INTRODUCCION A LAS TOMAS DE TIERRAS EN CENTROS DE TELECOMUNICACIONES.

peligro de muerte por toma de tierra de valor superior a 10 ohmios
toma de tierra superior a 10 ohmios es peligrosa

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A partir de las experiencias obtenidas en el transcurso de auditorias y visitas de instalaciones, se puede protocolizar un estudio “tipo” para evaluar diferentes necesidades, desde la implantación de una toma de tierra nueva a mejora de la existente.

 

Las tomas de tierra en una instalación, tienen que ser la parte más esencial y funcional de una instalación, de ella depende la seguridad de las personas y el buen funcionamiento de las instalaciones. Una resistencia de tierra puede ser muy buena en su construcción, pero si no se hace un mantenimiento adecuado ésta puede deteriorarse durante su vida útil y no pasar de los 2 años como electrodo de tierra eficaz.

La construcción de una toma de tierra, no sólo se basa en su pozo y electrodo, sino que es el conjunto de toda la instalación, de ella depende que aparezcan, o no, corrientes electrolíticas o vagabundas y se generen retornos de corrientes  indeseables por un mal diseño o una omisión de un correcto protocolo de mantenimiento. Saber unir equipotenciales de masas y  conectar las tierra de las protecciones de sobretensión indirectas son también esenciales e importantes, para no crear ruidos en la propia red de tierras o neutro. En definitiva, lo que se busca,  es  mejorar la seguridad de riesgos eléctricos en las instalaciones eléctricas y mecánicas para los trabajadores y optimizar el rendimiento de la información y los equipos, reducir costes de reparaciones cada año en las instalaciones y minimizar los paros técnicos  de comunicaciones a causa de des-conexiones eléctricas no deseadas, sea por funcionamiento propio de la instalación o fugas de corrientes de averías o  por rayos durante las tormentas.

 

Tenemos que recordar, que si aplicamos la ley de ohm a una toma de tierra como resistencia conocida y  simulamos una fuga de corriente industrial o de corriente de rayo, aparecerán más o menos tensiones en las instalaciones durante la presencia del fenómeno de la descarga eléctrica, esa tensión se puede minimizar cuanto más baja sea la resistencia de la toma de tierra, por ello es importante saber donde estamos y que queremos tener.

 

LA PROBLEMATICA

En las instalaciones eléctricas, aparecen diferentes fenómenos eléctricos, que no sólo son causados por el funcionamiento propio de la instalación eléctrica, sino también por los diferentes metales que la componen.  Dentro de la parte eléctrica podemos tener generadores de ruido que circulan por la toma de tierra, como los transformadores, los interruptores de carga, los condensadores, los variadores de frecuencia, los descargadores de sobretensión, los pararrayos tipo franklin, etc. Fuera de  la instalación eléctrica podemos tener ruidos en la red eléctrica, aunque ésta esté parada, son corrientes electrolíticas, vagabundas o galvánicas que son generadas por la unión de diferentes metales dentro de la construcción mecánica y eléctrica de la instalación, también tenemos que remarcar que últimamente hemos podido ver vibrar torres de telecomunicaciones debido a la conexión de masas de antenas a la misma estructura metálica o cable de cobre.

 

En este sentido, la distribución de cables de tierra, perimetrales, tomas de tierra y puestas a tierra tiene que tener una organización racional y con sentido, ya que no se pueden aislar las antenas ni las diferentes frecuencias, intentaremos en este trabajo reducir al máximo la incompatibilidad entre ellas, conectando  a cada equipo en sitio en función de su trabajo y situación.

 

La situación y valor de la resistencia de la toma de tierra, tiene que ser lo más baja posible durante todo el año, cada 5 años en función del tipo de electrodo usado, éste se tiene que cambiar, ya que existe una perdida de masa de los electrodos y una agresividad química entre los electrodos y los minerales del terreno o compuesto orgánico del pozo de tierra.

 

Procedencia de las perturbaciones que pueden afectar las instalaciones de toma de tierra.

