En instalaciones de grandes edificios,
generalmente poco extensas superficialmente, la alimentación de potencia se
realiza en media tensión, por lo que coexisten instalaciones de media y baja
tensión.
Las instalaciones de puesta a tierra de cada
tensión y su posible interconexión constituyen uno de los puntos fundamentales
en la seguridad del personal que operan las mismas. Reglas generales para la
interconexión se establecen en todos los reglamentos (IEEE 80 2000, NESC C2
2007, RBT 2002 - ITC 18…), que prescriben como regla general, la prohibición de
la interconexión, aunque también se admita la misma a cambio de que se cumplan
determinadas condiciones. En este último caso, las condiciones establecidas en
los reglamentos, o bien no son suficientes o bien implican la realización de
estudios muy detallados.
Es debido a esta regla general reglamentaria por
lo que este artículo lleva por título: “Separación de las puestas a tierra de
los Centros de Transformación situados en el interior de edificios destinados a
otros usos”
En él se describen las dificultades que suelen
presentarse en la práctica ante la disyuntiva de interconectar o separar las tierras del CT con las de las
masas de utilización en grandes edificios.
Los siguientes párrafos hacen referencia al RBT ITC 18 apartado. 11:
En el caso de centros de transformación situados en edificios destinados
a otros usos, o en sus proximidades, debe existir una separación entre la tomas
de tierra de las masas de las instalaciones de utilización en baja tensión, y la de las masas del centro
de transformación, por lo que habrá que tener en cuenta lo siguiente:
- Se verificará que las masas puestas a tierra en una instalación
de utilización, así como los conductores de protección asociados a estas masas,
o a los relés de protección de masa, no están unidas a la toma de tierra de las
masas de un centro de transformación para evitar que, durante la evacuación de
un defecto a tierra en el centro de transformación, las masas de la instalación
de utilización puedan quedar sometidas a tensiones de contacto peligrosas.
- Si no se hace el control de independencia del apartado anterior,
entre la puesta a tierra de las masas de las instalaciones de utilización
respecto a la puesta a tierra de protección o masas del centro de transformación,
se considera que las tomas a tierra son eléctricamente independientes cuando se
cumplen todas y cada una de las condiciones siguientes:
a. No existe canalización metálica conductora (cubierta metálica de
cable no aislada especialmente, canalización de agua, gas, etc.) que una la
zona de tierras del centro de transformación con la zona donde se encuentran
los aparatos de utilización.
b. Sólo se podrán unir la puesta a tierra de la instalación de
utilización (edificio) y la puesta a tierra de protección (masas) del centro de
transformación, si el valor de la resistencia de puesta a tierra única es lo
suficientemente baja para que se cumpla que en el caso de evacuar el máximo
valor previsto de la corriente de defecto a tierra (Id) en el centro de transformación,
el valor de la tensión de defecto (Vd = Id ・ R t) sea menor que la tensión de contacto máximo
aplicada, definida en el apartado 1.1 del RAT 13. (según lo indicado y los
datos que veremos en el ejemplo del anexo 2, para poder unir las tierras
necesitaríamos una R =78,5/424 = 0,18 Ω, algo difícil de conseguir y aún más de mantener
durante el tiempo de utilización de la instalación, en consecuencia, no consideraremos
este caso).
Por lo tanto, y de acuerdo con lo establecido en la RBT ITC
- 18, por lo general, deberá preverse separación y aislamiento adecuados entre
las dos tomas de tierra, para lo cual es necesario que la distancia entre las
tomas de tierra del centro de transformación y las tomas de tierra de neutro u
otros elementos conductores enterrados en los locales de utilización (*), sea
al menos igual a 15 metros para terrenos cuya resistividad sea < 100 Ω/m.
Cuando el terreno sea muy mal conductor, la distancia se calculará, aplicando
la fórmula:
Siendo:
D = Distancia mínima entre
electrodos.
ρ = Resistividad del terreno.
Id = Intensidad de defecto. (Ver
Anexo 1)
U = 1200 V para sistemas de distribución TT,
siempre que el tiempo de eliminación del defecto en la instalación de alta
tensión sea menor o igual a 5 segundos y 250 V, en caso contrario. Para redes
TN, U será inferior a dos veces la tensión de contacto máxima admisible de la
instalación definida en el punto 1.1 del RAT 13.
