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PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN
CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS

PUESTA A TIERRA

Comprende toda unión metálica directa, sin fusibles ni protección alguna de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalación, y una jabalina o grupo de jabalinas enterrados en el suelo, con el objeto de conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificio y superficie próxima del terreno, no existan diferencias de potenciales peligrosos y que permita el paso a tierra de las corrientes de falla o de las descargas atmosféricas.

 DEFINICIONES DE LAS NORMAS IRAM 2281-3 Y 2427-1

PUESTA A TIERRA

Conjunto de todos los medios y disposiciones para conectar o poner a tierra.

CONECTAR O PONER A TIERRA

Conectar eléctricamente con la tierra conductora (suelo) mediante la instalación de P.A.T., un punto del circuito de servicio o una parte no perteneciente a él.

ELECTRODOS ESPECIFICOS (ARTIFICIALES)
Son los preparados expresamente para la instalación de P.A.T.

ELECTRODO DE TIERRA NATURAL

Pieza metálica que está en contacto directo con la tierra o el agua, o bien  a través del hormigón y cuyo objetivo principal no es la P.A.T. pero que actúa como un electrodo de tierra. Como cañerías, armaduras de hormigón etc.

CONDUCTOR DE PROTECCION

El que une las masas con la toma de tierra directamente o a través del conductor colector.

CONDUCTOR COLECTOR

Conductor al que se encuentran conectados varios conductores de protección.

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA COMUN

Todas las instalaciones metálicas de una estructura interconectada, incluidos los SPCR (Sistema de Protección Contra Rayos)  conectados al sistema de P.A.T. VER FIG. 1 NORMA UNE 21189 Y FIG 2 REGLAMENTO AEA 2006

RED DE EQUIPOTENCIALIDAD

Red de conductores que conectan entre sí a las partes conductoras expuestas de un sistema informático o electrónico.

CONEXIONES EQUIPOTENCIALES

Conexiones realizadas por medio de conductores para ese fin o limitadores de sobretensión.

LPZ   ZONAS DE PROTECCION CONTRA RAYOS
Zonas donde hay que definir y controlar el entorno electromagnético del rayo. VER FIG. 3a, 3b, Y 3 c Norma IRAM 2427

CONSTRUCCION DE LAS INSTALACIONES DE P.A.T.
En instalaciones nuevas, se podrá colocar un conductor en el fondo de la zanja de los cimientos y que recorra el perímetro del edificio. Antes de hormigonar se soldará al conductor uno de los hierros de cada fundación. Desde este sistema o el formado por jabalinas o mallas se llegará al primer nivel de piso a dos o más cajas de inspección.
En edificios existentes, los electrodos a utilizar serán artificiales o naturales o una combinación de ellos.
La red de tierras es un punto importante para la seguridad de las personas y bienes. En ocasiones es difícil su diseño, ya que si hablamos de edificaciones en ciudades, a veces es imposible encontrar un terreno para instalar los electrodos.
Se podrán utilizar jabalinas, cables enterrados o placas. Las jabalinas son las que presentan, menores dificultades para su instalación.
Se pueden instalar en patios, sótanos con la correspondiente caja de inspección para facilitar la medición de resistencia de P.A.T. (EJEMPLO CI 1 CATALOGO EUCA IRAM 2428), que si es superior al deseado, se instalarán mas jabalinas en paralelo, manteniendo una separación de 4 metros como mínimo entre ellas y unidas con un cable desnudo de cobre de 35 mm2 de sección.
El cable enterrado se puede instalar cuando existan espacios libres alrededor del edificio. En cuanto a las placas, no son de uso común por la relación costo-beneficio, costo alto por el pozo a realizar y beneficio bajo por no mejorar la resistencia de P.A.T.,  y por último por problemas de corrosión. 
El hierro del hormigón de las columnas y las estructuras metálicas en el caso de galpones, se pueden utilizar como red de tierra. Si se unen los diferentes elementos con cable de cobre de sección suficiente (35 mm2) o por ejemplo con planchuela de hierro galvanizado en caliente, se puede obtener un valor de resistencia de P.A.T. similar al de una malla de un edificio nuevo.
Se deben instalar en sitios accesibles puntos de P.A.T. con el fin de conectar las líneas principales. EJEMPLO BARRA DE CONECCION EQUIPOTENCIAL DE LATON Y ACERO INOXIDABLE UP 7 CATALOGO EUCA S.R.L. SEGÚN IRAM 2428

INSTALACION DE LAS JABALINAS DE P.A.T.
Instalar en zonas de conductividad máxima.
No instalar al ras de muros, rocas, patios, pasillos debido a que impiden la difusión de las corrientes de fuga, la distancia debe ser de por lo menos 3 metros.
Evitar pozos, cisternas, natatorios, debido a que el agua es mala conductora y los muros pueden impedir la difusión de la corriente de fuga y ocasionar en el terreno circundante gradientes de potencial peligroso.
Se deben unificar todas las distintas P.A.T.

