conceptos basicos para instalacion medicion y mantenimiento de sistema de puesta a tierra para proteccion de redes electricas en baja, media tension. instrumentacion, diseño y certificacion para proyectos.

1. SISTEMAS DE
PUESTA A
TIERRA
INSTITUTO DE INGENIERÍA Y
ROBÓTICA
Realizado por:
1
Lima,30 de Noviembre de 2021
Ing. Andrew Diaz Ynfante

2. 1. Qué es un sistema Puesta a Tierra
2. Partes de un Sistema Puesta a
tierra
3. Resistividad del Terreno
4. Cálculo de la Resistividad
5. Mejorar la resistividad del terreno
AGENDA DEL CURSO
2

3. 3
PUESTA A TIERRA
¿Qué es un sistema de Puesta a Tierra?
Es la conexión de las superficies conductoras expuestas (gabinetes
metálicos) a algún punto no energizado, las puestas a tierra se
emplean en las instalaciones eléctricas como una medida de
seguridad. Dependiendo del sistema, el fallo puede provocar que se
desconecte el suministro por un interruptor termomagnético,
un interruptor diferencial o un dispositivo monitor del aislamiento.

4. 4
El sistema de puesta a tierra general conecta las diferentes
partes de una instalación eléctrica con la superficie
conductora de la Tierra para garantizar la seguridad y
funcionalidad.
La tierra física en una instalación eléctrica equipotencializa
todas las partes metálicas para que no existan diferencias
de potencial entre ellas. Se realiza con la finalidad de
garantizar la seguridad de las personas y equipos ante
defectos en las propias instalaciones.
PUESTA A TIERRA
¿Qué es un sistema de Puesta a Tierra?

5. 5
Cuando las edificaciones tienen varios niveles es
necesario buscar una equipotencialidad por pisos,
incluyendo en ella la unión de los bajantes del pararrayos.
Cada piso debe tener una barra equipotencial, donde
incluye no sólo los sistemas, sino además los aceros de la
construcción, escaleras metálicas, bandejas eléctricas,
chasis de equipos. paneles eléctricos, y todos aquellos
elementos estructurales. Un sistema tridimensional, se
recorre cada rincón de la edificación con el único objeto de
conseguir la unión entre todos los componentes y
estructura..
PUESTA A TIERRA
Consideraciones de la Equipotencialidad

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Las conexiones equipotenciales constituyen una
red de protección, cuyo objetivo es unificar el
potencial eléctrico en una instalación, de todas
las partes metálicas accesibles que no están
destinadas a conducir corriente eléctrica. Con
este propósito se conectan todas las partes
metálicas a tierra, mediante conductores que se
unen entre sí y luego a tierra.
PUESTA A TIERRA
Consideraciones de la Equipotencialidad

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Con voltajes bajos, en el rango de 120/220/380/440 V, la corriente causa
la mayor parte del daño. Con voltajes altos, ambos la corriente y el voltaje
causan daños.
Cuando una corriente eléctrica circula por la resistencia del cuerpo
humano, al igual se produce calor y este calor es lo que causa daños en
el cuerpo.
El voltaje es la presión en un circuito eléctrico. Esta presión origina una
corriente y también puede producir una explosión. A menudo cuando una
persona es sujeta a un alto voltaje, este voltaje causa una explosión en el
punto donde la corriente sale del cuerpo. Entre mas alto el voltaje, existen
mayores probabilidades de que circulen corrientes en la baja resistencia
del cuerpo.
PUESTA A TIERRA
¿Qué produce daños en el cuerpo humano, la corriente o el
voltaje?

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Un error común en la conexión de un equipo o en la transmisión de
tensión en un conducto es la confusión entre tierra (GND) y neutro (N).
Aunque idealmente estos dos terminan conectados en algún punto a
tierra, la función de cada uno es muy distinta.
El cable de neutro es el encargado de la transmisión de corriente y el
conductor de tierra es una seguridad primaria de los equipos contra el
shock eléctrico. Identificarlos como si cumplieran la misma función seria
anular la seguridad de tierra contra el shock eléctrico.
En el hipotético caso se tome el neutro y tierra como la misma cosa,
cuando el cable de tierra se corte o interrumpa, la carcaza de los equipos
que estén conectados a esta tierraneutro tendrá el potencial de línea y
así toda persona o ser que tenga contacto con ello estará expuesta a una
descarga eléctrica.
PUESTA A TIERRA
Diferencias entre Tierra y Neutro

