1.- Definiciones:
1.1.- Subida de potencial (UE): Tensión entre un sistema de puesta a tierra y la tierra de referencia (figura 1).
1.2.- Potencial de superficie de tierra (φ): Tensión entre un punto de la superficie de la tierra y la tierra de referencia (figura 1).
1.3.- Tensión de contacto (UT): parte de la subida del potencial de tierra debido a un defecto a tierra que puede ser captado por una persona, asumiendo que la corriente que fluye a través del cuerpo humano desde la mano al pie (distancia horizontal desde la parte expuesta 1 m).
1.4.- Fuente de tensión de contacto UST (“tensión de contacto prevista”): tensión que aparece durante un defecto a tierra entre las partes conductoras y la tierra cuando estas partes no están siendo tocadas (fuente de tensión).
1.5.- Tensión de paso US: parte de la subida del potencial de tierra debido a un defecto a tierra que puede ser captado por la persona con una anchura de paso de 1 m. asumiendo que la corriente que fluye a través del cuerpo humano de pie a pie.
1.6.- Fijación de potencial: Control del potencial de tierra, especialmente del potencial de superficie de tierra mediante electrodos de tierra (figura 1).
1.7.- Potencial transferido: Subida del potencial de un sistema de puesta a tierra causado por una corriente a tierra transferida mediante un conductor conectado (por ejemplo, una envolvente de cable metálica, un conductor PEN, una tubería, un raíl) en áreas de baja o nula subida de potencial relativo a la tierra de referencia (figura 1). La definición también es de aplicación a un conductor que está conectado a la tierra de referencia y conduce al área de la subida de potencial.
Figura 1: Ejemplo mostrando la variación de potencial de superficie y las tensiones en caso de electrodos de tierra portadores de corriente
Ejemplo 1:
En una instalación de puesta a tierra de un CT con Rt = 10 Ohmios, se produce una falta de Id = 1.000 A. El potencial inducido en la puesta a tierra en el punto X situado a 50 m, siendo r = 300 Ohmios·m., será:
Ejemplo 1
1.- Potencial que adquiere el electrodo de puesta a tierra en el punto A: UA = I · RPAT = 1.000 · 10 = 10.000 V
2.- Potencial inducido que adquiere el electrodo de puesta a tierra en el punto X:
Potencial peligroso
2.- Potenciales transferidos
Durante un defecto a tierra dentro de una subestación, los cables y los tubos metálicos aislados de entrada o salida de ésta, pueden verse sometidos a diferencias de tensión.
Ejemplo 2 (CT con tierras unidas):
Línea de BT, generalmente con cable aislado, alimentando el cuadro general de BT situado en un recinto alejado del CT y CT con tierras unidas.
Cuando el cuadro de BT está puesto a una tierra separada y alejada de la toma de Tierra de Servicio, en un punto tal como C, puede considerarse independiente, esto es, en caso de defecto en AT Uc < 50 V. Cuando se origine un defecto en el lado de AT, que lleva el potencial del electrodo de protección al valor U0, la diferencia de potencial entre los conductores (fases, neutro, etc.), y el chasis del cuadro de BT será U0 – Uc ≈ U0 prácticamente, o sea muy peligrosa.
Ejemplo 2
Ejemplo 3 (CT con tierras separadas):
Situación similar a la del ejemplo 2
Línea de BT, generalmente con cable aislado, alimentando el cuadro general de BT situado en un recinto alejado del CT y CT con tierras separadas,
La diferencia de potencial que, en caso de un defecto en el lado de AT, aparecerá entre los conductores y el chasis del cuadro de BT, será el potencial que adquiere la toma de tierra de neutro.
Ejemplo 3
Según la manera en que las pantalla y/o la armadura del cable este puesto a tierra (en uno o en los dos extremos) pueden aparecer, en la pantalla y/o en la armadura, importantes corrientes o variaciones de tensión. El aislamiento de los cables o los tubos ha de estar dimensionado de acuerdo con estas circunstancias.
