifásico de cuatro hilos). En el caso de los consumidores que utilizan acumuladores de calor eléctricos para la calefacción, se recomienda un factor de 0,8 con independencia del número de consumidores

CIRCUITO ELECTRICO

Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada.

CLASES DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Circuitos Serie.

Todos sus componentes están conectados sucesivamente. La intensidad que circula por cualquier componente es esencialmente la misma. Son usados comúnmente en el alumbrado serie de calles, en estos alumbrados se presenta que al variar la carga, la intensidad se mantiene constante variando la fuerza electro motriz (fem) generada.

Circuitos paralelo, shunt o múltiples.

Sus componentes están dispuestos de tal modo que la intensidad se divide entre ellos. La intensidad que pasa por el generador varía con la carga manteniéndose prácticamente constante la fem generada. Se emplean en la distribución de energía eléctrica para todo tipo de aplicacione

PROPIEDADES O CARACTERÍSTICAS EN UN CIRTUITO DE RESISTENCIAS EN SERIE

En un cirtuito de resistencias en serie podemos considerar las siguientes propiedades o características:

La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes.

La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. (Esta es una de las leyes de Kirchoff)

Donde VS es la tensión aplicada y Vi son las distintas caídas de tensión.

Cada una de las caídas de tensión, la calculamos con la Ley de Ohm.

Donde Vi es la caída de tensión, I es la intensidad y Ri es la resistencia considerada.

La resistencia equivalente del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.

Donde RS es la resistencia equivalente del circuito serie y Ri sos las distintas resistencias.

La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito.

La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de Ohm.

Donde I es la intensidad, VS es la tensión aplicada y RS es la resistencia equivalente del circuito serie.

Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de tensión

PROPIEDADES O CARACTERÍSTICAS EN UN CIRTUITO DE RESISTENCIAS EN PARALELO

La tensión es la misma en todos los puntos del circuito.

A cada uno de los caminos que puede seguir la corriente eléctrica se le denomina "rama".

La suma de las intensidades de rama es la intensidad total del circuito, coincide con la que sale de la pila. (Esta es una de las leyes de Kirchoff)

Donde IT es la intensidad total e Ii son las intensidades de rama.

La inversa de la resistencia equivalente del circuito paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias.

Donde Rp es la resistencia equivalente del circuito paralelo, y Ri son las distintas resistencias de rama.

Despejando en la expresión anterior obtenemos:

Si particularizamos para el caso de tener sólo dos resistencias:

La resistencia equivalente es menor que la menor de las resistencias del circuito.

Las intensidades de rama las calculamos con la Ley de Ohm.

Donde Ii es la intensidad de rama, VS es la tensión de la pila y Ri es la resistencia de rama.

Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de intensidad

SISTEMAS DE SEGURIDAD EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN EDIFICACIONES

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS Y DIFERENCIALES

Los aspectos importantes que deben tomarse en cuenta a la hora de efectuar una instalación eléctrica de tipo residencial, es precisar la carga que se va a alimentar, por lo que debe proyectarse todos los aparatos electrodomésticos y electrónicos que se van a utilizar en la residencia.

La puesta a tierra de la instalación eléctrica es una característica que se debe atender, ya que este conductor ofrecerá una mayor seguridad en cuanto a la prevención de algún accidente eléctrico.

“Al momento de efectuar una instalación eléctrica residencial, se debe velar por la protección de la vida humana”, de allí radica la importancia de efectuar una apropiada instalación eléctrica residencial, porque muchos electricistas técnicos e ingenieros tienen la responsabilidad de evitar riesgos y situaciones no deseadas que no solo pueden afectar el inmueble en donde se realice la instalación.

Para hablar de seguridad en las instalaciones eléctricas debemos de conocer los elementos equipos y fallas que podemos encontrar en una instalación tales como:

EL TABLERO ELÉCTRICO

En un tablero eléctrico se concentran los dispositivos de protección y de maniobra de los circuitos eléctricos de la instalación. En el caso de instalaciones residenciales este tablero generalmente consiste en una caja en cuyo interior se montan los interruptores automáticos respectivos.

Para lograr una instalación eléctrica segura, se debe contar con dispositivos de protección que actúen en el momento en el que se produce una falla (cortocircuito, sobrecarga o falla de aislación) en algún punto del circuito. De esta forma se evita tanto el riesgo para las personas de sufrir “accidentes eléctricos”, como el sobrecalentamiento de los conductores y equipos eléctricos, previniendo así daño en el material y posibles causas de incendio.

Seguridad del servicio

A la hora de diseñar la instalación eléctrica, es recomendable distribuir las cargas en varios “circuitos”, ya que ante eventuales fallas (operación de protecciones) se interrumpe solamente el circuito respectivo sin perjudicar la continuidad de servicio en el resto de la instalación. Por ejemplo, en una casa se recomienda instalar al menos 4 circuitos, uno exclusivo para iluminación, otra para tomacorrientes, un tercero para toma especial en la cocina y un cuarto en la lavandería.

Tipos de Fallas eléctricas.