(*) NOTA:
La distancia entre masas del CT y del edificio se
determina con la misma ecuación que utilizamos en el caso de la puesta a tierra
del neutro del transformador.
Lo que se pretende con esta prescripción es que una tensión parásita,
transmitida a través de una corriente de fuga de MT o AT, pueda perforar el
aislamiento de una instalación de BT, evaluada en 2 U + 1.000 V, durante un
minuto, siendo U la tensión máxima de servicio y con un mínimo de 1.500 V, y crear
una corriente de fuga peligrosa para las personas y los materiales.
c. El Centro de Transformación estará situado en un recinto aislado
de los locales de utilización o bien, si es contiguo a los locales de
utilización o en el interior de los mismos, deberá estar instalado de tal
manera que sus elementos metálicos no estén unidos eléctricamente a los
elementos metálicos constructivos del local de utilización (edificio).
- En la tabla 1 se recogen las distancias mínimas entre electrodos
para intensidades de defecto, comprendidas entre 20 y 1.000 A, y resistividades
del terreno entre 20 y 3.000 Ω/m.
Con esta separación y las condiciones de las tierras de los centros
de transformación, no se alcanzará una tensión en las puestas a tierra de BT
superior a 1.000 V cuando la corriente de defecto sea de 1.000 A.
Tabla1: Distancias de
separación de dos tomas de tierra, en función de las corrientes de fuga
posibles y de la resistividad del terreno.
En el momento de producirse un
defecto, los puntos del terreno próximos al electrodo por donde se disipa la
intensidad de defecto, adquirirán unos potenciales que vendrán dados por la
siguiente ecuación, correspondiente al electrodo semiesférico
Siendo D la distancia entre electrodos, o entre electrodos
y masas metálicas.
El potencial adquirido por las
masas metálicas o elementos de tierra del circuito de utilización en baja
tensión aparecerá en las carcasas metálicas de los aparatos conectados a tierra
a través de los conductores de protección.
El máximo potencial que puede
aparecer en las masas metálicas al alcance de los usuarios, será
ya que en tal caso la persona
estará expuesta a una tensión de contacto aplicada igual a K/tn, que es la reglamentaria. Hemos partido al establecer tal
ecuación que el potencial adquirido, como consecuencia del paso de la
intensidad de defecto, por el punto donde se sitúa la persona que establece el contacto, es cero, ya que así ocurrirá en
una vivienda o local situados en planta distinta a aquella en la que se
encuentra el centro de transformación.
Por consiguiente, la mínima
distancia D entre electrodos de alta y baja tensión vendrá dada por la
ecuación:
adoptando para VA el valor
resultante de la ecuación (1), pudiendo alcanzar D valores notablemente
elevados cuando ρ
e Id alcanzan
magnitudes grandes.
Si las distancias resultantes
fuesen tan elevadas que resultasen soluciones difíciles de realizar en la
práctica, puede tantearse como posible solución la de utilizar un electrodo de
mayor resistencia, con lo que variarán las tensiones de contacto y de paso,
pero disminuirá la intensidad de defecto, y consecuentemente la distancia
calculada entre electrodos (Ver ejemplo en Anexo 2).
Las tensiones de contacto
cumplirán normalmente las condiciones reglamentarias si utilizamos en el suelo
del Centro de Transformación un pavimento aislante de acuerdo con el apartado
2.2 de la ITC 13 del RAT “Condiciones difíciles de puesta a tierra”. En cuanto
a las tensiones de paso, probablemente también cumplirán las condiciones
reglamentarias, teniendo en cuenta que en las zonas urbanas y en el exterior de
los CT’s los suelos por donde pueden circular las personas se encuentran
generalmente pavimentados, con un valor por consiguiente elevado de resistividad
superficial (Ver ejemplo en Anexo 2).
En general, será más
fácil cumplir las condiciones reglamentarias cuando se cumplan las siguientes
condiciones:
-
Cuanto mayor sea el valor
de la resistencia Rt
-
Cuanto menor sea el tiempo (t) de desconexión de las
protecciones.