Cargas electrostáticas.

Es un fenómeno que puede aparecer en las estructuras metálicas y derivar a tierra o circular por los conductores según su intensidad, son procedentes de fenómenos atmosféricos como el viento seco o tormentas eléctricas, incluyendo las erupciones solares. En el momento de su presencia,  por los cables de tierra aparecerán corrientes que pueden variar en función de la perturbación, en el caso del fenómeno rayo, puede aparecer circulación de corriente de más de 150 amperios. 

 

Pulsos electrostáticos (ESP).

Los pulsos electroestáticos son transitorios atmosféricos y aparecen en los equipos por la  variación brusca del campo electroestático presente en la zona durante la tormenta. También tenemos que destacar que todo aquello que se encuentre suspendido en el aire referente a tierra dentro de la sombra eléctrica, se cargará eléctricamente con una tensión proporcional a su altura y el campo electroestático presente, como si de un condensador se tratara. Como referencia a 10 metros de altura, en las líneas de datos o telecomunicaciones aisladas de tierra, pueden padecer tensiones de 100 a 300.000 voltios con respecto a tierra  dentro de un campo electroestático medio, y aparecer tensiones o arcos eléctricos en las mayas de tierra que apantallan los cables referentes a tierra.

 

Pulsos electromagnéticos  (EMP).

Este fenómeno puede ser generado por impacto de rayos lejanos o erupciones solares fuertes,  el contacto físico de la energía radiada incidirá en el punto de contacto metálico,  y se transformará en un  flujo de  corriente que circula por los conductores eléctricos de tierra a la toma de tierra,  proporcional a la intensidad de la corriente de descarga del rayo.

 

La energía radiada por el pulso electromagnético en el aire,  viaja a la velocidad de la luz  induciendo por acoplamiento todo aquello que se encuentre a su paso referente a tierra, destruyendo nuestros componentes electrónicos y los de nuestro vecino  en un radio de 1.500 metros y

llegando la señal radiada a más de 300 Km. de distancia.  La  intensidad del pulso electromagnético es variable en función de la intensidad del generador y del punto de contacto físico con el elemento impactado, el tiempo de la transferencia de la corriente a tierra y el nivel de absorción de la tierra física,  determinarán los valores eléctricos de acoplamiento y destrucción en los equipos cercanos.

 
   

 

Sobretensión y tensiones de paso durante  el impacto de rayo

 El impacto de rayos directos sobre los cables aéreos, genera una onda de corriente, de amplitud fuerte, que se propaga sobre la red aguas abajo y aguas arriba creando una sobretensión de alta energía.  Las consecuencias: Destrucción de material, envejecimiento prematuro de los componentes electrónicos sensibles y disfunción de los equipos conectados a la red con peligro de incendio.

Durante este fenómeno, aparecerá un  acoplamiento en los equipos que no estén conectados a la misma toma de tierra, o flotantes tendrán el riesgo de  que les aparezcan arcos eléctricos que saltarán entre masas de diferente potencial durante el instante de la descarga del rayo cercano, los valores de tensión que pueden aparecer serán superiores a 400.000 Voltios.

Corrientes de tierra.

 

En función de la intensidad de descarga de una fuga de corriente industrial o de la descarga de un rayo, las tomas de tierra no llegan a adsorber la totalidad de la energía potencial descargada en menos de 1 segundo, generando retornos eléctricos por la toma de tierra al interior de la instalación eléctrica. Este fenómeno puede generar tensiones de paso peligrosas.

 

Otro fenómeno que repercute a tensiones de tierra, es la diferencia de potencial entre masas o electrodos de tierra cercanos al impacto de rayo, al producirse la descarga del rayo todos los fenómenos antes descritos interactúan entre ellos y tienden a descargar a tierra, en función de la distancia entre electrodos se generará una resistencia propia del semiconductor (el compuesto químico de la tierra física), y aparecerán tensiones  de paso peligrosas entre electrodos.