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PUESTA A TIERRA
Diferencias entre Tierra y Neutro

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Los objetivos principales de las puestas a tierra son:
1. Obtener una resistencia eléctrica de bajo valor para derivar a tierra
Fenómenos Eléctricos 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.
PUESTA A TIERRA
Objetivo de un Sistema de Puesta a Tierra

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PUESTA A TIERRA

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
•Electrodos de puesta a tierra.
•Barrajes o conductores
equipotenciales.
•Conductores de enlace.
•Conectores y/o soldaduras.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
•Electrodos de puesta a
tierra
Los electrodos son elementos
metálicos que permanecen en
contacto directo con el terreno.
Estos estarán construidos con
materiales inalterables a
la humedad y a la acción química
del terreno. Por ello, se suelen
usar materiales tales como
el cobre, el Acero galvanizado y
el hierro zincado.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Tipos de electrodos
Varilla conducida: La varilla conducida estándar
o la varilla revestida de cobre consiste en una
longitud de acero con un recubrimiento de cobre de
Placas de puesta a tierra: son
típicamente placas de cobre
delgadas enterradas en contacto
directo con la tierra.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Tipos de electrodos
Electrodo Revestido de Concreto: Cuando ocurre una falla eléctrica, la corriente
eléctrica debe fluir a través del concreto hacia la tierra. El hormigón, por naturaleza,
retiene una gran cantidad de agua, que aumenta su temperatura a medida que la
electricidad fluye a través del hormigón. Muchos electrodos revestidos de concreto
han sido destruidos después de recibir fallas eléctricas relativamente pequeñas. Las
ventajas de los electrodos revestidos de concreto son que aumentan drásticamente
el área de superficie y el grado de contacto con el suelo circundante.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Tipos de electrodos
Tuberías: Las tuberías de agua se han utilizado ampliamente a lo largo del
tiempo como electrodo de conexión a tierra. Las conexiones de la tubería de
agua no son comprobables y no son confiables debido al uso de revestimientos
de alquitrán y accesorios de plástico.
Electrodo electrolítico: Fue diseñado
específicamente para eliminar los inconvenientes de
otros electrodos de conexión a tierra. Este electrodo
de conexión a tierra activo consiste en un eje de
cobre hueco lleno de sales y desecantes de tierra
natural cuya naturaleza higroscópica extrae la
humedad del aire. La humedad se mezcla con las
sales para formar una solución electrolítica que se
filtra continuamente en el material de relleno
circundante, manteniéndolo húmedo y con un alto
contenido iónico.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Tipos de electrodos

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Barrajes o conductores equipotenciales
Los barrajes o conductores equipotenciales consisten en barras de
sección rectangular o conductores cilíndricos dimensionados para
permitir el agrupamiento en un punto de múltiples conexiones Para
instalaciones eléctricas los equipos y áreas que deben poseer barrajes
se relacionan a continuación:
•El equipo de acometida.
•Los centros de control de motores.
•Las subestaciones.
•Las salas de equipos eléctricos
•Las salas de equipos de telecomunicaciones
•Los cuartos eléctricos
•Los cuartos de telecomunicaciones.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Conductores de enlace
Constituyen la manera de transmitir a cualquier lugar
o equipo de la instalación el potencial de seguridad y
referencia existente en la tierra física o suelo. Estos a
su vez se dividen en:
•El conductor del electrodo de puesta a tierra
•Los conductores de puesta a tierra de equipos

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
El conductor del electrodo de puesta a tierra: es el
conductor utilizado para enlazar el electrodo con el
conductor de puesta a tierra del sistema a través del
primer barraje equipotencial asociado a la instalación.
Los conductores de puesta a
tierra de equipos: Todos los
equipos, componentes, por razones
de seguridad requieran conexión a
tierra deben ser conectados al
barraje equipotencial asociado al
equipo o área correspondiente

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Conectores y/o soldaduras
Consisten en conectores mecánicos o
soldaduras entre:
•Los electrodos de puesta a tierra con el
conductor del electrodo de puesta a tierra.
•Los conductores de puesta a tierra y los
barrajes equipotenciales para ofrecer una
resistencia eléctrica mínima.
Además de ser resistente a las condiciones
ambientales. Todo encaminado a lograr
óptimas condiciones de seguridad y
estabilidad.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Conectores y/o soldaduras
Las conexiones que van bajo el
nivel del suelo (puesta a tierra),
deben ser realizadas con
soldadura exotérmica o conector
certificado para enterramiento
directo conforme a la norma
IEEE 837

