Un buen diseño de puesta a tierra debe garantizar el control de las tensiones de paso, de contacto y transferidas. En razón a que la resistencia de puesta a tierra es un indicador que limita directamente la máxima elevación de potencial, pueden tomarse como referencia los valores máximos de la Tabla 3.12.3.a., adoptados de las normas técnicas ANSI/IEEE 80, NTC 2050 Segunda Actualización y NTC 4552-1. El cumplimiento de estos valores no exonera al diseñador y constructor de garantizar que las tensiones de paso, contacto y transferidas aplicadas al ser humano en caso de una falla a tierra, no superen la establecidas en el presente reglamento.
Cuando existan altos valores de resistividad del terreno, elevadas corrientes de falla a tierra o prolongados tiempos de despeje de las mismas, se deben tomar alguna o varias de las siguientes medidas para no exponer a las personas a tensiones por encima de los umbrales de soportabilidad del ser humano:
a.Hacer inaccesibles zonas donde se prevea la superación de los umbrales de soportabilidad para seres humanos.
b.Instalar pisos o pavimentos de gran aislamiento.
c.Aislar todos los dispositivos que puedan ser sujetados por una persona.
d.Establecer conexiones equipotenciales en las zonas críticas.
e.Aislar el conductor del electrodo de puesta a tierra a su entrada en el terreno.
f.Disponer de señalización en las zonas críticas donde puedan trabajar personas competentes, siempre que cuenten con las instrucciones sobre el tipo de riesgo y estén dotados de los elementos de protección personal con aislamiento adecuado.
Artículo 3.12.4. Mediciones para sistemas de puesta a tierra
3.12.4.1. Medición de Resistividad Aparente
Existen diversas técnicas para medir la resistividad aparente del terreno. Para efectos del presente Reglamento, se puede aplicar el método tetraelectródico de Wenner, que es el más utilizado para aplicaciones eléctricas y que se muestra en la Figura 3.12.4.1. a. Se pueden usar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería
La ecuación exacta para el cálculo es:
Donde:
ρ es la resistividad aparente del suelo en ohmios metro
a es la distancia entre electrodos adyacentes en metros.
b es la profundidad de enterramiento de los electrodos en metros.
R es la resistencia eléctrica medida en ohmios, dada por V/I
Cuando b menor o igual a una décima parte de a, se tiene la siguiente expresión:
3.12.4.2. Medición de Resistencia de Puesta a Tierra
La resistencia de puesta a tierra debe ser medida antes de la puesta en funcionamiento de un sistema eléctrico, como parte de la rutina de mantenimiento o excepcionalmente como parte de la verificación de un sistema de puesta a tierra. Para su medición se pueden utilizar los métodos especificados en la norma IEEE 81, entre los cuales se encuentra el método de Caída de Potencial, cuya disposición de montaje se muestra en la Figura 3.12.4.2. a.
En donde:
d es la distancia de ubicación del electrodo auxiliar de corriente, debe ser mínimo 5 veces la mayor dimensión de la puesta a tierra a medir, (según IEEE 81).
x es la distancia del electrodo auxiliar de tensión.
La resistencia de puesta a tierra en ohmios, se calcula con V/I.
El valor de resistencia de puesta a tierra que se debe tomar al aplicar este método es cuando la disposición del electrodo auxiliar de tensión se encuentra al 61,8 % de la distancia del electrodo auxiliar de corriente, siempre que el terreno sea uniforme. Igualmente, se podrán utilizar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.
En líneas de transmisión con cable de guarda, la medición debe hacerse usando un telurómetro de alta frecuencia (mayor o igual a 10 kHz) o con un generador de impulsos normalizados. Si se usa equipo de baja frecuencia se deben desacoplar los cables de guarda.
Para los casos en subestaciones de alta o extra alta tensión, en donde la implementación del método de caída de potencial no resulte practico debido a las grandes distancias en las que se debe ubicar los electrodos auxiliares, se permite el uso de métodos alternativos de medición, siempre y cuando los procedimientos estén basados en normas técnicas de reconocimiento internacional.
3.12.4.3. Medición de tensiones de paso y contacto
Las tensiones de paso y contacto que se calculen en la fase de diseño, deben medirse antes de la puesta en servicio de subestaciones de alta y extra alta tensión nuevas, y en los casos de remodelaciones o ampliaciones que involucren ampliación de la malla de puesta a tierra, del cerramiento o aumento de la corriente de cortocircuito, así como en las estructuras de las líneas de transmisión de tensiones mayores o iguales a 110 kV, localizadas en zonas urbanas o que estén localizadas a menos de 50 m medidos desde el borde más próximo de la estructura hasta escuelas, industrias, comercios, lugares con alta concentración de personas o viviendas de zonas rurales, para verificar que se encuentren dentro de los límites admitidos. En la medición deben seguirse los siguientes criterios adoptados de la IEEE-81 o los de una norma técnica que le aplique, tal como la IEC 61936-1:
a.Aplicar el método de simulación de personas, con resistencia de 1.000 ohmios, placa de simulación del pie de 16 cm de diámetro, 20 kg por cada placa y separación de un metro.