 

CONTAMINACIÓN Y VIDA ÚTIL DE LOS ELECTRODOS

 

La vida útil de los electrodos  de tierra y cables de tierra se acorta con cada fuga de corriente industrial o descarga de rayos y sufren una pérdida de material a causa del brusco intercambio de iones en cada proceso de transferencia de energía.

 

Cuando se genera una fuga de corriente, ésta  pasa a tierra por medio del cable de cobre al  electrodo de tierra  para disiparse en  la tierra física, en ese momento la corriente crea un intercambio de iones o  electrolisis natural entre el material del electrodo y la tierra física, el intercambio iónico brutal o instantáneo reacciona con el entorno, creando una cristalización del  la tierra física y degradación y oxidación de los electrodos metálicos.

 

Cada fuga de corriente o descarga de rayo, evapora el agua que contiene la tierra a su alrededor en función de la intensidad, modificando la resistencia propia de la toma de tierra y aumentando el riesgo de aparición de tensiones en la próxima descarga.

 

Con el tiempo los electrodos que se utilizan como puesta a tierra, llegan a desaparecer,  ya  en su primer año de vida, pierden contacto físico con la tierra y su capacidad de transferencia disminuye  peligrosamente a causa de la oxidación.

 

Se tiene que tener en consideración que todos los materiales o puntos de contacto a tierra tienen diferentes valores de comportamiento eléctrico, su propia resistencia como conductor eléctrico puede variar considerablemente en función de las condiciones  que lo rodean (humedad, temperatura, contaminación química, etc.).

 

Qué función tiene la toma de tierra:

 

 

Todas las instalaciones eléctricas de Alta o Baja tensión y de pararrayos dependen de una toma de tierra, estas, están regularizadas por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, donde el objetivo prioritario es facilitar la fuga a tierra de cualquier índole, para proteger a las personas y reducir averías en los equipos eléctricos y electrónicos.

 

Una toma de tierra nos tiene que:

 

·       Evitar tensiones de paso peligrosas.

·       Evitar tensiones de contacto peligrosas.

·       Facilitar la tensión de fuga a tierra.

·       Disipar rápidamente la transferencia de energía a la tierra física.

·       Filtrar y atenuar retornos de corriente procedentes de rayos o sobretensiones indirectas externas.

·       Mantener la conductividad eléctrica del terreno.

 

De qué está compuesta una toma de tierra,

 

La componen un conjunto de elementos, y se puede resumir en:

 

·      Pozo de tierra, compuesto de electrodo y tierras orgánicas con o sin humidificación construido cerca de la instalación eléctrica principal.

·      Toma de tierra, compuesta por una barra de cobre para unión mecánica de equipos o masas metálicas.

·      Anillo o anillos equipotenciales, compuestos de platinas o cables perimetrales internos o externos a las instalaciones.

·      Cables de tierra para unir la toma de tierra con el pozo de tierra y anillos equipotenciales o pararrayos.

 

Escoger el lugar ideal donde construir una toma de tierra

 

IMPORTANTE, Siempre colocar la toma de tierra lo mas cerca posible del cuadro general baja tension.

 

Cual es el tipo de terreno

 

Un primer análisis de medidas de la resistencia de un terreno, nos dira si necesitamos bajar o no el valor de la propia resistencia del terreno, o no, y en cada caso determinaremos construir un pozo de tierra para alojar los electrodos  cubriéndolos de tierras orgánicas,  o solo  clavar 1 o 100 piquetas  o electrodos en el terreno. En un caso u otro, es importante señalar, en plano, la situación del pozo o satuación de las piquetas, para proceder a su mantenimiento periódico.

 

Aprovechamiento de las zonas húmedas

 

Si no tenemos agua en la zona, miraremos de poder aprovechar zonas húmedas naturales, no inundadas, en otros casos podemos canalizar los tubos de pluviales que descarguen a un depósito y de éste un tubo poroso que dosifique durante el año una constante de humedad a la zona de terreno donde se determine colocar el pozo de tierra.