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Soldadura Exotérmica
El proceso de conexiones exotérmicas se caracteriza por
su simplicidad y eficacia, siendo recomendado para la
soldadura de cobre, cobre a acero y acero a acero,
aluminio a acero, aluminio a aluminio. No requiere fuente
externa de energía, ya que utiliza altas temperaturas
resultantes de la reacción de los materiales utilizados.
Este proceso es una soldadura molecular cuyo material
utilizado tiene el mismo punto de fusión de cobre.

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Soldadura Exotérmica
Ventajas del Sistema de Soldadura Exotérmica
•Capacidad actual (fusión) igual a la del conductor
•No se deteriora con el tiempo
•Enlace molecular permanente que no se liberaliza o corroe
•Soportará averías eléctricas repetidas
•Bajo coste de mano de obra
•No requiere habilidad especial
•No requiere fuente externa de calor o energía
•La calidad puede ser revisada visualmente

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PUESTA A TIERRA
Partes del Sistema de Puesta Tierra
Soldadura Exotérmica
En el caso de que existan puestas a tierras de
sistemas derivados y separados los conductores
de derivación se deben conectar al conductor
común del electrodo de puesta a tierra asegurando
que el conductor común del electrodo permanezca
sin empalme o unión, según el Art 250 del CEN

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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
•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
PUESTA A TIERRA
Resistividad del terreno

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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
PUESTA A TIERRA
Resistividad del terreno

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Se refiere a los ohmios por metro de longitud del terreno. Por causa de la
gran variedad de tipos de terreno, el parámetro resistividad eléctrica del
suelo adquiere diferentes valores. La tabla siguiente señala algunos
ejemplos.
PUESTA A TIERRA
Resistividad del terreno
Clase de terreno Resistividad Eléctrica
(Ω - m)
Pantanoso o húmedo 5
De labor o arcilloso 10
Arenoso húmedo 20
Arenoso seco 100
Guijarroso 100
Rocoso 300
Terrenos con menores resistividad, favorecen un diseño SPAT con
menores resistencias de puesta a tierra

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Naturaleza del Terreno Resistividad Eléctrica (Ω - m)
Pantanoso De algunas unidades a 30
Limo 20 a 100
Humus 10 a 150
Turba húmeda 5 a 100
Arcilla plástica 50
Marga y arcillas Compactas 100 a 200
Marga del jurásico 30 a 40
Arena Arcillosa 50 a 500
Arena Silícea 200 a 300
Suelo pedregoso Cubierto de
Césped
300 a 500
Suelo pedregoso desnudo 1500 a 3000
Calizas Blandas 100 a 300
Calizas Compactas 1000 a 5000

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PUESTA A TIERRA
La medición de la resistividad tiene un triple propósito:
•Los datos que se obtienen se utilizan para realizar un registro geológico
del subsuelo, como una ayuda para identificar la ubicación de algunos
minerales, profundidad hacia las capas más rígidas, etc.
•La resistividad del terreno tiene un impacto directo en el grado de
corrosión de las tuberías subterráneas, un decremento en el valor de la
resistividad implica un aumento en la actividad corrosiva, lo que
determina el método de protección a utilizar.
•La resistividad del suelo, afecta directamente el diseño de una red de
tierra, ya que al momento de diseñar una red de tierra es recomendable
localizar el área con el valor de resistividad más bajo con el fin de lograr
un sistema de puesta a tierra económico
Medición de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Telurómetro

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Es el equipo empleado para medir la
resistencia de la puesta a tierra. Así como
también se encarga de calcular
la resistividad de terreno en el cual está
siendo instalado.
Esos son precisamente los parámetros que
se deben tener en consideración al
momento de hacer una puesta a tierra. De
esa manera, el telurómetro se convierte en
el aparato que no puede faltar en esos
casos.
PUESTA A TIERRA
Telurómetro

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PUESTA A TIERRA
Para la medición de la
resistencia de puesta a tierra,
se inyecta una corriente a
través de los puntos G y H..
A través de la sonda S, se
mide la caída de tensión a
diferentes longitudes del
terreno.
El lugar donde estas tensiones
son aceptablemente
constantes es llamado Zona
estable de medición
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad
Método de tres puntos: Caída de Potencial

