Puesta a tierra en edificios y en instalaciones eléctricas / Juan José Martínez Requena, José Carlos Toledano Gasca.

CONTENIDO
Introducción 1
0.1. Objeto de la Puesta a Tierra 1
0.2. Definición de Puesta a Tierra 2
1. La resistividad del terreno y los electrodos de puesta a tierra 3
1.1. Resistividad del terreno 3
1.1.1. Elementos que influyen en la resistividad del terreno 5
1.1.1.1. Naturaleza del terreno 5
1.1.1.2. Humedad 6
1.1.1.3. Temperatura del terreno 8
1.1.1.4. Salinidad del terreno 9
1.1.1.5. Estratigrafía del terreno 10
1.1.1.6. Variaciones estacionales 12
1.1.1.7. Factores de naturaleza eléctrica 13
1.1.1.8. Compactación del terreno alrededor de los electrodos 13
1.1.2. Métodos de medida de la resistividad de los terrenos 14
1.1.2.1. Método de Wenner 14
1.1.2.2. Sistema simétrico 17
1.1.3. Interpretación y utilización práctica de las medidas 19
1.1.3.1. Electrodos de pica 19
1.1.3.2. Utilización de cables enterrados 23
1.1.3.3. Decisión de la solución óptima 26
1.1.4. Mapas con líneas de equirresistividad 27
1.2. Electrodos de puesta a tierra 29
1.2.1. Influencia electroquímica de los electrodos 30
1.2.2. Tipos de electrodos 30
1.2.2.1. Picas 30
1.2.2.2. Placas delgadas enterradas 35
1.2.2.3. Conductores enterrados horizontalmente 36
1.2.2.4. Otros tipos de electrodos 38
1.2.3. Unión de conductores enterrados. Soldadura aluminotérmica 42
1.2.3.1. Introducción a la conexión de conductores enterrados 42
1.2.3.2. Fundamentos de aluminotermia 43
1.2.3.3. Ejecución de la soldadura 43
1.2.3.4. Conclusiones 47
1.2.3.5. Tipos de soldadura aluminotérmica 48
1.3. Bibliografía 50
2. Puesta a tierra en edificios 51
2.1. Puesta a tierra en edificios de nueva construcción 51
2.1.1. El terreno 52
2.1.2. Tomas de tierra 53
2.1.2.1. Electrodos 53
2.1.2.2. Líneas de enlace con tierra 55
2.1.2.3. Punto de puesta a tierra 56
2.1.3. Línea principal de tierra 59
2.1.4. Derivaciones de las líneas principales de tierra 60
2.1.5. Conductores de protección 60
2.2. Elementos a conectar a la puesta a tierra en edificios de nueva construcción 61
2.2.1. Protección de edificios contra el rayo 63
2.2.1.1. Nivel ceraúnico 63
2.2.1.2. Electricidad atmosférica. Campos normal y tormentoso 64
2.2.1.3. Las nubes de tormenta. Corrientes del rayo 67
2.2.1.4. ¿Qué haremos para conocer si es necesaria la instalación de pararrayos en un determinado edificio? 69
2.2.1.5. Magnitudes eléctricas del rayo 72
2.2.1.6. Diseño general de una instalación de protección contra el rayo 72
2.2.1.7. Tipos de pararrayos 75
2.2.1.8. Protección de edificios e instalaciones singulares 78
2.2.2. Redes equipotenciales de cuartos de baños y aseos 81
2.2.3. Puesta a tierra de antenas de televisión 85
2.2.3.1. Daños ocasionados por caídas de rayos sobre antenas más instaladas 85
2.2.3.2. Instalación de antenas 86
2.2.4. Embarrado de protección de la centralización de contadores 89
2.3. Cálculo de la puesta a tierra de un edificio de nueva construcción 91
2.3.1. Puesta a tierra según normas de otros países 92
2.3.1.1. Francia 94
2.3.1.2. Alemania 95
2.4. Puesta a tierra en instalaciones eléctricas de obra 97
2.4.1. Partes de la puesta a tierra de una obra 97
2.4.2. Reglamentación 98
2.4.3. Elementos a conectar 99
2.5. Puesta a tierra en edificios existentes 102
2.5.1. Electrodos artificiales 103
2.5.2. Elementos de construcción 103
2.5.3. Tomas de tierra de hecho 104
2.5.4. Tomas de tierra con cimentaciones de hormigón armado 104
2.5.5. Puesta a tierra con vigas metálicas 106
2.6. Métodos de medida y control de las instalaciones de tierra 106
2.6.1. Métodos de medida y control de la resistencia de tierra 106
2.6.1.1. Método del electrodo auxiliar de resistencia despreciable 108
2.6.1.2. Método de los dos electrodos auxiliares 108
2.6.1.3. Método de la caída de tensión 110
