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Este manual describe los conceptos, técnicas de instalación y materiales para sistemas de puesta a tierra en el Proyecto Huascarán del Ministerio de Educación. Explica que los sistemas de puesta a tierra protegen equipos electrónicos y personas de daños por rayos u otros eventos eléctricos. Detalla los pasos para instalar pozos de puesta a tierra verticales u horizontales, incluyendo el uso de varillas de cobre, electrodos auxiliares, relleno de tierra y aditivos químicos. El objetivo es
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- 1. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 1 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DEL PROYECTO HUASCARÁN (Conceptos, Técnicas de Instalación, Materiales) Proyecto Huascarán - Ministerio de EducaciónMinisterio de EducaciónMinisterio de EducaciónMinisterio de Educación Dirección de Informática y Comunicación Unidad de Operación y Mantenimiento - Sistemas de Energía Diseño y Elaboración: Ing. Julio Mera Casas.
- 2. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 2 1. Introducción Dentro del Programa Huascarán una de las labores de la Dirección de Informática y Comunicación es implementar a las aulas de innovación pedagógica con el Cableado Eléctrico y Sistemas de Protección Eléctrica.El equipo tecnológico es el responsable de diseñar y ejecutar dicha labor, para ello se han realizado las consideraciones técnicas necesarias, para las instalaciones de los sistemas de pararrayos y de las puestas a tierra. En el campo de las telecomunicaciones, es muy importante que el efecto causado por los rayos ó transitorios de voltaje sea minimizado o eliminado, para proteger en nuestro caso a: • las instituciones educativas, institutos superiores tecnológicos y pedagógicos. • Las estaciones satelitales VSAT, equipos de radio, equipos de cómputo (estaciones multimedia, servidores, switches; etc.) del aula de innovación pedagógica. • Los docentes, alumnos y en general a la comunidad educativa que hicieran uso de estos servicios, sobre todo en zonas rurales o de gran actividad atmosférica como las que tenemos, en nuestro país, estarían expuestas a un inminente peligro de no contar con un adecuado sistema de protección contra los rayos y/o transitorios de voltaje. Este manual ha sido diseñado, gracias a la experiencia de campo de nuestro personal técnico y servirá como una herramienta de apoyo para los responsables de las aulas de innovación pedagógica al momento de dar un mantenimiento o si deseen realizar nuevas instalaciones en sus instituciones educativas. Figura 1.- Los rayos pueden dañar equipos como una computadora e inclusive a los seres humanos.
- 3. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 3 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA I .CONCEPTO • La puesta a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con tierra, permiten drenar hacia ésta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las personas y de los equipos electrónicos. • La conexión a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura. II. FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA • Obtener una resistencia eléctrica lo más baja posible para derivar a tierra Fenómenos Eléctricos Transitorios (FETs),corrientes de falla estáticas y parásitas • 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 • Proporcionar un camino de derivación a tierra de descargas atmosféricas, transitorios y de sobre tensiones internas del sistema. • Ofrecer en todo momento y por un lapso prolongado baja resistencia eléctrica que permita el paso de las corrientes derivadas III. CARACTERÍSTICAS GEOELÉCTRICAS DEL SUELO Todo sistema de puesta a tierra, involucra el conjunto (electrodo –suelo), es decir la efectividad de toda puesta a tierra será la resultante de las características geo-eléctricas del terreno y de la configuración geométrica de los electrodos a tierra. Los suelos están compuestos principalmente, por oxido de silicio y óxido de aluminio que son muy buenos aislantes, sin embargo, la presencia de sales y agua contenidas en ellos mejora notablemente la conductividad de los mismos. • Los factores que determinan la resistividad de los suelos son: • La naturaleza de los suelos • La humedad • La concentración de sales disueltas • La temperatura • NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD Ohms x mt Terrenos Pantanosos De algunas unidades a 30 Limo 20 a 100 Humus 10 a 150 Turba Húmeda 5 a 100 Arcilla Plástica 50 Arena Arcillosa 50 a 500 Arena Silicea 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 Calizas Agrietadas 500 a 1000 Pizarras 50 a 300 Roca de Mica y Cuarzo 500 Granito y Gres Procedente de Alteraciones 1500 a 10000 Roca Ígnea 5000 a 15000