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PUESTA A TIERRA
Este valor de tensión
dividido entre la
corriente, nos
proporciona el valor de
resistencia buscado.
Se utilizan frecuencias
diferentes a 60 Hz,
para evitar interfencia
de esta
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad
Método de tres puntos: Caída de Potencial

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PUESTA A TIERRA
La resistividad del terreno esta determinada por la siguiente ecuación:
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad
Método de tres puntos: Caída de Potencial

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PUESTA A TIERRA
Para la medición de la
resistividad del terreno, se
inyecta una corriente a
través de los puntos E y H.
En este caso se determina
la resistencia de un tramo
del suelo alimentando con
AC, es decir, se alimenta el
circuito formado por los
electrodos auxiliares E y H
y el suelo entre ambas.
Método de cuatro puntos: Método Wenner
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Se mide la caída de tensión
entre las sondas ES y S ubicadas
en el tramo medio entre E y H.
(donde el incremento de la
resistencia del suelo es
despreciable)
Con el valor medido de
resistencia se calcula la
resistividad eléctrica del suelo, a
una profundidad que depende de
la separación a entre los
electrodos.
Método de cuatro puntos: Método Wenner
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Este método es utilizado por lo
general si se tiene suelo homogéneo
de una sola capa y se pueden
realizar mediciones de resistividad
con diferentes separaciones entre
electrodos, obteniéndose un valor
constante de resistividad, en cambio
para un suelo heterogéneo las
mediciones serán diferentes al
cambiar la separación entre los
electrodos. Este es el método que se
utiliza con mucha mayor frecuencia
para determinar la resistencia
promedio del terreno.
Método de cuatro puntos: Método Wenner
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Teniendo el valor de Resistencia medido con este método se puede introducir en
la siguiente ecuación y se obtiene un valor bastante aproximado de la
resistividad aparente del suelo
Método de cuatro puntos: Método Wenner
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Teniendo el valor de Resistencia medido con este método se puede introducir en
la siguiente ecuación y se obtiene un valor bastante aproximado de la
resistividad aparente del suelo
Método de cuatro puntos: Método Wenner
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

43. Método de cuatro puntos: Método Wenner
PUESTA A TIERRA
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA
Casos no recomendables para la mediciones
• Después de una lluvia.
•Durante alta humedad ambiental.
•Cuando hay conductores deteriorados y no se logran buen contacto
en el conexionado
•Durante horas de tormenta.
•Durante horas de humedad, en la que se escucha chisporroteo en
los aisladores.
•Durante la ejecución de trabajos de mantenimiento sobre la
infraestructura en las proximidades
Medición de la Resistencia y cálculo de la resistividad

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PUESTA A TIERRA

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PUESTA A TIERRA
Mejorar la resistividad del terreno
Es importante aclarar que a pesar de que los
terrenos tienen su resistividad propia no es posible
siempre escoger los mejores para hacer una
construcción de cualquier tipo, y si dicha
construcción involucra la instalación de un sistema
eléctrico debemos ser capaces de diseñar un
sistema de puesta a tierra que se adapte a sus
necesidades.
Con el fin de crear las condiciones óptimas para
este SPAT se usan métodos para modificar la
resistividad del terreno

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PUESTA A TIERRA
Mejorar la resistividad del terreno
Aumento de la longitud y el diámetro de los electrodos: La longitud
del electrodo esta en función a la resistividad y profundidad de las capas del
terreno, obviamente se prefiere colocar el electrodo dentro de la capa de
menor resistividad. El aumento en el diámetro del electrodo tiene que ser
mayúsculo para que su aporte reduzca significativamente la resistencia, debido
a que en la fórmula de la resistencia el producto de la longitud por el diámetro
del electrodo se multiplica por un logaritmo natural.
Aumento de la distancia entre ejes de los electrodos: Normalmente
la distancia entre ejes de los electrodos debe ser ≥ 4L siendo L la longitud del
electrodo; pero en los casos donde se requiera obtener resistencias eléctricas
muy bajas y exista disponibilidad de área de terreno, las distancias entre ejes
de los electrodos, deberán ser lo máximo posible; pues a mayor distancia entre
ejes de electrodos, mayor será la reducción de la resistencia a obtener; y ello
por el fenómeno de la resistencia mutua entre electrodos.

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PUESTA A TIERRA
Mejorar la resistividad del terreno

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