En el caso de puesta a tierra en un solo extremo, esto puede hacerse dentro o fuera de la subestación. Debe prestarse atención a las posibles tensiones de contacto en el otro extremo aislado.
NOTA:
Ver post sobre: Condiciones de puesta a tierra de las pantallas de cables de Media Tensión, en la siguiente dirección: http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/08/condiciones-de-puesta-tierra-de-las.html
En caso necesario, pueden adoptarse las precauciones que se muestran en los siguientes ejemplos:
- Interrupción de la continuidad de las partes metálicas cuando salen del área del sistema de puesta a tierra;
- Aislamiento de las superficies o partes conductoras;
- Montaje de barreras adecuadas alrededor de las superficies o partes conductoras para impedir que sean tocadas;
- Montaje de una barrera aislada entre las partes conectadas a diferentes sistemas de puesta a tierra;
- Gradiente de potencial adecuado;
- Limitación de las sobretensiones mediante el uso de dispositivos adecuados.
Cuando un sistema de puesta a tierra de alta tensión forma parte de un sistema de puesta a tierra global, donde normalmente no deberían aparecer diferencias de potencial peligrosas, los problemas pueden surgir si son accesibles simultaneamente partes conductoras de tubos y cables aislados, etc. conectados a un potencial de tierra remoto y partes conductoras y puestas a tierra de la instalación de alta tensión.
Por lo tanto, es necesario que este equipo se situe a una distancia suficiente de las áreas influenciadas por los electrodos de tierra. Si ello no es posible, deben tomarse las medidas apropiadas.
No puede especificarse una distancia general, el grado de peligro debe determinarse en cada caso particular.
3.- Puesta a tierra común para los sistemas de alta tensión y de baja tensión
El conductor PEN o neutro de baja tensión puede ser puesto a tierra en el sistema de puesta a tierra de alta tensión, formando una puesta a tierra común, si durante un defecto a tierra en la instalación de alta tensión, las siguientes condiciones son de aplicación:
- Que no aparezcan tensiones peligrosas (figura 2) en la red de baja tensión o en las instalaciones de usuario conectadas (esto se conseguirá si el potencial del electrodo de tierra del sistema de puesta a tierra común no excede los valores que figuran en la tabla 1).
- Que la tensión soportada (a frecuencia industrial) del material de baja tensión en la instalación del usuario no exceda los valores admisibles como consecuencia de una subida de potencial del punto neutro de baja tensión (los valores figuran en la tabla 1).
NOTA 1: Eata curva se refiere a defectos a tierra en sistemas de alta tensión
NOTA 2: Si la duración del flujo de corriente es mucho más larga que la que muestra el gráfico, puede usarse un valor de 75 V para UTP
Figura 2: Tensiones de contacto admisibles UTP para una duración limitada del flujo de corriente
4.- Alimentación de las instalaciones de baja tensión dentro del área de un sistema de puesta a tierra de alta tensión
Si una instalación de alta tensión suministra a consumidores de baja tensión que estan situados dentro del área del sistema de puesta a tierra de alta tensión, todos los sistemas de protección y de puesta a tierra deben conectarse a un sistema de puesta a tierra común. En tales condiciones puede considerarse que se han cumplido los requisitos enunciados en el apartado 3 para estos consumidores en baja tensión.
5.- Alimentación de las instalaciones de baja tensión fuera del área de un sistema de puesta a tierra de alta tensión
Las condiciones enunciadas en el apartado 3 pueden considerarse cumplidas si:
- El sistema de puesta a tierra de la instalación de alta tensión en cuestión está conectado a un sistema de puesta a tierra global;
O si
- En función del tratamiento del conductor de tierra de protección del sistema de baja tensión y de la duración del defecto a tierra se cumplen las condiciones de la tabla 1.
Se recomienda un sistema de puesta a tierra común en cada ocasión en que sea admisible.