- 4. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 4 IV. MATERIALES A EMPLEAR PARA UN POZO A TIERRA • 01Caja de registro con tapa ( 40x40cm) …de concreto • 01 Electrodo principal (varilla de cobre puro de 3/4 “ x 2.40 m) • 03 Conectores desmontable ( conector pico de loro de 3/4 “ ) • XX mts de conductor de conexión (cable Nº 6 AWG ,color amarillo-verde o amarillo ) …..longitud desde el pozo a tierra hasta el tablero eléctrico de distribución que será ubicado dentro del aula de cómputo VSAT • 06 mts cable de cobre denudo de 50 mm2 o 1/0 ) utilizado como Electrodo auxiliar • Pozo vertical ( 1m de diámetro x 3m de profundidad) u horizontal • Relleno conductor ( tierra de cultivo , totalmente tamizada en malla de 1/ 2 “ ) • Aditivo ( 02 dosis química de Thorgel, Tierragel, Protegel ,Laborgel o similar) • 01 balde de plástico de 20 litros de capacidad • O1 compactador o pizón de 40 kilos (para compactar la tierra dentro del pozo ) • 01 escalera de 3 metros V. CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA SISTEMA DE PUESTA A TIERRA • Se ha considerado la instalación de un pozo ó pozos de puesta a tierra (para los equipos y para el pararrayos ), para lograr la consistencia y seguridad necesaria para equipos de cómputo y éste deberá ser instalado de acuerdo a los siguientes argumentos : • Es necesario contemplar la construcción de pozos ( o arreglos de pozos ) de tierra de electrodo vertical u horizontal con arreglo de electrodos auxiliares en forma de lazo sobre el electrodo principal (varilla de cobre) con la finalidad de soportar la totalidad de la red eléctrica para los equipos de cómputo de las instituciones educativas. • El arreglo de pozos de tierra a construir en cada local deberá ser rellenado con tierra de cultivo previamente zarandeada en malla de 1/2 pulgada mezclada y tratada con dosis químicas del compuesto químico Thorgel, Laborgel ó similar . Los pozos deberán tener 3 metros de profundidad por 1 metro de diámetro.( pozo vertical). • Se debe dejar caja(s) de registro de 40 X 40 cm. con tapa(s) para inspección y mantenimiento. Asimismo se debe considerar la elaboración de por lo menos 2 puntos de medición con sus respectivas tapas metálicas sobre piso de concreto • La línea a tierra deberá ser llevada hasta el tablero eléctrico del laboratorio de cómputo con cable eléctrico 6 AWG color amarillo-verde , con el fin de efectuar posteriormente la distribución respectiva a los circuitos para finalmente llevar la línea a tierra hasta los tomacorrientes que se instalarán para las estaciones de trabajo . • El valor óhmico del sistema de puesta a tierra debe ser menor a 8 ohmios. • Debe existir un solo sistema de puesta a tierra.( 2 o más pozos interconectados con cable de cobre desnudo de 50 mm2
- 5. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 5 VI. PREPARACIÓN DE LA PUESTA A TIERRA 1) POZO VERTICAL Son las que más se aplican por el mínimo de espacio que necesitan Primer Paso: • Excavar un pozo de 1mt de diámetro por una profundidad de 3mt desechando todo material de alta resistencia, piedra, hormigón, cascajo, etc. • Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar ver figura 0.30 m 2.40 m 0.30 m 1.0m En esta foto se observa la excavación de un pozo vertical de 1m de diámetro y 3 m de profundidad
- 6. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 6 En la foto observamos el arreglo con electrodo auxiliar (cable de cobre desnudo Nº 50 mm2 ,para obtener un bajo ohmiaje) 20 cm 20 cm 20 cm20 cm electrodo auxiliar (6m de cable de cobre desnudo de 50mm2) conector pico de loro de 3/4" 15cm Fig.Arreglo con electrodos auxiliares electrodo principal (Varilla de cobre de 3/4 " x 2.40 m)
- 7. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 7 Segundo Paso: • Para rellenar el pozo se utilizará tierra de cultivo tamizada en malla de ½ “ llene los primeros 0.30 mts y compacte con un compactador y coloque la barra de cobre de ¾ “ de diámetro y de 2.40 mts de longitud ( con arreglo de electrodo auxiliar. Ver figura), llene los siguientes 0.20mt y vuelve a compactar, repita la operación no olvidando que la tierra debe estar húmeda hasta completar la mitad del pozo. En la foto observamos el llenado con tierra de cultivo compactado hasta la mitad del pozo En las fotos observamos el tamizado de la tierra de cultivo por parte del personal de apoyo, en la instalación del pozo a tierra en dos instituciones educativas diferentes. mitad del pozo 30 cm 15 cm 30 cm 1 m "camita" con tierra de cultivo compactada 3 m
