Puesta a Tierra y Recomendaciones en Instalaciones de Radio (página 2)

1.6 Red de Tierra:

La masa conductora
de la tierra
constituye un potencial eléctrico de referencia
único. Bajo este concepto puede
definirse a una toma de tierra, como aquella constituida
por un electrodo conductor en tierra o conjunto de ellos
interconectados, que aseguren una conexión
eléctrica con la tierra, formando de esta manera una
red de tierra.

Las placas de
tierra que sirven para interconectar a los equipos y los cables
que vinculan estas placas con las tomas de tierra deben ser
consideradas como parte de la red de tierra.

Su función es
garantizar:

• La seguridad de
  las personas.
• Un potencial de referencia
  único a todos los elementos de la instalación. De
  esta manera se logrará la protección adecuada y
  el buen funcionamiento de los equipos.
• El camino a tierra de las
  corrientes de falla.

Para cumplir con
los objetivos
arriba mencionados, una instalación debe contar con dos
características fundamentales:

• Una red de tierra única
  y equipotencial.
• Un bajo valor de
  impedancia.

Si partimos de la
premisa que una red de tierra es la
encargada de derivar la energía del rayo a la masa
conductora de la tierra, la misma será más
efectiva, cuanto menor sea la impedancia que presente en su
unión eléctrica con la masa de la tierra. Esta
característica dependerá de la resistividad del
terreno, de su ionización y de la geometría de los conductores de
tierra.

La resistividad
del terreno es variable de un terreno a otro, depende de su
contenido de humedad y de su temperatura,
pudiendo variar la impedancia de tierra medida en distintos
lugares del mismo terreno, como así también hacerla
variar con el transcurso del tiempo.

Un terreno es
frecuentemente heterogéneo, tanto horizontal como
verticalmente.

La resistividad de
las capas superficiales presenta importantes variaciones
estacionales bajo el efecto de la humedad (disminuyéndola)
y de las sequías (aumentándola). Esta acción
se puede producir hasta profundidades de aproximadamente 1 a 2
metros.

Otro elemento
determinante en la constitución del terreno, es su
granulación y su porosidad, que determina su poder de
retener humedad y por lo tanto su calidad de
contacto con los electrodos de tierra. Es por ello, que terrenos
de granos gruesos, pedregosos son malos para conseguir buenos
valores de
impedancia de tierra.

En algunos casos,
puede pensarse en agregar productos
químicos, con el objetivo de
mejorar la conductividad del terreno. No deberá perderse
de vista que esta solución es transitoria, ya que estos
productos deberán mantenerse en buen estado e
incluso renovarlos para mantener una elevada conductividad. Por
eso no se recomienda la utilización de estos
productos.

Por lo dicho, para
poder dimensionar un sistema de puesta
a tierra, deberá conocerse el valor de resistividad del
terreno, su configuración y la disposición
geométrica en que podrán tenderse los conductores
de tierra.

Será
recomendable al medir el valor de resistividad del terreno,
repetir la medición variando las distancias y la
profundidad de los electrodos de pruebas, con
el objeto de poder observar la variación de resistividad
en función de la profundidad del terreno.

Con este valor de
resistividad, podrán utilizarse ecuaciones y
tablas que nos permitirán conocer con cierta
aproximación el valor de resistencia de
tierra a obtener.

Todo lo expresado,
lleva a pensar que no en todos los terrenos podrá
conseguirse un bajo valor de resistencia de tierra, y no
deberá caerse en el error de intentar lograrlo en terrenos
de muy alta resistividad. Tal es el caso de zonas
montañosas, en donde resulta inútil e ineficaz
plantear una red de tierra convencional. No solo por su
imposibilidad de realizar excavaciones, sino por la
pérdida de efectividad. En este tipo de suelos, la falta
de tierra blanda, hace que la conductividad superficial sea
reducida, siendo necesario en estos casos plantear una red de
tierra que se independice del valor de resistencia de tierra y
focalice su objetivo en dispersar toda la energía
proveniente de una descarga atmosférica.

Nota: Según la recomendación de
TASA (Aceptación del Sistema), el sistema de puesta a
tierra diseñado debe ser previsto para lograr una
resistencia de difusión al suelo, igual o
inferior a 5 ohms en terrenos con resistividades de hasta
100 ohm · metro. De tal manera queda establecido en
ese valor (5 ohms) como el límite de aceptabilidad de la
resistencia a tierra que deberá medirse en suelos que no
superen dicha resistividad, mediante el uso de un
telurímetro conectado al sistema de puesta a tierra de la
estación de radioenlace.

En aquellos
terrenos que excedan el valor indicado de resistencia
específica de 100 ohm · metro, podrá
admitirse un aumento de la resistencia de difusión a
tierra proporcional al incremento de la resistividad, en
relación con el valor referencial de 100 ohm ·
metro.

Para un suelo de
resistividad de 250 ohm · metro, el cálculo a
realizar será:

Este valor
será el máximo aceptable en este tipo de
terreno.

Como ejemplo de
valores de resistividad de terrenos se adjunta la siguiente
tabla.