Las fallas, según su naturaleza y gravedad se clasifican en:

Sobrecarga: Como su nombre lo indica, proviene del excesos de carga que sobrepasan la intensidad nominal de un circuito. Estas se pueden deber al hecho de conectar indiscriminadamente cargas adicionales sobre un circuito. Las sobrecargas se caracterizan por un incremento no mucho mayor que la corriente nominal, por lo que la instalación puede resistirla durante un tiempo corto. Sin embargo, al persistir la sobrecarga produce calentamiento excesivo en los conductores, lo que puede significar la destrucción de su aislamiento, incluso llegando a provocar incendios.

Cortocircuito: Se origina por la unión fortuita de dos líneas eléctricas sin aislamiento, entre las que existe una diferencia de potencial eléctrico (fase-neutro, fase-fase). Durante un cortocircuito el valor de la intensidad de corriente se eleva de tal manera, que los conductores eléctricos pueden llegar a fundirse en los puntos de falla, generando excesivo calor, chispas e incluso flamas, con el respectivo riesgo de incendio.

Falla de aislación: estas se originan por el envejecimiento de las aislaciones, los cortes de algún conductor, uniones mal aisladas, etc. Estas fallas no siempre originan cortocircuitos, sino en muchas ocasiones se traduce en que superficies metálicas de aparatos eléctricos queden energizadas (con tensiones peligrosas), con el consiguiente peligro de shock eléctrico para los usuarios de aquellos artefactos.

Elementos de Protección

Existen varios tipos de protecciones diferentes, por lo que a continuación se explican los dispositivos más importantes utilizados para lograr continuidad en el servicio eléctrico y seguridad para las personas:

Fusibles (protecciones térmicas)

Estos dispositivos interrumpen un circuito eléctrico debido a que una sobre corriente quema un filamento conductor ubicado en el interior, por lo que deben ser reemplazados después de cada actuación para poder restablecer el circuito. Los fusibles se emplean como protección contra cortocircuitos y sobrecargas.

Interruptor Termo magnético o Disyuntor

Estos interruptores cuentan con un sistema magnético de respuesta rápida ante sobre corrientes abruptas (cortocircuitos), y una protección térmica basada en un bimetal que desconecta ante sobre corrientes de ocurrencia mas lenta (sobrecargas). Estos disyuntores se emplean para proteger cada circuito de la instalación, siendo su principal función resguardar a los conductores eléctricos ante sobre corrientes que pueden producir peligrosas elevaciones de temperatura.

Interruptor o Protector Diferencial

El interruptor diferencial es un elemento destinado a la protección de las personas contra los contactos indirectos. Se instala en el tablero eléctrico después del interruptor automático del circuito que se desea proteger, generalmente circuitos de tomas, o bien, se le puede instalar después del interruptor automático general de la instalación si es que se desea instalar solo un protector diferencial, si es así se debe cautelar que la capacidad nominal (Amperes) del disyuntor general sea inferior o igual a la del protector diferencial.

El interruptor diferencial censa la corriente que circula por la fase y el neutro, que en condiciones normales debiese ser igual. Si ocurre una falla de aislación en algún artefacto eléctrico, es decir, el conductor de fase queda en contacto con alguna parte metálica (conductora), y se origina una descarga a tierra, entonces la corriente que circulara por el neutro será menor a la que circula por la fase. Ante este desequilibrio el interruptor diferencial opera desconectando el circuito

PUESTA A TIERRA

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPAT).

Los medios digitales de la actualidad son una realidad del mundo globalizado y hay información en línea o banda ancha que necesitan mayor cuidado porque presentan algunas debilidades entre las cuales podemos contar con la sensibilidad a los cambios bruscos en las condiciones de operación, esto es a las perturbaciones en la alimentacióneléctrica o a los fenómenos eléctricos transitorios que se presentan o inducen en los sistemas interconectados. Para evitar y atenuar la peligrosidad de estas perturbaciones en la vida y funcionamiento de los equipos, se ha previsto la estabilidad, continuidad defuncionamiento y la protección de los mismos con dispositivos que eviten el ingreso de estos transitorios a los sistemas en fracciones de segundo (nanosegundos) y sean dispersados 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 también de la vida humana evitando desgracias o pérdidas que lamentar.

La protección eléctrica y electrónica tiene pues dos componentes fundamentales, que son indesligables uno de otro: los equipos protectores (pararrayos, filtros, supresores, TVSS, Vía de Chispas, etc.) y el sistema dispersor o Sistema de Puesta a Tierra (SPAT), entendiéndose este como el pozo infinito donde ingresan corrientes de falla o transitorios y no tienen retorno porque van a una masa neutra y son realmente dispersados.

FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA

Los objetivos principales de las puestas a tierra son:1. Obtener una resistencia eléctrica de bajo valor para derivar a tierra FenómenosEléctricos Transitorios (FETs.), corrientes de falla estáticas y parásitas; así como ruido eléctrico y de radio frecuencia.

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

3. Hacer que el equipamiento de protección sea más sensible y permita una rápida derivación de las corrientes defectuosas a tierra.

4. Proporcionar un camino de derivación a tierra de descargas atmosféricas, transitorios y de sobretensiones internas del sistema.5. Ofrecer en todo momento y por el tiempo de vida útil del SPAT (±20 años) baja resistencia eléctrica que permita el paso de las corrientes de falla.