- 8. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 8 Tercero Paso (Utilizando dosis química Thorgel) • Disuelva el contenido de la bolsa azul de la primera caja de dosis de Thorgel en 20 litros de agua y viértala en el pozo ,espere que todo sea absorbido, luego disuelva el contenido de la bolsa crema de la dosis Thorgel en 20 litros de agua ,viértala sobre el pozo y espere que sea absorbido totalmente. NOTA: Cuando se utilice otros aditivos químicos como por ejemplo el compuesto químico Tierragel, se tendrá que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente zarandeada y las dos bolsas restantes se mezclarán con agua (ver instrucciones dentro de la caja del aditivo químico a emplear) En la figura observamos la forma como se preparan la mezcla del aditivo químico thorgel de la caja 1 con el agua, luego se vierten a la mitad del pozo, esperando que sea absorbido totalmente. 30 cm 15 cm 30 cm 1 m "camita" con tierra de cultivo compactada 3 m 1/2 del pozo Mezclar 20 lt de agua + contenido de bolsa azul Después de absorver el contenido de la bolsa azul ,mezcalr 20 lt de agua + contenido de bolsa crema
- 9. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 9 Cuarto Paso • Repita la aplicación con la segunda caja de dosis de Thorgel , hasta culminar el pozo, coloque una caja de registro de concreto con tapa ,por medio de la cual se realizarán las mediciones del pozo y facilitará el la mantenimiento periódico ( cada 2 o 4 años para la renovación del pozo ) y para la conservación del mismo (cada 4 o 6 meses echar al pozo 30 litros de agua) En la foto se observa la culminación de la puesta a tierra, vertido con la dosis de la caja 2 del aditivo químico Thorgel. 30 cm 15 cm 30 cm 1 m "camita" con tierra de cultivo compactada Tapa de registro 40 x 40 cm caja de registro de 40 x40 cm 3 m cable de descarga 6 AWG,en tubo de 1/2" ,va conectado a la platina de cobre del tablero eléctrico del laboratorio de cómputo
- 10. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 10 2) POZO HORIZONTAL. Se aplican poco, sólo cuando el subsuelo es rocoso, o cuando exista la presencia de agua a menos de un metro de profundidad del terreno. Primer Paso • Excavar un pozo de 1mt x 3mt de lado y a una profundidad de 1 m, desechando todo material de alta resistencia, piedra, hormigón, cascajo, etc. • Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar tipo malla ( ver figuras ) 55 cm malla realizado con cable de cobre desnudo de 50 mm2 amarrado a la varilla de cobre varilla de cobre de 3/4 " doblada en forma de " L " conector pico de loro de 3/4 " 1.85 m 10 cm Fig. Arreglo con electrodos auxiliares tipo malla para pozo horizontal 20cm 20cm 1.0 m 65 cm 50 cm1.85 m 55 cm 15 cm Fig. Arreglo con electrodos auxiliares tipo malla para pozo horizontal 3.0 m camita de tierra de cultivo compactada 30 cm 20 cm 10 cm
- 11. Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica 11 NOTA: • Para la preparación del relleno del pozo se repite los mismos pasos que en el caso del pozo vertical. • Cuando se utilice otros aditivos químicos como por ejemplo el compuesto químico Tierragel ,se tendrá que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente cernida y las dos bolsas restantes mezcladas con agua ( ver instrucciones dentro de la caja del aditivo químico a emplear) VII. MEDICIÓN DE PUESTAS A TIERRA • Nos permite verificar la capacidad de evacuación y dispersión de corriente a tierra en el sistema instalado ( una puesta a tierra será eficiente cuando su medición arroje valores pequeños ,menores a 8 Ohmios) • Para verificar las condiciones de resistencia de una puesta a tierra se debe tener presente los siguientes requerimientos: * La instalación debe estar desenergizada * Se deben retirar todas las conexiones de la puesta a tierra * La medición se efectúa por 2 métodos: Directo (utilizando el medidor de tierra) o Indirecto. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1. Prepare el medidor de puesta a tierra ,conectando los puntos de prueba en sus respectivos terminales 2. Verificar el estado de las baterías ( con el botón check battery del medidor de pozo a tierra) 3. Coloque las picas auxiliares, tratando que se encuentren en un mismo eje con la varilla de la puesta a tierra, colocando cada pica auxiliar a una distancia de 5 a 10 m una de otra. 4. Las picas auxiliares deberán quedar ajustadas de modo que hagan un buen contacto 5. Debe humedecerse el terreno donde se ha fijado las picas 6. Efectué la medición ,seleccionando el rango adecuado ( R X1 ó RX10 ) , y luego apriete el botón de medición 7. Observe y anote el valor indicado 8. Repita el procedimiento en otra dirección y anote la medición En la figura observamos el modo de medir la puesta a tierra ,con el Terrómetro 5 a 10 m 5 a 10 m varilla de cobre del pozo a tierra Fig. Medicion de la puesta a tierra CABLE ROJO CABLE AMARILLO CABLE VERDE PICA AUXILIARPICA AUXILIAR TERRENO MEDIDOR DE PUESTA TIERRA " TERROMETRO"