 

Valoración del emplazamiento

 

Una vez mirado el emplazamiento idoneo, verificaremos si realmente el terreno tiene una buena conductividad eléctrica. Para ello utilizaremos un medidor de  tierras que esté homologado y calibrado. (Megger), Verificar su carga a más del 50%.

Cada fabricante tiene su procedimiento de medición, en este caso utilizaremos uno fiable de marca KYORITSU modelo 4105A.

 

Este modelo trabaja con dos tipos de configuraciones, 2 o 3 electrodos, utilizaremos el de 3 electrodos, un electrodo de referencia (cable verde) y 2 electrodos de lectura (cable rojo y amarillo),

 

Podemos efectuar separaciones de electrodos de 5 o de 10 metros entre electrodos según su manual, utilizaremos en esta demo  la separación de 10 metros entre electrodos.

 

Para proceder al análisis del terreno:

  1. Tomaremos como referencia el punto donde queremos colocar la toma de tierra
  2. Clavaremos una piqueta de cobre de 1 metros a 50cm de profundidad, ésta será nuestro electrodo de tierra de referencia (E).
  3. Contaremos 10 metros en línea recta y clavaremos la primera piqueta de referencia (P)
  4. Contaremos 10 metros en línea recta  y clavaremos la segunda piqueta de referencia (C).

 

 

Procederemos a conectar el Megger (M):

  1. El cable verde al electrodo de referencia (E)  y a su base de conexión del megger de color verde
  2. El cable amarillo al electrodo de referencia (P)  y a su base de conexión en el megger color amarillo
  3. El cabe rojo al electrodo de referencia (C) y a su base de conexión del megger de color rojo.

 

En caso de que el fabricante del equipo de medida no suministre los electrodos de referencia, podéis utilizar piquetas de cobre de 50 cm. para clavar por lo menos 30 cm en tierra.

 

Procedimiento de medidas.

 

Para efectuar una valoración correcta  del terreno y conocer la resistencia en ohmios real del  propio terreno, efectuaremos por lo menos 5 medidas  en forma de abanico referente al electrodo de referencia (E) donde teóricamente construiremos después la toma de tierra. Es decir que no moveremos el electrodo (E) y si los electrodos de medidas (P y C),cable  amarillo y rojo.

 

Medidas eléctricas

 

Primero,  y antes de efectuar una medida:

  1. Revisar las baterías
  2. Revisar que los cables verde, amarillo y rojo separados entre ellos y no se crucen
  3. Comprobar que no hay tensiones entre los electrodo, poner selector en EARTH VOLTAGE, si aparecieran tensiones, se tendría que determinar el porqué. En algunos casos, pueden aparecer tensiones de 10 o 20 voltios a causa de inducciones de centros de transformación de redes eléctricas subterráneas o fugas de corrientes en otras instalaciones cercanas y que la toma de tierra esté interpuesta entre nuestra trayectoria de lectura. En este caso, no podemos proceder a efectuar la lectura porque además de ser peligroso, el equipo se puede averiar, en este caso buscaremos la fuente de perturbación y la marcaremos para tomar actuaciones.
  4. Si la lectura de tensiones residuales es cero, procederemos a colocar el selector  en  200 ohmios,  y antes de apretar el botón (PRESS TO TEST), comprobaremos que nadie toca los cables.
  5. Una vez efectuado las comprobaciones del 1 al 4,  apretar el botón TEST.
  6. Verificar y anotar el valor en ohmios de la pantalla, si el valor es inferior a la escala, podéis pasar directamente el selector a 20 ohmios.
  7. Volver a efectuar la medida, en el caso de que los números bailen separados de puntos, eso  nos señala un cable o electrodo sin colocar, o suelto.
  8. Si el valor es fijo, Anotar el valor en una tabla y seguir el análisis de las 5 medidas.