6. Servir de continuidad de pantalla en los sistemas de distribución de líneas telefónicas, antenas y cables coaxiales.

PROPIEDADES ELECTROMAGNÉTICAS DE LAS TIERRAS

Para entender cabalmente los fenómenos que acontecen en una puesta a tierra es necesario tener en cuenta algunos conocimientos sobre las propiedades eléctricas y magnéticas de los suelos y el comportamiento de los mismos cuando se producen corrientes transitorias o de falla. Asimismo para poder diseñar los sistemas de puesta a tierra será muy útil conocer en detalle estos parámetros. La tierra (suelo, subsuelo) tiene propiedades que se expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudes físicas que son: La resistividad eléctrica ρ(o su inversa la Conductividad σ ). La constante dieléctrica ε y La permeabilidad magnética μ

El comportamiento físico de los suelos depende de las propiedades y modo de agregación de sus minerales y de la forma, volumen y relleno (generalmente agua y aire) de los poros. Además de estas relaciones conviene estudiar el efecto que sobre dichas propiedades ejercen la presión y la temperatura

RESISTIVIDAD DE SUELOS

Se sabe por física elemental que la resistencia R de un conductor alargado y homogéneo de forma cilíndrica vale: R = ρ l/s donde: R = resistencia en Ω , ρ= resistividad en (Ω-metro) l = longitud del conductor en metros m s = sección en metros cuadrados

La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso en un material determinado, pero igualmente se considera la facilidad de paso, resultando así el concepto de, Conductividad, que expresado numéricamente es inverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro de modo que: σ = 1/ρ

La resistividad es una de las magnitudes físicas de mayor amplitud de variación, como lo prueba el hecho de que la resistividad del poliestireno supera a la del cobre en 23 órdenes de magnitud.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN ESTUDIOS DE RESISTIVIDAD

Las corrientes eléctricas que nos interesan no recorren conductores lineales (hilos y cables) como en las instalaciones y aparatos eléctricos usuales, sino que se mueven en un medio tridimensional por lo que debemos estudiar las leyes físicas a las que obedecen estas corrientes

Para hacer el problema fácilmente abordable desde el punto de vista matemático, habremos de estilizar las condiciones reales, suponiendo que el subsuelo se compone de varias zonas, dentro de cada una de las cuales la resistividad suponemos constante separadas entre sí por superficies límite perfectamente planas. A pesar de esta simplificación, el problema es matemáticamente muy difícil y solo ha sido resuelto en casos muy sencillos.

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

INFLUENCIA DE LA HUMEDAD

La resistividad del suelo sufre alteraciones con la humedad. Esta variación ocurre en virtud de la activación de cargas eléctricas predominantemente iónicas por acción de la humedad, un porcentaje mayor de humedad hace que las sales presentes en el suelo o adicionadas a propósito se disuelvan formando un medio electrolítico favorable al paso de la corriente iónica. Así mismo un suelo específico con concentración diferente de humedad presenta una gran variación de su resistividad, siendo por lo tanto muy susceptible de los cambios estacionales.

COMPACTACIÓN

La compactación de un suelo a condiciones naturales, es la atracción que ejerce la gravedad con toda materia existente, habiéndose logrado una agregación de materiales a través del tiempo en forma intima entre ellos, quedando por lo tanto pocos espacios sin ocupar. Cuando se hacen trabajos de excavación todo este entramado natural se rompe y al volver a llenarse las excavaciones en forma manual nos queda material aparentemente sobrante; lo ideal seria que con el cuidado necesario se logre regresar todo el material a su estado anterior para lograr así una compactación deseable que permita el firme contacto de los electrodos con el suelo y sales agregadas que permita una circulación de corrientes de falla en forma fluida

MÉTODOS PARA LA REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

Existen distintos métodos para lograr la reducción de la resistencia eléctrica, aunque todos ellos presentan un punto de saturación que es conveniente conocer para evitar diseños antieconómicos. Los métodos para la reducción son los siguientes:

a)- El aumento del número 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 diámetro de los electrodos e)- El cambio del terreno existente por otro de menor resistividad. f)- El tratamiento químico electrolítico del terreno.

El aumento del número de electrodos en paralelo.- La acción de aumentar el número de electrodos conectados en paralelo disminuye el valor de la "Resistencia Equivalente", pero esta reducción no es lineal puesto que la curva de reducción tiene tendencia asintótica a partir del 6to. ó 7mo. electrodo y además existe el fenómeno de la resistencia reciproca. Suponiendo un medio ideal en el que la resistividad del terreno homogéneo es de 600 Ω-m y se clava un electrodo estándar de 2.4 mdonde :(ln2l/d)/2πl se considera = K y operamos la fracción vale 0.49454 por lo tanto R = 600 x 0.49454 ≈300 Ω

Según la ecuación de sumatoria de resistencias en paralelo, al aumentar un electrodo (el segundo) obtendríamos aproximadamente 150 Ω al aumentar un tercero 100 y para llegar a 5 Ω tendríamos que clavar 60