SISTEMAS DE P.A.T. EQUIPOTENCIADOS O INTEGRADOS
Desde el punto de vista de la protección contra el rayo, la mejor solución es un sistema único de P.A.T., integrado en la estructura y previsto para todos los fines (p.e. protección contra el rayo, de instalaciones eléctricas de baja tensión e instalaciones de telecomunicaciones).
Los sistemas de P.A.T. que deban estar separados por otras razones, se conectarán al sistema de tierra integrada mediante una conexión equipotencial
Se obtiene una equipotencialidad conectando el SPCR a, la armadura metálica de la estructura, la instalaciones metálicas, los elementos conductores externos y las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones interiores al espacio a proteger mediante conductores de equipotencialidad o limitadores de sobretensión.
Se realizará la conexión equipotencial de las masas (elementos conductores externos)  tan cerca como sea posible del punto de penetración en la estructura, es de esperar que la mayor parte de la corriente de la descarga atmosférica pase por las conexiones equipotenciales.
Se deberá realizar una conexión equipotencial de las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones también lo más cerca  posible del punto de penetración a la estructura.
Se deberán conectar directa o indirectamente todos los conductores de fase o líneas. Los activos (con tensión) sólo se deberán conectar al SPCR a través de limitadores de sobretensiones.
En caso de existir estructuras adyacentes con pasaje de conductores ya sea de energía o de comunicaciones, los sistemas de P.A.T. estarán interconectados y es preferible tener muchas trayectorias paralelas para reducir las corrientes en los cables. Este requisito queda cubierto con un sistema de tierra enmallado.
Los efectos de la corriente del rayo se reducen aún más, por ejemplo instalando todos los cables en conductos de metal que se integrarán al sistema de P.A.T..
A los efectos de mejorar el entorno electromagnético, se conectarán juntas todas las piezas metálicas de dimensiones significativas asociadas a la estructura, como techos y fachadas, armaduras de hormigón armado y estructuras de puertas y ventanas.
Se supone que ante el impacto directo de un rayo en una estructura, el 50%  de su corriente circulará por la P.A.T. del SPCR.
El 50% restante de esa corriente se repartirá por los distintos servicios que penetran en la estructura, tales como cañerías metálicas, redes de distribución de energía eléctrica, redes de telecomunicaciones o telefónicas
Se realizará la conexión equipotencial en los límites de las LPZ en el caso de piezas metálicas o conductores que crucen sus fronteras.
VER FIG. 12 Y 13 NORMA IRAM 2427

ZONAS DE PROTECCION CONTRA RAYOS  LPZ VER  FIG.3a,3b Y 3c
La estructura a protegerse  se dividirá en zonas de protección contra rayos, para definir de esta manera zonas de diferentes grados de daños producidos por las descargas o sobretensiones y para designar lugares de puntos de conexión en los límites de las zonas.
LPZ O A Zona donde los elementos de las instalaciones, están                        sometidos a impactos directos del rayo y deben conducir a tierra toda la corriente del rayo. Aquí se produce el campo electromagnético no atenuado.
LPZ O B Zona donde los elementos no están sometidos a impactos directos del rayo, aunque se produce el campo electromagnético no atenuado.
LPZ 1 Los elementos no están sometidos a los impactos directos del rayo y donde las corrientes, en todas las piezas conductoras, se reduce aún más en comparación con las zonas anteriores. El campo electromagnético también puede estar más atenuado.
LPZ 2 ETC. En caso de que se requiera una mayor reducción de las corrientes conducidas a tierra y del campo electromagnético se introducirán otras zonas, de acuerdo a los sistemas que deban protegerse.
En general, cuanto mayor sea el número de zonas, menores serán los parámetros de entornos electromagnéticos de ellas.
En sus fronteras, se harán las conexiones equipotenciales en todas las penetraciones metálicas y podrán instalarse pantallas.