De cualquier
forma, esta resistividad varía con la humedad, con la
temperatura, estratos y diferentes estaciones del año, por
lo cual lo mejor es registrar cuando fueron tomadas las medidas
para volver a repetirlas (a los fines de mantenimiento)
en la misma época del año.

1.6.1 Método
sencillo para determinar la resistividad del
suelo:

Se introducen
superficialmente cuatro electrodos con la misma
separación, la profundidad de penetración (b) debe
ser menor que el espacio entre los electrodos (a), en donde (a
³ 20. b). Se aplica una corriente
conocida entre los dos electrodos exteriores y se mide el
potencial entre el par interior. Luego utilice la siguiente
fórmula:

r = 6,28 . a . (V/I)

La fórmula
anterior nos permite conocer la resistividad del suelo en
ohm.m.

1.7
Red de tierra del edificio:

La regla
básica con la que se plantea la red de tierra es la
utilización de un anillo perimetral de tierra, integrando
a éste, electrodos de tierra (Norma de
Telecom).

Si bien
técnicamente es ideal el trazado de un anillo perimetral,
rodeando exteriormente al edificio a proteger, no siempre es
posible por las características o disposición de
algunas edificaciones.

El anillo
perimetral estará formado por un conductor de cobre desnudo
de 50 mm2 de sección, debiendo rodear
perimetralmente al edificio. Este conductor enterrado
deberá ser continuo, sin ningún tipo de empalme
(salvo en las cámaras de inspección) y con entradas
directas a la placa de tierra interna del edificio.

De ser posible el
anillo perimetral estará enterrado a una profundidad de
0,60 a 0,80 metros formando un anillo cerrado instalado a 1
metro, de las paredes laterales del edificio.

El anillo
perimetral no debe presentar ninguna discontinuidad y al edificio
se ingresa por medio de los extremos del mismo llegando a la
placa de tierra por conductos separados. Integradas al anillo
perimetral enterrado y por medio de soldadura
cuproaluminotérmica, se deberán instalar jabalinas
de acero cobre de
1,5 m de longitud y 16 mm de diámetro, hincadas en el
terreno y distribuidas a lo largo del dispersor con una
separación mínima de 2 veces la longitud de la
jabalina.

De ser posible,
deberá colocarse en cada punto de cambio de
dirección o de interconexión del
anillo perimetral una jabalina. Esto se debe a que frente al
escarpado pulso del rayo cada interconexión o cambio de
dirección vertical u horizontal del anillo perimetral,
representa un incremento de impedancia, que se traduce en un
incremento de tensión.

1.8 Red de
masa:

1.8.1 Masa:

Es la masa
conductora de un equipo eléctrico susceptible de ser
tocado por una persona, que
normalmente no está bajo tensión, pero puede
estarlo en caso de falla de aislamiento de las partes activas de
ese equipo.

1.8.2 Red de masa:

Es el conjunto de
las masas y de los conductores de protección que conectan
las masas a las barras de tierra. Los principios
adoptados para la implementación de una red de masa
definen un Plano de masa.

El plano de masa
debe ser único y común a todos los equipos y
realizado tan correctamente como sea posible.

La red de masa
debe realizarse para conseguir dos objetivos:

• Protección de los
  equipos y de las personas.
• Calidad de funcionamiento de
  los equipos.

Los métodos
constructivos a aplicar para lograr el primer objetivo, no son
exactamente igual al método a aplicar para conseguir el
segundo objetivo.

La red de masa en
estrella realizada a partir de la placa de tierra tiende a
la protección de los equipos y de las personas contra las
perturbaciones de baja frecuencia, no siendo tan eficaz ante
agresiones de alta frecuencia.

La
ejecución de una red de masa en malla,
además de cumplir con los mismos objetivos que una
distribución en estrella, mejora la
protección de los equipos ante las altas
frecuencias.

Para la correcta
realización de una red mallada, las conexiones deben ser
lo más cortas y directas posibles. Por lo dicho una
conexión corta y de buena dimensión presenta una
baja impedancia para las altas frecuencias.

Por lo tanto los
armazones y los elementos metálicos se conectan a la masa
por medio de una conexión lo más corta posible,
además de interconectarse entre sí, formando de esa
manera una red de masa.

1.8.3 Conexiones de las
masas:

Cada equipo debe
estar conectado a la placa de masa ó a la placa de tierra
por medio de un conductor específico. En el caso de
edificios de varios pisos con una gran cantidad de equipos la
instalación es compleja. Por eso, siempre que sea posible,
en esos casos se deberá llevar una placa por piso, a los
efectos de distribuir desde ella a cada sala de equipos con un
cable de protección.

Los conductores de
protección deberán ser aislados, mientras que a
nivel de vinculación de equipos puede utilizarse conductor
desnudo.

El
dimensionamiento de los cables de protección
dependerá de la corriente de falla de los equipos, desde
dos puntos de vista:

• No debe producir calentamiento
  en el conductor de protección.
• La elevación de
  potencial de la masa del equipo con respecto a tierra y su
  relación con la masa de otros equipos no debe ser
  peligrosa ni para el personal, ni
  para el equipamiento.