2.6.1.4. Medidor de tomas de tierra modelo IRT (CGS Española) 114
2.6.1.5. Comprobador de tierras Megger (fig. 2.42) 114
2.7. Consejos prácticos para la instalación y mantenimiento de una buena toma de tierra en edificios de nueva construcción o edificios existentes 116
2.7.1. Consejos para el emplazamiento de los electrodos 116
2.7.2. Consejos prácticos para el mantenimiento de la resistencia de puesta a tierra de una toma de tierra 117
2.8. Esquemas de puesta a tierra 118
2.8.1. Esquemas de puesta a tierra en edificios según el Vademecúm AEE 118
2.8.1.1. Puesta a tierra 118
2.8.1.2. Partes que comprende un sistema de puesta a tierra 119
2.8.2. NTE/IEP 73 120
2.8.3. Esquemas de puesta a tierra en edificios según Criterios de diseño para las instalaciones eléctricas de enlace en edificios destinados principalmente a viviendas. Hidroeléctrica Española, S.A. 121
2.8.3.1. Sistema de puesta a tierra de protección 121
2.8.4. Esquema general de puesta a tierra en edificios según P.M.ABAD Puesta a tierra: aplicación a tipos de edificios. Revista electrotécnica 126
2.9. Bibliografía 127
3.Puesta a tierra en Centros de Transformación, Apoyos y Subestaciones Transformadoras 129
3.1. Generalidades sobre la circulación de las intensidades de corriente en el terreno 129
3.2. Resistividad del terreno y resistividades tipo 133
3.3. Tensiones de paso y contacto 135
3.3.1. Tensiones de paso y contacto aplicables a cuerpo humano 135
3.3.2. Valores máximos admisibles de las tensiones de paso y contacto que no pueden ser superados en una instalación 135
3.3.3. Tensión máxima de paso admisible que puede aparecer en una instalación 136
3.3.4. Comprobación de que las tensiones de paso y contacto calculadas sean inferiores a los valores máximos admisibles. (UNESA) 136
3.3.5. Análisis de la reglamentación europea sobre tensiones de paso y contacto 137
3.3.5.1. Tratamiento especial al caso de los Centros de Transformación 139
3.3.6. Sobretensiones admisibles en las instalaciones de baja tensión del Centro de Transformación 140
3.3.7. Limitación de la corriente de defecto 141
3.4. Métodos de cálculo de electrodos de puesta a tierra adecuados 141
3.4.1. Investigación de las características del terreno según la MIE RAT 13 142
3.4.1.1. Medida de la resistividad media del terreno (fig. 3.6) 142
3.4.1.2. Cálculo sencillo de "p" y "R" 143
3.4.2. Determinación de las corrientes máximas de puesta a tierra y del tiempo máximo de eliminación de la falta 144
3.4.2.1. Neutro aislado: corriente máxima a tierra 144
3.4.2.2. Neutro a tierra: corriente máxima a tierra 145
3.4.2.3. Tiempos máximos de eliminación del defecto 145
3.4.2.4. Impedancia directa 146
3.4.2.5. Impedancia inversa 151
3.4.2.6. Impedancia homopolar 151
3.5. Diseños tipo 152
3.6. Efecto del paso de la corriente a través del cuerpo humano 157
3.6.1. Valores de la Impedancia Total del cuerpo humano 157
3.6.2. Efectos de la corriente 158
3.6.3. Factor de corriente de corazón 158
3.7. Normas de Seguridad 162
3.8. Centros de Transformación 165
3.8.1. Diseño preliminar de la instalación de tierra 165
3.8.2. Cálculo de la resistencia de puesta a tierra y de las tensiones de paso y contacto (UNESA) 167
3.8.2.1. Generalidades (UNESA) 167
3.8.2.2. Electrodos de tierra. Parámetros característicos (UNESA) 167
3.8.2.3. Relación entre las tensiones de paso y contacto y la resistencia de puesta a tierra. Análisis del caso de una pica de tierra (UNESA) 168
3.8.3. Medidas adicionales de seguridad para las tensiones de contacto. C.T. en Edificio. C.T. sobre apoyo (UNESA) 169
3.8.3.1. Condiciones a cumplir por el electrodo de tierra (UNESA) 174
3.8.4. Investigación de las tensiones transferidas al exterior 175
3.8.4.1. Separación de los sistemas de puesta a tierra de protección (masas) y de servicio (neutro) (UNESA) 176
3.8.4.2. Sistema único para las puestas a tierra de protección y de servicio (UNESA) 177
