La provisión de una conexión a tierra adecuada en una subestación y en las estaciones de maniobra es muy importante para la seguridad del personal, así como, y para los dispositivos eléctricos que no experimenten elevaciones de tensión por encima de los umbrales tolerables, y que la conexión a tierra sea resistente para disipar la falla a tierra.
La importancia de una toma de tierra eficaz, duradera y fiable para garantizar la seguridad frente a los riesgos eléctricos no requiere más explicación.
Al poner a tierra, se conecta el equipo eléctrico a la masa general de la tierra, que tiene una resistencia muy baja.
El objetivo de un sistema de puesta a tierra en una subestación es proporcionar, bajo y alrededor de la subestación, una superficie que deberá estar a un potencial uniforme y cercano a cero, o a un potencial de tierra absoluto como sea posible, o en la práctica que la diferencia de tensión este por debajo de los valores tolerables.
La provisión de tal superficie de potencial uniforme bajo y alrededor de la subestación asegura que ningún ser humano en la subestación esté sujeto a lesiones al ocurrir un cortocircuito, o exponer a otras condiciones anormales en los equipos instalados en el patio.
Los principales requisitos de un buen sistema de puesta a tierra en una subestación son:
Varias normas establecen los valores de resistencia que deben poseer los sistemas de puesta a tierra, lo importante es ver nuestras normativas locales para respetar la ley.
La diferencia de potencial entre una estructura metálica y un punto de la superficie terrestre separado por una distancia igual al alcance horizontal máximo normal de una persona, aproximadamente un metro como se muestra en la figura.
Esta tensión de contacto calculada debe mantenerse por debajo del límte tolerable por una persona.
La diferencia de potencial entre dos puntos de la superficie de la tierra separados por una distancia de un paso que se supondrá de un metro en la dirección del gradiente de potencial máximo, como se muestra en la figura.
Esta tensión de paso calculada debe mantenerse por debajo del límte tolerable por una persona.
El sistema de puesta a tierra se compone de la malla o red, de conductores desnudos generalmente de cobre, como puesta a tierra, y sus componenetes como los electrodos de puesta a tierra, los conductores de puesta a tierra y las conexiones a tierra.
El requisito principal de la puesta a tierra es tener una resistencia de tierra muy baja. Si se miden los electrodos individuales colocados en la tierra, ésta tendrá una resistencia bastante alta.
Pero si estos electrodos individuales están interconectados bajo el suelo, aumenta el área en constante con el suelo y crea un número o caminos paralelos y, por lo tanto, el valor de la resistencia de tierra en el estado interconectado, que se llama resistencia de tierra combinada, será mucho menor que la resistencia individual.
Sin embargo, es necesario interconectar los electrodos de la fosa de tierra. La subestación implica muchas puestas a tierra a través de electrodos individuales. Para tener una interconexión uniforme, se forma una malla de puesta a tierra por debajo de del suelo. Así, se extiende una malla por debajo de la subestación
Por lo tanto, si se coloca un electrodo de tierra en el suelo, la interconexión puede realizarse mediante un pequeño enlace entre ese electrodo y la malla de tierra que se encuentra en las proximidades.
El emplazamiento de la subestación se separa a intervalos de, por ejemplo, cuatro metros de anchura, así como de longitud y anchura. A lo largo de estas líneas se excavan zanjas de un metro a 1,5 metros de profundidad y un metro de ancho. En el fondo de estas zanjas se colocan conductores de puesta a tierra de tamaño suficiente (según la corriente de falla). Todos los cruces y empalmes se apuntalan.
A continuación, se rellenan las zanjas con una masa fina y uniforme de tierra mezclada con los productos químicos necesarios en función de la resistividad del suelo. Si se fija la ubicación del equipo, los intervalos también se organizan de manera que la malla a tierra pase cerca de la ubicación del equipo para facilitar el entrelazamiento.
Es preferible extender la malla más allá del cerco durante aproximadamente un metro, de modo que el cerco pueda conectarse a tierra de forma adecuada y sea segura para el contacto.
Normalmente, la malla a tierra se entierra horizontalmente a una profundidad de aproximadamente medio metro por debajo de la superficie del suelo y se colocan barras a tierra en los puntos adecuados.
La ubicación del los electrodo o malla de puesta tierra debe elegirse en uno de los siguientes tipos de suelo, por orden de preferencia:
Suelo húmedo y pantanoso.
Tierra arcillosa, limosa y cultivable.