Mantenimiento de la resistencia de P.A.T. VER FIG. 4 a 11
La resistividad del terreno se ve afectada por varios factores, principalmente la humedad y la salinidad. Para la humedad alcanza con un riego, (si es una temporada de poca lluvia), para mantener la salinidad, se pueden hacer tratamientos con cloruro de sodio, carbonato de sodio, sulfito de cobre, de magnesio etc. Se colocan estos productos en una excavación alrededor de la jabalina y luego se riega. La infiltración del agua en el suelo distribuye las sales, este tratamiento suele durar 2 años.
Es importante destacar que existen tablas con valores de resistencias que se obtienen utilizando determinada medida de jabalina, estos valores son solo teóricos ya que toman a los suelos como homogéneos en la profundidad, siendo esto en la práctica irreal. La resistencia de    P.A.T. de una jabalina está dada por la combinación de las
resistencias de las distintas capas del suelo. Es decir luego de realizar una instalación de P.A.T. lo correcto es hacer la medición con un telurímetro y corroborar que la resistencia está en los valores que deseamos.

Conductor de protección
Los conductores de protección y las uniones equipotenciales deben protegerse contra los deteriores mecánicos y químicos y contra los esfuerzos electrodinámicos y térmicos.
No deben intercalarse fusibles ni interruptores. Sí debera instalarse un dispositivo mecánico al solo efectos de realizar mediciones de resistencia de P.A.T., el que solo podrá abrirse mediante el uso herramientas. Ejemplo UP 1 CATALOGO EUCA. SEGÚN IRAM 2428

ELEMENTOS QUE INFLUYEN EN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

Naturaleza del terreno:
Los suelos son buenos, regulares o malos conductores de acuerdo a su naturaleza.

Humedad:
El  agua contenida influye de manera decisiva sobre la resistividad. Al aumentar  disminuye la resistividad, y al disminuir aumenta la resistividad. El agua disocia las sales en iones y cationes que transportan los electrones en el suelo. VER FIG.4
Temperatura:
La resistividad aumenta al disminuir la temperatura, pero por debajo de 0ºC aumenta muy rápidamente. Esto es porque el agua contenida se congela y los iones contenidos pierden movilidad.
VER FIG.5      

Salinidad:

Al aumentar la salinidad, disminuye la resistividad, por los motivos expuestos en humedad. VER FIG.6 a 8

Estratigrafía:
Los suelos están formados por capas diferentes, por lo tanto de distintas resistividades. Su resistividad  final será la combinación de cada una de ellas. Como se ve en  la siguiente tabla.

     GAMAS   DE    VALORES    MEDIDOS     MAS      FRECUENTEMENTE
TIPO   DE   SUELO                                RESISTIVIDAD    DE   LA   TIERRA    
Tierra cenagosa                                                  5   a     40 OHMS
Barro, arcilla, humus                                         20   a   200 OHMS
Arena                                                                 200  a  2500 OHMS
Grava                                                               2000 a  3000  OHMS
Roca disgregada                                      Casi siempre menor de 100 OHMSGranito, gres rojo                               2000 a 3000  OHMS………………

Los valores de resistividad mencionados en la tabla son solo orientativos y no deben tomarse para el diseño de las instalaciones de P.A.T. (NORMA IRAM 2281-4)

Variaciones estacionales:
En épocas de lluvia el nivel freático se aproxima a la superficie del suelo presentando  una resisitividad menor que en el período de sequía.
Para conseguir mantener el valor de resisitividad en forma uniforme a lo largo del año, es conveniente instalar jabalinas mas profundas, por eso no se recomienda el uso de jabalinas de 1 metro, las que fueron eliminadas de la Norma IRAM 2309. Las revisiones periódicas de la instalación deben hacerse en los períodos de menos precipitaciones del año. VER TABLA 7, tener en cuenta que es una tabla elaborada en Europa.
JABALINA RECOMENDADA  JL 1830 CT.10 CATALOGO EUCA porque debido a su largo se minimizan las variaciones de humedad

Influencia entre jabalinas cercanas:
La resistencia de tierra de una jabalina depende mucho más de su longitud  que de su diámetro.
No es posible mejorar los valores de resistencia sólo con aumentar la cantidad de jabalinas, sin tener en cuenta su área de influencia, la cual es de 5 veces el largo de la jabalina aproximadamente.
Para los cables enterrados perimetralmente, no mejora la resistividad al poner 2 cables muy juntos o en la misma zanja. VER FIG.9 y 10