 

En algunos casos las medidas tomadas tienen un margen diferencial superior al 50 %, llegando incluso algunas a bajar por debajo de los 5 ohmios referentes a la media de 20 ohmios, este fenómeno puede ser causado por perturbaciones de metales enterrados, tipo tuberías o viejas instalaciones, en este caso tendremos que rectificar la posición de la medidas o cambiar el punto de referencia de nuestra posible situación de la toma de tierra.

 

Sumar los 5 valores de registros y dividir entre 5 y tendréis la media en ohmios del valor de la resistencia eléctrica resultante, esa será el valor de la resistencia teórica del terreno en ese momento, en ese punto y con un solo electrodo.

Podéis clavar mas electrodos de referencia en el punto donde queremos construir la toma de tierra y verificar como las mismas medidas efectuadas antes, bajan de valor. Se recomienda en este caso, separar los electrodos de referencia en el punto (E) de 50 cm cada uno para mejorar el valor de medida. NO MOJAR LA TIERRA PARA MEJORAR EL VALOR , es un engaño técnico e irresponsable.

 

En instalaciones de tomas de tierra existentes, las medias que se efectuarán, serán las mismas que en las nuevas, sólo que el electrodo de referencia será todo el centro de telecomunicaciones, ya que posiblemente todas las partes metálicas y electrodos del centro, estén al mismo potencial. En estos casos, los electrodos de referencia (P y C) se clavarán fuera del centro y se utilizará la parte más saliente del equipotencial de tierras existente como electrodo de referencia (E).

 

Elección de electrodos

 

Existen diferentes tecnologías de electrodos:

  • Electrodos tipo jabalina de acero/cobre, son normalmente jabalinas de acero con diferentes baños electrolíticos de cobre 50 o 300 micras.
  • Electrodos de Inoxidable (no las recomiendo porque son muy malas conductoras).
  • Estrellas de cobre puro de diferentes tamaños, muy eficaces en terrenos muy altos de resistencia y poca profundidad.
  • Electrodos o Platinas de platino (estas son para toda la vida).
  • Electrodos o platinas de cobre estaño (no duran mucho, se oxidan).
  • Electrodos químicos (los ecologistas no les gusta nada y se comen los cables de cobre)
  • Electrodos de cemento semiconductor (una tecnología que da un alto rendimiento coste/mantenimiento y se está implantando mucho.
  • Electrodo de ZINC con aleaciones ( no las recomiendo por su gran poder de contaminación de las aguas freaticas por la perdida de material)

 

Para terrenos por debajo de 100 Ohmios y blandos, podemos optar a colocar jabalinas de cobre, a ser posible de 300 micras y utilizar arquetas de PVC, para terrenos superiores a 100 Ohmios  y terrenos duros, recomiendo pozos de tierra y electrodos tipo estrella, para terrenos por encima de 500 Ohmios recomiendo cable de cobre combinado con cemento semiconductor. 

 

Nota: las tierras del  primario del transformador se construirán mínimo a 15 metros de distancia de la parte más saliente del anillo externo equipotencial de tierra, el cable se enfundará en su trazada desde el transformador hasta su pozo o tomas de tierra.

 

 

PROTOCOLO DE MANTENIMIENTO.   

 

El periodo de revisión:   ANUAL

 

Procedimientos de mantenimiento:

 

Puesta a tierra:

 

  • Se procederá a efectuar diferentes medidas de la resistencia del conjunto puesta a tierra de la instalación, para tomar las medidas oportunas de mejora.
  • Se procederá  a verificar la continuidad de las conexiones eléctricas y su nivel de corrosión para tomar las medidas oportunas de corrección
  • Se procederá cada 4 años a desenterrar los electrodos para la revisión de la pérdida de material, corrosión o cambio si fuera necesario.

 

     Conductores eléctricos y equipotenciales:

  • Se verificarán el nivel de corrosión o roturas de los soportes o grapas de los cables eléctricos, en caso de necesidad se cambiará por uno nuevo
  • Se verificará la continuidad y resistencia eléctrica entre la toma de tierra y el pararrayos y se tomarán medidas de corrección o cambio.

 

 

 

 

 

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