3.8.4.3. P.a.T. en C.T. conectados a redes de cables subterráneos (UNESA) 181
3.8.5. Corrección y Ajuste del Diseño inicial (UNESA) 183
3.8.6. Puesta a tierra en C.T. Prefabricados 184
3.9. Puesta a tierra de apoyos 185
3.9.1. Puesta a tierra de apoyos de madera 185
3.9.2. Puesta a tierra de apoyos de hormigón 186
3.9.3. Puesta a tierra de apoyos metálicos 192
3.9.4. Puesta a tierra de Pórticos 202
3.10. Puesta a tierra en Subestaciones Transformadoras 205
3.10.1. Problemas Básicos en la seguridad de la instalación de tierra 209
3.10.2. Determinación de la máxima corriente de puesta a tierra 209
3.10.3. Cálculo de la Resistencia Total de puesta a tierra de una Subestación Transformadora 213
3.10.4. Longitud de conductor necesaria para obtener gradientes de potencial dentro de los límites de seguridad 215
3.10.5. Efecto de la Irregularidades 215
3.10.6. Puntos especialmente peligrosos en E.T. y S.T. 218
3.10.7. Efectos de cables de tierra aéreos 221
3.10.8. Diferentes materiales usados para realización de un electrodo de Malla 222
3.10.9. Posibles soluciones en el caso de que el proyectista prevea que puedan aparecer diferencias de potencial peligrosas en la instalación 223
3.10.10. Ejemplos de Subestaciones Transformadoras y Centrales 224
3.11. Puesta a tierra de la pantalla metálica de un cable M.T. unipolar de campo radial 230
3.11.1. Puesta a tierra de cables aislados de alta tensión 233
3.12. Bibliografía 235
4.Tratamiento del terreno y corrosión de las tomas de tierra 237
4.1. Tratamiento de terreno para mejorar las tomas de tierra 237
4.1.1. Resistividad de un terreno 237
4.1.2. Tratamiento con sales 238
4.1.3. Tratamiento con geles 240
4.1.4. Tratamiento por abonado electrolítico del terreno 241
4.1.5. Procedimiento Ledoux para la mejora de tomas de tierra 241
4.1.5.1. Dosificación adaptada al tipo de terreno a tratar 242
4.1.6. Realización práctica del procedimiento 243
4.1.6.1. Terrenos de cultivo o vegetación natura (prados, campos, bosques, etc.) 243
4.1.6.2. Terreno descarnado 244
4.1.6.3. Terreno cultivable 245
4.1.7. Ejemplo de toma de tierra en terrenos regulares de porosidad media (la dosificación incluye un 50 porciento en peso de arcilla) (figuras 4.11a, 4.11b, 4.11c y 4.11d) 247
4.2. Corrosión de las tomas de tierra 249
4.2.1.a) Definiciones 249
4.2.1.b ) Generalidades sobre corrosión 250
4.2.2. Definiciones 257
4.2.3. Agresividad del electrólito 258
4.2.4. Corrosión 259
4.2.5. Corrosión de los materiales de las tomas de tierra 260
4.2.6. Comportamiento de la corrosión de los metales normalmente utilizados como electrodos de tierra 260
4.2.7. Corrosión bacteriana 261
4.2.7.1. Valores óptimos del potencial redox-pH para el desarrollo de las bacterias 262
4.2.8. Los terrenos y la corrosión 263
4.2.9. Clasificación de los terrenos por su resistividad a efecto de corrosión 263
4.2.10. Control de la corrosión de las tomas de tierra 263
4.2.10.1. Tomas de tierra verticales 263
4.2.10.2. Tomas de tierra horizontales 264
4.2.11. Modelo Pisher Pierce indicador, CP-21 264
4.2.11.1. Realización de una comprobación 265
4.2.12. Criterios de pH y corrosividad 266
4.2.13. Potencial redox o potencial de oxidación-reducción 266
4.2.13.1. Agresividad del terreno según su potencial redox 267
4.2.14. Potenciales de disolución de metales puros 267
4.2.15. Corrosión electroquímica 267
4.2.15.1. Corrosión en tubería de acero de la que deriva una de cobre 268
4.2.15.2. Corrosión en tubería de acero de la que deriva una de acero galvanizado 269
4.2.15.3. Pilas de aireación diferencial 269
4.2.15.4. Corrosión por corriente vagabundas 269
4.3. Protección Catódica 272
4.3.1. Protección por ánodos de sacrificio 272
4.3.2. Diagrama de Pourbaix 273
4.4. Consejos para el emplazamiento de la toma de tierra 275
4.5. Bibliografía