GENERALIDADES DE LOS SISTEMAS PUESTA A TIERRA
El tratamiento de la puesta a tierra de las instalaciones eléctricas con frecuencia ha supuesto un reto para su solución, dado que son elementos que tienen contacto con algo tan variable, y muchas veces impredecibles, como es la propia naturaleza. Ello ha llevado a buscar soluciones, muchas veces empíricas, y pocas veces basadas en modelos ajustados a las circunstancias reales.
Por ello, uno de los aspectos principales para la protección contra sobretensiones en las subestaciones y edificios es la de disponer de una red de tierras adecuadas, a la cual se conectan los neutros de los aparatos, los apartarrayos, los cables de guarda, las estructuras metálicas, los tanques de los aparatos y todas aquellas partes metálicas que deban estar a potencial de tierra. Teniendo como objetivo principal dar seguridad al personal, proteger el equipo y mejorar la calidad del servicio, tanto en condiciones de funcionamiento normal como en falla en el sistema.
Hay que resaltar que el objetivo principal de la puesta a tierra es el de limitar la tensión de cualquier elemento respecto a tierra. Recordando que, desde el punto de vista eléctrico, los accidentes se pueden reducir o eliminar disminuyendo la tensión, o aminorando el tiempo de contacto con materiales en tensión. Con la puesta a tierra disminuimos esos riesgos, pues se evita que las masas metálicas se puedan poner en tensión al tenerlas conectadas a tierra.
En la actualidad se están teniendo mayores cuidados en el diseño de las redes de tierra, ya que el uso generalizado de los sistemas de cómputo y comunicaciones, no se pueden permitir elevaciones de potencial, ya que, en el caso de un sistema de cómputo, un impulso de sobretensión se puede transmitir como un dato erróneo, lo cual puede ser más perjudicial que si dañara el equipo.
NECESIDAD DE UN SISTEMA DE TIERRAS.
Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener buenos niveles de seguridad del personal, buena operación de los equipos y el buen desempeño de los mismos.
En sistemas de potencia, la puesta a tierra mantiene la referencia necesaria; ya que la forma en que el sistema se conecta a tierra puede tener un gran efecto en la magnitud de los voltajes de línea a tierra que deben ser mantenidos en condiciones normales y bajo condiciones transitorias.
La puesta a tierra del neutro del sistema permite la operación de sistemas de protección basados en la detección de corrientes que circulan por la misma, aislando así el circuito bajo falla.
La circulación de las intensidades de corriente mencionadas por la instalación de puesta a tierra puede originar la aparición de diferencias de potencial entre ciertos puntos, por ejemplo, entre la instalación de puesta a tierra y el terreno que la rodea o entre dos puntos de la misma instalación, por esa razón debe de considerarse la instalación de puesta a tierra para que incluso con la aparición de las diferencias de potencial se cubran los siguientes propósitos:
- Seguridad de las personas.
- Protección de las instalaciones.
- Mejora de la calidad de servicio.
- Establecimiento y permanencia de un potencial a tierra.
Debe hacerse especial énfasis en que la seguridad de las personas, es lo que verdaderamente preocupa y se constituye en el fin primordial de la instalación de puesta a tierra. La función de la puesta a tierra de una instalación eléctrica es la de forzar la derivación al terreno, de las intensidades de corriente de cualquier naturaleza, que se puedan originar, ya se trate de corrientes de falla, o debidas a descargas atmosféricas.
En el diseño de una subestación e instalación eléctrica es necesario definir diversas conexiones a tierra (puesta a tierra), para conectar a la propia red de tierra los neutros, tanques y carcazas de los equipos, los cables de guarda, las estructuras metálicas y todas aquellas partes que deben estar a potencial de tierra logrando así las siguientes funciones principales:
- Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la circulación de las corrientes de tierra ya sea que se deban a una falla de circuito corto o a la operación de un pararrayos, con ello, evitando exceder los límites de diseño de los equipos.
- Evitar que, durante la circulación de estas corrientes de tierra, puedan producir diferencias de potencial entre los distintos puntos de la subestación, significando un peligro para el personal.
- Proporcionar una trayectoria a tierra para el neutro de los sistemas o equipos eléctricos que así lo requieran, limitando la aparición de potencial en el neutro de un sistema en estrella aterrizado.
- Contribuir a un mejor desempeño de los sistemas de protección, mediante sistemas de relevadores, se logra la eliminación de las fallas a tierras en los sistemas eléctricos.
- Evitar incendios provocados por materiales volátiles o la combustión de gases al proveer un camino efectivo y seguro para la circulación de las corrientes de falla y descargas atmosféricas y estáticas, y así eliminar los arcos y elevadas temperaturas en los equipos eléctricos.
- Contar con un medio seguro que aterrice los equipos eléctricos cuando estén en mantenimiento.
- Limitar la elevación de potencial de la red a valores aceptables cuando ocurre una falla a tierra.
- Dar mayor continuidad y confiabilidad al servicio.
Por ello, toda instalación eléctrica deberá disponer de una protección o instalación de tierra diseñada en forma tal que, en ningún punto normalmente accesible del interior o exterior de la misma donde las personas puedan circular o permanecer, exista el riesgo de que puedan estar sometidas a una tensión peligrosa durante cualquier defecto de la instalación eléctrica o en la red unida a ella.