6.- Sistemas de puesta a tierra separados
Los sistemas de puesta a tierra de alta tensión y de baja tensión tienen que estar separados si ninguna de las condiciones enunciadas en el apartado 3 pueden cumplirse. La separación de los electrodos de tierra debe elegirse de tal manera que en la instalación de baja tensión no pueda surgir ningún peligro para las personas o el material, es decir, que en el sistema de puesta a tierra de baja tensión la elevación de potencial causada por un defecto a tierra de alta tensión sea menor que los valores dados en la tabla 1. Para las instalaciones con tensiones asignadas por debajo de los 50 kV, un valor conservador para la distancia mínima del electrodo de tierra seria 20 m. Las distancia necesaria daccept también puede calcularse mediante fórmula, teniendo en cuenta la forma geométrica de los electrodos de tierra.
En el área alrededor de la instalación de alta tensión con d < daccept no se permite ninguna conexión a tierra del sistema de baja tensión. De ser necesario, deben aplicarse medidas especiales.
Los sistemas de puesta a tierra separados pueden conectarse en la subestación mediante un pararrayos para establecer protección contra rayos.
NOTA: La tensión de extinción del pararrayos o la tensión de operación continua (pararrayos MO) debe ser más alta que el potencial del electrodo de tierra del sistema de puesta a tierra de alta tensión.
Para la protección en caso de contacto indirecto, las partes conductoras expuestas del equipo de baja tensión situado dentro de la subestación de alta tensión deben estar conectadas al sistema de puesta a tierra de alta tensión a través de conductores de protección.
Si los sistemas de puesta a tierra de alta tensión y de baja tensión están separados, el dimensionamiento del aislamiento del equipo de baja tensión dentro de la subestación de alta tensión debe tener en cuenta la magnitud y la duración del potencial del electrodo de tierra.
Tipo de sistema de baja tensión (1)
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Duración del defecto
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Requisitos para un sistema de puesta a tierra común
debido a (2) (3)
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Tensión de contacto
|
Tensión soportada
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TT (4)
|
tF ≤ 5 s
|
No
aplicable
|
UE ≤ 1200 V
|
tF > 5 s
|
UE ≤ 250 V
|
||
TN (5)
|
UE ≤ UTP (6)
|
No
aplicable
|
|
UE ≤ X · UTP (7)
|
|||
El valor habitual
para X es 2. La experiencia demuestra que en casos particulares pueden ser
aceptables valores de hasta 5.
(1) Para
definiciones de los tipos de sistemas de baja tensión, véase IEC 60364-1. Los
sistemas IT con conductores de protección de baja tensión conectados a los
sistemas de puesta a tierra de alta tensión se consideran en el apartado 4
puesto que normalmente son utilizados para plantas industriales. No se
consideran otros sistemas IT.
(2) UE es el
potencial del electrodo de tierra del sistema de puesta a tierra común.
(3) es necesario
tener en cuenta que el potencial de la subestación podría estar influenciado
por potenciales transferidos, por ejemplo, por las envolventes de los cables
conectados a instalaciones en las proximidades.
(4) Debe
considerarse la capacidad de resistencia del material de baja tensión.
(5) Deben
considerarse las tensiones de contacto (seguridad de las personas).
(6) Las conexiones
entre el conductor PEN o el sistema de baja tensión y el sistema de puesta a
tierra de alta tensión ha sido establecida solamente en la estación
transformadora.
(7) El conductor
PEN del sistema de baja tensión está conectado a tierra en diversos puntos
para limitar la tensión aplicada sobre el neutro.
|
|||
Tabla 1: Requisitos para sistemas de puesta a tierra común para alimentación de instalaciones de baja tensión fuera de un sistema de puesta a tierra de alta tensión
REFERENCIAS:
IEC 61936-1: Instalaciones eléctricas de tensión nominal superior a 1 kV en corriente alterna, Parte 1: Reglas comunes
Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones eléctricas de alta tensión (RAT): ITC 13
Artículo en PDF en la siguiente URL:
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