Arcilla y marga mezcladas con proporciones variables de arena, grava y piedras.
Arena húmeda y mojada, turba.
Arena seca, grava, caliza, granito, terrenos muy pedregosos y todos los lugares en los que la roca virgen esté muy cerca de la superficie deben evitarse.
Debe ser de tubo G.I. clase "B". El diámetro interno no debe ser inferior a 38 mm y debe ser de 100 mm para la tubería de hierro fundido. La longitud del electrodo de tubería no debe ser inferior a 2,5 m. Debe ser empotrado verticalmente.
En caso de encontrar roca dura, se puede inclinar hacia la vertical. La inclinación no debe ser superior a 30 respecto a la vertical.
Para reducir la profundidad de enterramiento de un electrodo sin aumentar la resistencia, se conectarán varios tubos en paralelo. La resistencia en este caso es prácticamente proporcional al recíproco del número de electrodos utilizados siempre que cada uno esté situado fuera de la zona de resistencia del otro.
La distancia entre dos electrodos en este caso no debe ser inferior al doble de la longitud del electrodo, como se muestra en la figura.
Entre la empuñadura y el conductor de puesta a tierra fijado en el soporte de montaje hay un conductor de puesta a tierra flexible y la empuñadura de los interruptores está conectada a la alfombra de puesta a tierra por medio de dos conexiones distintas realizadas con MS plana.
Una de las conexiones se realiza con el conductor longitudinal más cercano, mientras que la otra se realiza con el conductor transversal más cercano de la placa.
Las bases de los pararrayos se conectarán directamente a la red de tierra con conductores tan cortos y rectos como sea posible para garantizar una impedancia mínima. Además, deberá haber una conexión tan directa como sea posible desde el lado de tierra de los pararrayos hasta el armazón del equipo protegido.
Deberían proporcionarse electrodos de tierra individuales para cada pararrayos por la razón de que un gran sistema de puesta a tierra en sí mismo puede ser relativamente poco útil para la protección contra el rayo . Estos electrodos de tierra deberían estar conectados al sistema principal de tierra.
En el caso de los pararrayos montados cerca de los transformadores, el conductor de puesta a tierra deberá estar situado lejos del tanque y de los refrigeradores para evitar posibles fugas de aceite causadas por el arco.
Para cada disyuntor habrá cinco conexiones de tierra a la placa de tierra con: MS plana (i) cuerpo del disyuntor (ii) panel de relés (iii) TC del disyuntor (iv) Dos lados de la estructura del disyuntor.
La cuba de cada transformador estará conectada directamente a la red principal. Además, deberá haber una conexión tan directa como sea posible desde el tanque hasta el lado de tierra de los pararrayos proyectados.
Los raíles de los transformadores se conectarán a tierra por separado o mediante una conexión a tierra en cada extremo del raíl y a intervalos no superiores a 60,96 metros (200 pies).
La puesta a tierra de los casquillos del neutro se realizará mediante dos tiras separadas a la red de tierra y se llevará igualmente a cabo sin obstáculos hasta la celda de rango y los enfriadores.
Las estructuras de soporte del Transformador de Corriente y del Transformador de Potencial se componen de las bases, todas las placas de cubierta atornilladas a las que se fijan los casquillos conectados a la malla de tierra por medio de dos conexiones separadas hechas con MS plana.
Una conexión se realiza con el conductor longitudinal más cercano, mientras que la otra se realiza con el conductor transversal más cercano de la malla.
Todos los equipos, estructuras y armazones metálicos de los interruptores y seccionadores se conectarán a tierra por separado como se muestra en la figura 11.
La valla de la subestación debe estar, en general, muy alejada de los equipos de la subestación y conectada a tierra por separado de la tierra de la estación. La tierra de la estación y la de la valla no deben estar unidas.
Para evitar cualquier riesgo para la persona que camina cerca de la valla dentro de la estación, ninguna parte metálica conectada al suelo de la estación, debe estar cerca de la valla cinco pies y es deseable cubrir la franja de unos diez pies de ancho dentro de la valla por una capa de piedra triturada que mantiene su alta resistividad incluso en condiciones de humedad.
Si la distancia entre la valla y las estructuras de la estación, no se puede aumentar al menos cinco pies y si la valla está demasiado cerca de la estructura del equipo de la subestación, etc., la valla de la estación debe estar conectada a la tierra de la valla.
