SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA, PARARRAYOS, ATRAPARRAYOS Y APARTARRAYOS

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

¿Qué es un sistema de puesta a tierra?

Podemos definir la puesta o conexión a tierra como la conexión eléctrica directa de todas las partes metálicas de una instalación, sin fusibles ni otros sistemas de protección, de sección adecuada y uno o varios electrodos enterrados en el suelo, con objeto de conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas al terreno, no existan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o la de descarga de origen atmosférico.

La finalidad principal de una puesta a tierra es limitar la tensión que con respecto a tierra, puedan presentar, en un momento dado, las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.

Actualmente, la tecnología de estado sólido, basada en electrónica moderna, sigue evolucionando y se hace más sensible a los ruidos eléctricos y a la contaminación electromagnética, lo que precisa de un sistema de puesta a tierra libre de ruidos y compatibilidad electromagnética de todos los equipos y sistemas.

El electrodo de puesta a tierra debe instalarse en un sitio accesible para mediciones periódicas programadas y lo más cercano posible al equipo a proteger, de preferencia en la misma área. Recordemos que en donde estemos existe tierra por debajo de lo que estamos pisando.  

Objetivos Fundamentales de los sistemas de puesta a tierra 

1. Proporcionar Seguridad a las Personas. 

2. Proteger Infraestructura, Equipos, Garantiza la operación de protecciones.

3. Estabiliza el Voltaje al establecer un potencial de referencia. 

4. Trayectoria para la conducción de la energía del rayo. 

5. Limita sobretensiones transitorias. 

6. Drena cargas estáticas.

Normas estándares y recomendaciones 

Nacionales

NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas

NOM-022-STPS-2008, Electricidad Estática en los Centros de Trabajo. 

NMX-J-549-ANCE-2005, Sistema de Protección vs. Tormentas Eléctricas Especificaciones, Materiales y Métodos de Medición.

Internacionales

NFPA 780, Standard for the Installation of Lightning Protection Systems. 

EIA/TIA 607, Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications. 

IEEE 142, Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 

IEEE 1100 , Powering and Grounding Electronic Equipment.

PARARRAYOS

El 90% de las descargas atmosféricas van de nube a nube, el resto va de nube a tierra.

Cuando nos preguntan ¿cómo funciona un pararrayos? tenemos que indicar que se trata del terminal aéreo que realiza la protección externa de un edificio o estructura de los posibles impactos directos de los rayos. Para ello, el pararrayos se debe instalar siempre por encima de la parte más elevada del edificio o estructura a proteger y será encargado de captar y canalizar de forma segura la descarga del rayo a tierra.

Para poder captar dicha descarga, los pararrayos disponen de una punta y un cuerpo metálico, que están conectados mediante una red conductora a un sistema de puesta a tierra de baja impedancia (inferior a 10 Ω) en donde se disipa la descarga del rayo.

En condiciones de tormenta, entre el sistema nube – tierra aparece un gran voltaje debido a la gran cantidad de cargas eléctricas que hay presentes tanto en la base de la nube como en el suelo. Ese gran voltaje es el detonante para que se inicie el líder descendiente del rayo, que irá perforando el dieléctrico de aire que se encuentra entre la nube y el terreno. El campo eléctrico E (kV/m) tan elevado que aparece en esa zona, produce que a través del cuerpo del pararrayos se inicie también una circulación de cargas eléctricas ascendentes y de signo contrario a modo de trazador ascendente, que irán a encontrarse y recombinarse con el líder descendiente, captándolo y descargándolo a tierra.

El pararrayos es un  sistema de protección contra tormentas eléctricas (SPTE). Sirve para interceptar, conducir y disipar la corriente del rayo y de elementos internos mediante uniones, blindaje y puesta a tierra. El objetivo de un SPTE es reducir el riesgo de daño tanto para las personas y otros seres vivos, así como estructuras, edificios y su contenido.Sistema pararrayos total ground.

Apartarrayos 

Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de una subestación eléctrica pueden ser de dos tipos:

- Sobretensiones de tipo atmosférico.

- Sobretensiones por fallas en el sistema.

Para proteger dicha instalación contra la sobretensión necesitamos el uso de los apartarrayos, los cuales se encuentra conectado permanentemente en el sistema y operan cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra.

FUNCIONES QUE DEBE CUBRIR UN APARTARRAYOS

Para que protejan adecuadamente, los apartarrayos deben cumplir las siguientes funciones:

No deben permitir el paso de corriente a tierra, cuando la tensión sea normal.

Cuando el voltaje se eleva a una cantidad definida, deben proporcionar un camino a tierra para disipar la energía transitoria sin que haya un aumento en el voltaje del circuito.

Tan pronto como la tensión se ha reducido por debajo del ajuste del apartarrayos, el apartarrayos debe detener el flujo de corriente a tierra y sellarse para aislar el conductor de tierra.

Los apartarrayos no deben ser dañados por las descargas y debe ser capaz de repetir automáticamente su acción con tanta frecuencia como se requiera.

Después de una descarga no habra fallas de linea a tierra

ATRAPARRAYOS O PUNTAS FRANKLIN 

Hacia la mitad del siglo XVIII Benjamín Franklin demostró por primera vez la naturaleza eléctrica del rayo. Elevando una cometa en medio de una tormenta eléctrica y conduciendo una descarga hasta un condensador (botella de Leyden), demostró que había almacenado algo que presentaba el mismo comportamiento que las cargas eléctricas (que se generaban en esa época por fricción). Simultáneamente en otros lugares del mundo se realizaban investigaciones similares como la del científico ruso Giorgi W. Richman, quien pereció electrocutado en una de sus pruebas.

Más tarde, el mismo B. Franklin inventaría el pararrayos, para defender las edificaciones y personas de los efectos del rayo.

Cuando a principios del siglo XX, aparecieron las primeras líneas de transmisión, volvió el rayo a causar problemas que representaban   grandes perjuicios   al transporte   de energía eléctrica; desde entonces comienzan proyectos de investigación de gran magnitud.

Las puntas captadoras o puntas Franklin  no realizan ninguna acción especial durante el proceso de la tormenta eléctrica, la protección de estas puntas se basa en la posición de las varillas, la morfología, material y la reacción física que se realiza en el campo electrostático.

La carga positiva asciende del suelo, a través de la conexión de toma de tierra, hasta la punta del atraparrayos, que al situarse en un altura predominante, se convierte en un punto favorable a la caida del rayo, evitando que la descarga se produzca en otra parte de la instalación.

Las puntas captadoras pueden reforzar la protección que ofrece una malla captadora. La malla captadora es una red metálica conectada a tierra que cubre todo el edificio, cuando el rayo impacta la descarga se distribuye por toda la red, reduciendo el daño que puede causar a la instalación. 

Mallas de puesta a tierra para puntas Franklin 

Estas puntas son ideales para atrapar rayos pero no para proteger un edificio o estructura porque habría que poner muchas puntas en todo el edificio para tener una buena protección contra descargas atmosféricas.