-
Cuanto mayor sea la resistividad del terreno (ρs).
-
Cuanto menor sea la el valor de la intensidad de defecto (Id).
ANEXO 1:
Comentarios
sobre el cálculo de las intensidades de defecto a tierra
Es evidente que para el
cálculo de una intensidad de defecto se requieren datos que ha de proporcionar
la Empresa distribuidora, y otros que ha de aportar el proyectista de la
instalación a ejecutar.
Las variables que intervienen en el cálculo, aparte de la
tensión de servicio entre fases, son:
-
El valor de la resistencia o reactancia de la puesta a tierra de
los neutros de los transformadores de la ETD de Cía.
- Los valores de las impedancias de los transformadores y de las
líneas de unión, en el caso de distribuciones con neutros conectados
rígidamente a tierra.
- Los valores de las longitudes de líneas aéreas y subterráneas
que alimenta la Subestación, en el caso de distribución con neutro aislado.
-
El valor de la resistencia a prever en la propia instalación que
se proyecta (CT).
Los datos correspondientes a
los tres primeros apartados son conocidos por las Empresas distribuidoras,
mientras que el último es conocido por el proyectista.
Las Compañías suministradoras
no pueden conocer el valor de la intensidad de defecto a tierra que puede
aparecer en una proyectada instalación de un cliente, puesto que dicha intensidad
depende de la resistencia de la puesta a tierra de la citada instalación.
Así pues, el dato que
normalmente facilitan las Empresas distribuidoras, de acuerdo con las
exigencias reglamentarias, es la intensidad máxima de defecto, que se
produciría en el caso de que la resistencia Rt de la instalación fuese nula.
Los proyectistas, para
calcular las intensidades de defecto resultantes, necesitan conocer las
características de la distribución y la ecuación que en definitiva han de
aplicar, salvo que se les faciliten tablas que contengan las intensidades de
defecto que se producen para distintos valores de la resistencia Rt, pudiendo
servir de ejemplo las que se acompañan en la tabla 2, que corresponden a la
Empresa Iberdrola, S.A para tensión de servicio entre fases de 20 kV.
Tabla 2: Intensidades
de defecto para distintos valores de la resistencia Rt
El caso que vamos a
estudiar en el Anexo 2 se trata de un CT alimentado a través de cables
subterráneos desde una Subestación con dos transformadores conectados en
paralelo cuyas resistencias de neutro tienen un valor 12 Ω, a efectos de las
intensidades de defecto que retornan a través de los neutros, las resistencias
de puesta a tierra quedan conectadas en paralelo, lo que habrá que considerar
para un cálculo correcto de las intensidades de defecto.
Para una tensión de
servicio de 20 kV, la intensidad de defecto al principio de la línea que
alimenta un CT, será:
ANEXO
2:
Supongamos un Centro de
Transformación situado en un núcleo
urbano, y ubicado en un edificio destinado a otros usos, los datos son los
siguientes:
-
resistividad del terreno 300 Ω/m,
-
neutro puesto a
tierra en Subestación de Cía. a través de resistencia Rn = 6 Ω, (denominador de
la ecuación 2)
-
tiempo máximo de desconexión 1 segundo (al que le corresponde una
tensión máxima de contacto aplicable al cuerpo humano de 78,5 V según RAT ITC
13 apartado 1.1).
-
tensión de red 20 kV.
Utilizaremos el código de
configuración de piquetas 8/62 propuesto en el “Método de cálculo y proyecto de
instalaciones de puesta a tierra para centros de transformación conectados a
redes de tercera categoría” de UNESA, constituido por una hilera de 6 piquetas
de 14 mm de diámetro y 2 metros de longitud, unidas por un cable de cobre
desnudo de 50 mm2 con cabezas enterradas 0,80 m de la superficie del
suelo, la tabla 3 nos dan los siguientes valores para Kr = 0,0707 y para Kp =
0,00833.
Tabla 3: Parámetros
característicos de electrodos de puesta a tierra: picas en hilera
Con estos datos tendremos:
Resistencia de tierra en el
CT.:
Para el cálculo de la intensidad de defecto utilizaremos
la siguiente expresión:
Siendo:
U = Tensión entre fases, en voltios.