En una valla muy cercana a la zona de la estación, se puede evitar una alta tensión de choque asegurando un buen contacto entre las estaciones de la valla y conectando la valla a tierra a intervalos . La valla de la estación no debe estar conectada a la tierra de la estación, sino que debe estar conectada a tierra por separado.
Sin embargo, si la valla está cerca de las partes metálicas de la subestación, debe conectarse a la toma de tierra de la estación.
Todos los cables de tierra de una estación deben estar conectados a la red de tierra de la estación. Para que los potenciales de tierra de la estación durante las condiciones de falla no se apliquen a los cables de tierra de la línea de transmisión y a las torres, todos los cables de tierra que lleguen a la estación deben ser interrumpidos y aislados en el lado de la estación de la primera torre o poste externo a la estación por medio de un aislador de disco de 10".
Los cables con revestimiento metálico dentro de la zona de la red de tierra de la estación deben estar conectados a dicha red. Los cables multifilares deben estar conectados a la red al menos en un punto. Los cables unipolares deben conectarse normalmente a la red en un solo punto.
Cuando los cables conectados a la red de tierra de la estación pasen por debajo de una valla metálica del perímetro de la estación, se tenderán a una profundidad no inferior a 762 mm (2'-6") por debajo de la valla , o se encerrarán en un tubo aislante durante una distancia no inferior a 1524 mm (5') a cada lado de la valla.
Cada panel o celda debe estar provisto, cerca de la base, de una barra de tierra de marco de cobre a la que se conectarán las bases y tapas metálicas de los interruptores y la unidad de contacto.
La barra de tierra del marco estará a su vez conectada a la red de tierra mediante un conductor de puesta a tierra .
Veamos las siguientes nueve reglas que se deben seguir para la correcta puesta a tierra de la estructura del transformador de distribución:
Para la puesta a tierra se deben prever tres fosas de tierra en formación triangular a una distancia de seis metros entre sí.
La fosa de tierra debe excavarse con un tamaño de 45 cm x 45 cm y una profundidad de 1,5 metros.
3 números de 40 mm de diámetro y 2,9 mm de espesor y 3 mts. (10 pies) de longitud de la tubería de tierra se debe utilizar para la puesta a tierra.
Esta tubería de tierra se coloca en un pozo de tierra de 1,5 m de profundidad y el resto de la tubería de tierra se introduce en el suelo con un martillo.
Cuando se introduce una tubería en la tierra, se puede considerar que la tierra que rodea a la tubería está formada por cilindros concéntricos de tierra que serán más grandes en tamaño y área, ya que están alejados de la tubería.
Un electrodo de 3 m. de longitud estará en contacto con un área de tierra de 3 m de radio. Por lo tanto, para tener un mejor efecto, la tubería de 3 m debe fijarse a una distancia de 6 m (es decir, el doble de la longitud de la tubería).
Para una mejor conexión a tierra, se debe soldar una abrazadera G I a la tubería de tierra y la otra abrazadera se debe atornillar con 2 tuercas de tornillo G I de 11/2 x 1⁄2 y 4 arandelas G I. Arandelas G. I. a la tubería de tierra.
Desde el casquillo de neutro del transformador hasta la arqueta de tierra nº 2 deben realizarse dos conexiones separadas a través del cable G I.
Desde el pararrayos de alta tensión del transformador hasta el pozo de tierra nº 1, se deben realizar dos conexiones separadas a través del cable G I.
En la medida de lo posible, este cable de tierra no debe tener contacto con otras conexiones de cable de tierra. Si es necesario, se pueden utilizar manguitos de PVC para el aislamiento.
Deben realizarse dos conexiones distintas a través del cable de IG desde las siguientes partes de la estructura hasta la arqueta de tierra nº 3, como se muestra en la figura 14.
Parte metálica del disco y del estay.
Canal superior.
Marco del interruptor AB, parte metálica del aislador, brazos laterales.
Marco de los fusibles HG y parte metálica del aislador.
Brazo transversal LT, parte metálica del aislador, marco de fusibles tipo abierto.
Guía del interruptor AB y tubo de operación ( En la parte superior e inferior )
Cuerpo del transformador.
Ángulo de la correa.
Canal de asiento.
Pararrayos LT.
Las fosas de tierra nº 2 y 3 pueden estar interconectadas para servir de camino paralelo y disminuir la resistencia de tierra.
Si la resistencia de tierra de la fosa de tierra nº 1 es alta, se puede formar otra fosa de tierra nº 4 como tierra de contrapeso y enlazarla con la fosa del pararrayos HT.
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