b.Emplear una fuente de alimentación de potencia o un generador de impulsos. Las mediciones se deben hacer preferiblemente en la periferia de la instalación de la puesta a tierra, de tal forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas queden falseadas como consecuencia de corrientes espurias o parásitas circulantes por el terreno.
c.Para subestaciones, deben medirse hasta un metro por fuera del encerramiento y en el caso de torres o postes a un metro de la estructura.
d.Se debe procurar que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y no inferior a 50 A.
e.Los cálculos para determinar las tensiones máximas posibles, se harán asumiendo que existe proporcionalidad.
f.Se aceptan otros métodos de medición siempre y cuando estén avalados por normas técnicas internacionales, regionales, de reconocimiento internacional o NTC; en tales casos, quien utilice dicho método dejará constancia escrita del método utilizado y la norma aplicada.
Parágrafo 1: En subestaciones de media tensión se deben medir las tensiones de paso y contacto al borde de la malla de cerramiento, si las corrientes de falla son superiores a 10 kA o si la medida de resistencia de puesta a tierra resulta dos o más veces el valor considerado en el diseño. En caso de que se superen los valores establecidos en la Tabla 3.12.1. a. del presente Libro se deberán tomar las medidas pertinentes de conformidad con este Reglamento. Las subestaciones tipo poste no requieren esta medición.
Artículo 3.12.5. Puesta a tierra en sistemas con corriente continúa
Los siguientes requisitos aplican para sistemas bifilares de corriente continua con tensión nominal superior a 60 V e inferior a 300 V; de igual forma aplica a todos los sistemas trifilares de corriente continua:
a.Los sistemas con fuente de alimentación fuera de un inmueble deben tener la conexión de puesta a tierra en una o más estaciones de alimentación. No se debe hacer una conexión de puesta a tierra en acometidas individuales ni en ningún punto del alambrado dentro del inmueble.
b.Si la fuente de alimentación del sistema de c.c. está localizada en el predio, se debe hacer una conexión de puesta a tierra en uno de los siguientes:
1.La fuente de alimentación.
2.El primer medio de desconexión o dispositivo de sobrecorriente del sistema.
3.Por otro medio que brinde una protección del sistema equivalente y utilice equipo apto para ese uso.
c.La sección transversal del conductor del electrodo de puesta a tierra de sistemas de corriente continua, debe seleccionarse según los criterios establecidos en la sección 250.166 de la norma NTC 2050 segunda actualización.
d.Se debe usar un puente de conexión equipotencial sin empalmes para conectar los conductores de puesta a tierra de los equipos, al conductor puesto a tierra en la fuente o en el primer medio de desconexión del sistema donde el sistema está puesto a tierra.
e.En sistemas fotovoltaicos, cuando se requiera un sistema de electrodo de puesta a tierra en corriente continua, se deben cumplir los requisitos establecidos en la sección 690.47 de la NTC 2050 Segunda Actualización.
Artículo 3.12.6. Mantenimiento de sistemas de puesta a tierra
Los componentes del sistema de puesta a tierra tienden a perder su efectividad después de unos años, debido a corrosión, fallas eléctricas, daños mecánicos e impactos de rayos. Los trabajos de inspección y mantenimiento deben garantizar una continua actualización del SPT para el cumplimiento del presente Reglamento. Si una inspección muestra que se requieren reparaciones, estas deben ser realizadas sin retraso y no ser pospuestas hasta el próximo ciclo de mantenimiento.
Las recomendaciones y criterios para ejecutar las actividades de mantenimiento de los sistemas de puesta a tierra, deben establecerse por parte del responsable de la construcción de la instalación eléctrica, y deben ser informados a través del manual de operación y mantenimiento referenciado en el Título 6 del presente Libro.
La inspección debe hacerse por una persona competente, el cual debe entregar registros de lo observado, dicha inspección incluye la verificación de la documentación técnica, reportes visuales, pruebas y registros. Todo SPT debe ser inspeccionado de acuerdo con la Tabla 3.12.6. a.
Los intervalos de la anterior tabla pueden variar, según condiciones climáticas locales, fallas que comprometan la integridad del SPT, normas de seguridad industrial, exigencias de compañías de seguros, procedimientos o regulaciones técnicas de empresa.
En líneas de transmisión o en mallas perimetrales de edificaciones donde los electrodos están en las fundaciones de las estructuras, no es obligatoria la revisión visual.
3.12.6.1. Pruebas
Las pruebas que deben realizarse como parte de inspección son:
a.Realizar ensayos de equipotencialidad.
b.Medir resistencia de puesta a tierra. Los resultados deben quedar consignados en los reportes de inspección.
c.Medir corrientes espurias.
3.12.6.2. Registros
La inspección del SPT debe documentar y evidenciar mediante registros, como mínimo la siguiente información:
a.Condiciones generales de los conductores del sistema.
b.Nivel de corrosión.
c.Estado de las uniones de los conductores y componentes.
d.Valores de resistencia.
e.Desviaciones de los requisitos respecto del RETIE.
f.Documentar todos los cambios frente a la última inspección.
g.Resultados de las pruebas realizadas.
h.Registro fotográfico.
i.Rediseño o propuesta de mejoras del SPT si se requieren.