Rn = Resistencia de la puesta a tierra del neutro en la
Subestación = 6 Ω.
Rt = Resistencia de puesta a
tierra de la instalación que se proyecta.
Intensidad máx. de defecto en
el CT:
Distancia D entre electrodos de tierra de las masas del CT
y el neutro:
Potencial máximo que pueden
alcanzar las masas del circuito de utilización en baja tensión en el supuesto
de que la persona que establece el contacto esté pisando un pavimento de
hormigón o similar (ρ = 3000 Ω.m).
(Considerando 1
seg. el tiempo de respuesta de las protecciones). Ver tabla 4 adjunta. (equivalente a la Tabla 2 del “Método
de cálculo y proyecto de instalaciones de puesta a tierra para centros de
transformación conectados a redes de tercera categoría” de UNESA).
Distancia mínima entre
electrodos del CT y de las masas de los circuitos de utilización del edificio:
Tensión de paso resultante:
Resistividad superficial
mínima para que se cumplan las condiciones reglamentarias (en terreno sin
recubrir)
Haciendo los mismos cálculos
pero aumentando la resistencia de puesta a tierra en el CT. con objeto de
disminuir la distancia entre electrodos entre el CT y las masas de utilización,
utilizaremos el código de configuración de piquetas 8/42 propuesto en el
“Método de cálculo y proyecto de instalaciones de puesta a tierra para centros
de transformación conectados a redes de tercera categoría” de UNESA, constituido
por una hilera de 4 piquetas de 14 mm de diámetro y 2 metros de longitud,
unidas por un cable de cobre desnudo de 50 mm2 con cabezas
enterradas 0,80 m de la superficie del suelo, las tablas nos dan los siguientes
valores para Kr = 0,100 y para Kp = 0,0127, (Ver tabla 3) con estos datos
tendremos:
Intensidad de defecto:
Distancia mínima entre
electrodos del centro y de las masas de los circuitos de utilización del edificio:
Se ha disminuido en 11,8 m la
distancia entre electrodos.
Tensión de paso resultante:
Valor sensiblemente igual al
del caso anterior, ya que aunque hay un aumento de los coeficientes Kr y Kp, en
el caso que estudiamos queda compensado por la disminución de la intensidad de
defecto.
Comprobación para aceptación del valor obtenido:
La tensión de paso exterior máxima admisible, sería:
Por lo tanto es aceptable el
valor de la tensión de paso obtenido de 1.219 V.
(3) Tensión de paso máxima
admisible correspondiente a la de la Tabla 5 adjunta, (equivalente a la Tabla 1
del “Método de cálculo y proyecto de instalaciones de puesta a tierra para
centros de transformación conectados a redes de tercera categoría” de UNESA).
Tabla 4: Tensiones
máximas de contacto admisibles que pueden aparecer en una instalación
Tabla 5: Tensiones
máximas de paso admisibles que pueden aparecer en una instalación
En el caso de que el centro de
transformación estuviese interconectado con otros a través de las pantallas de
los cables subterráneos, las condiciones serían más favorables que las
calculadas.
En los centros de
transformación a los cuales nos estamos refiriendo, hay que poner especial
atención al hecho de que en el interior del CT no aparezcan masas metálicas
conectadas a tomas de tierra distintas, que puedan ser tocadas simultáneamente
por una persona ( por ejemplo, un pilar conectado a la estructura del edificio
y las masas metálicas propias del CT). En tal caso habría que establecer los
aislamientos necesarios en los elementos conectados a la toma de tierra de la
estructura del edificio.
Además, las puertas y rejillas
metálicas que dan al exterior del CT no tendrán contacto eléctrico con masas
conductoras susceptibles de quedar sometidas a tensión debido a defectos o
averías (RAT, ITC 13 apartado 7.4).
Este artículo se puede descargar COMPLETO en el siguiente link.
Puede descargarse igualmente en el siguiente link
el “Método de cálculo y proyecto de
instalaciones de puesta a tierra para centros de transformación conectados a
redes de tercera categoría” de UNESA, que ha servido de apoyo para la
exposición del presente artículo:
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