MEDICION DE LA RESISTENCIA DE P.A.T.
Método de caída de tensión

Este método tiene varias aplicaciones y es adecuado para todas las mediciones de P.A.T. (Norma IRAM 2281-2). Consiste en hacer pasar una corriente por la toma de tierra a medir y un electrodo auxiliar de corriente, que debe estar fuera de la influencia de la toma de tierra a medir.
La caída de tensión se mide entre la toma de tierra y un electrodo de potencial ubicado a mitad de camino entre esa toma y el electrodo de corriente, la influencia se considera despreciable a los 50 metros.
Cuando en alguna circunstancia no pueda introducirse en el terreno los electrodos auxiliares por ser, por ejemplo de roca o de hormigón, se procederá a envolver los electrodos en trapos húmedos colocándolas sobre el terreno y mojándolas en forma abundante. El valor que se obtiene de la medición es muy similar al que obtendríamos de la otra forma.
No se deben realizar mediciones cuando se observen nubes de tormenta en el horizonte del lugar.
Para tener la certeza de que no se han omitido conexiones a tierra de aparatos, equipos etc. y que dichas conexiones están bien realizadas se debe:

  1. Medir la resistencia de dispersión desde cada aparato o equipo, manteniendo firmes los puntos de referencia del método de medición utilizado.
  2. Medir o verificar la continuidad eléctrica desde cada aparato o equipo hasta su punto de conexión a la red de P.A.T.

No se debe utilizar a los conductores de protección para una doble función, por ejemplo, para las funciones de conductor de protección y neutro. Fig.11

La GERENCIA DE EXPLOTACION, de AGUA Y ENERGIA, posee una Norma de Procedimiento Nº 102, mediante la cual se fijan los pasos a seguir para verificar la continuidad eléctrica en la parte no visible de las mallas de P.A.T.
Con los cambios necesarios este método también se lo puede utilizar para verificar la continuidad eléctrica en estructuras premoldeadas entre sí,  en estructuras de hormigón armado y en estructuras metálicas en general.
Este método se realiza mediante una máquina de soldar eléctrica de arco, de intensidad superior a los 200 Amp. y una pinza amperométrica. Se adaptarán 2 cables con terminales adecuados, tipo morsa, y con una sección, para 10 metros de longitud, de 70 mm2.
Se conectan los cables entre sí y se regula una intensidad de aproximadamente 200 A medida con la pinza amperométrica.
Luego se conectan los cables, uno al chicote o salida de la malla de P.A.T. y el otro a la P.A.T. de algún  equipo, cuanto más alejados se encuentren los chicotes y el equipo mayor será la sección de malla de P.A.T. que se controle.
Este mismo procedimiento se puede realizar con una estructura de metal o el hierro del hormigón, comprobando así la continuidad eléctrica del sistema.
Si el valor de la intensidad de corriente es mayor que el 50% del obtenido al inicio del trabajo, 100 A, el resultado es satisfactorio.

Como recomendación final, es aconsejable la utilización de materiales que cumplan con las Normas IRAM, en el caso de las jabalinas la Norma IRAM 2309 para acero cobre,2310 para acero cincado,2428 para Pararrayos, morsetería y cajas de inspección,2315 para soldaduras cuproaluminotermicas, y la serie 2281 para las mediciones.
EUCA S.R.L. FABRICA TODOS LOS ELEMENTOS PARA REALIZAR UNA INSTALACION DE P.A.T. DE ACUERDO  A LAS NORMAS IRAM MENCIONADAS. REALIZANDO EN EL INTI LOS ENSAYOS DE INTEMPERIZACION DE 1000 HORAS COMO FIJA LA NORMA IRAM 2428. GARANTIZANDO  NUESTROS MATERIALES POR CORROSION DURANTE 5 AÑOS.



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FIG. 12

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FIG. 13

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BIBLIOGRAFIA
NORMAS IRAM 2281-2-3, 2184-1 Y 1-1  2427-1
INSTALACIONES DE P.A.T. V. RE  DE EDITORIAL MACOMBO
P.A.T. EN EDIFICIOS Y EN INSTALACIONES ELECTRICAS DE REQUEMA-GASCA EDITORIAL PARANINFO
LA P.A.T. DE INSTALACIONES ELECTRICAS DE R.GARCIA MARQUEZ EDITORIAL ALFAOMEGA-MARCOMBO

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