De lo dicho, es
que en todo momento deben buscarse resistencias
muy bajas en las secciones de los conductores de
protección utilizados.

Como regla general
puede adoptarse:

1.8.4 Red de masa mallada:

Se basa en el
principio de la interconexión de todas las masas
metálicas que incluyen los bastidores ó chasis de
cada sistema y la interconexión de las diferentes masas
(tierra electrónica y tierra mecánica).

Una red de masa en
forma de malla, estará formada por:

• Conductor de masa
• Parte metálica de los
  equipos
• Bandejas de cables,
  etc.
• Pantalla de los
  cables

1.8.5 Conexión de las masas utilizadas en
el edificio:

Deberán
estar conectadas al plano de masa todos los elementos
metálicos situados en las proximidades de los sistemas de
telecomunicaciones, como ser:

• Cables de entrada al
  edificio
• Repartidores
• Pisos técnicos de salas
  de conmutación
• Marcos de aberturas de acceso a
  cada sala
• Canalizaciones de
  agua
• Canalizaciones de gas.
• Columnas ascendentes de
  calefacción
• Sistemas de
  calefacción

1.9 Toma de tierra
del pararrayos:

1.9.1 Función:

La
instalación de los pararrayos debe garantizar la
protección de los edificios contra descargas
atmosféricos directas, no protegiendo cuando estas son
transmitidas a través de la red de distribución de
energía
eléctrica.

Una
instalación de un pararrayos está dividida en tres
partes:

• Estructura de
  recolección
• Estructura de
  descenso
• Estructura de flujo (tomas de
  tierra propias)

Todo tipo de
antena a instalar en una torre deberá estar
indefectiblemente debajo del "cono de protección" del
pararrayos. Se define así al cono de 30 ° con vértice en el extremo superior
del pararrayos.

La
instalación del pararrayos prevista para canalizar las
descargas directas deberá estar preparada para hacer fluir
las corrientes instantáneas a través de conductores
de baja impedancia (estructura de
descenso), disponiéndose del lado más alejado a las
instalaciones (estructura de flujo).

De esta manera se
logrará:

• Que el impacto directo de un
  rayo sobre cualquier componente de la instalación se
  canalice adecuadamente a tierra.
• Evitar los fenómenos de
  inducción sobre los cables de descenso de
  antenas.

La
instalación del pararrayos deberá estar acorde a la
estructura del edificio, evaluándose en cada caso
características relacionadas con él mismo (equipos
asociados). La instalación se ajustará a la Norma
IRAM 2184.

Deberá
tenerse en cuenta entre otras cosas:

• Dimensiones del
  edificio.
• Puntos más vulnerables
  del edificio.
• Forma e inclinación del
  techo.
• Altura de las
  antenas.

• Elementos metálicos
  existentes a nivel de techo: ductos de aire
  acondicionado, escaleras de cables, etc.

• Disposición de
  cañerías de agua,
  eléctricas, etc.
• Ubicación de las salas
  de equipos sensibles.

1.9.2 Estructuras de
recolección:

Normalmente son
utilizados elementos de captura de una sola punta ó de
varios elementos, llamados normalmente tipo Franklin.

El área de
protección suministrada por este tipo de elemento captor,
es esencialmente variable y depende de la corriente pico del
retorno del primer impacto del rayo en KA. Prácticamente
puede adoptarse que la zona protegida por este tipo de pararrayos
está limitada por un cono cuya punta coincide con la punta
del pararrayos y cuyo ángulo medido a partir de la misma
es de 60º.

1.9.3 Protección tipo caja
mallada:

Cuando se utilice
como protección la del tipo mallada en un edificio,
será aplicable el de una sola punta. En estos casos, las
puntas están colocadas en los puntos más
vulnerables del edificio. Los conductores de techo estarán
destinados a canalizar la corriente de rayo desde los
dispositivos de captura hacia los conductores de descenso. Para
este tipo de instalaciones, los conductores de techo
deberán formar un polígono cerrado cuyo
perímetro se encuentre cerca del perímetro del
techo. Este sistema de protección es ideal para edificios
con geometrías regulares, sin torre.

Los descensos
deberán estar colocados en los ángulos o en las
partes salientes del edificio. Este sistema es de costosa
realización.

1.9.4 Conductores de
descenso:

Los conductores de
bajada deberán soportar el flujo de corriente desde el
terminal aéreo hasta los terminales de tierra. Estos
conductores deberán ser de una sección
mínima de 50 mm2.

Dado que la
corriente del rayo es un impulso característico, se
recomienda utilizar fleje, dado que la superficie de
dispersión de este es mayor que un conductor redondo para
una misma sección. Se utilizará como conductor de
descenso fleje de cobre de 30 x 2 mm. No se permite utilizar como
conductor de descenso cables coaxiales aislados o vainas
aisladas.

Los conductores de
descenso deberán ser instalados fuera de la estructura
(salvo en casos especiales) y por la cara más alejada a la
sala de equipos.

Normalmente solo
es necesario un conductor de descenso, excepto en los casos en
que el recorrido horizontal del conductor de bajada es más
largo que el vertical o cuando la altura del edificio supere los
28 m, para los cuales se utilizan dos conductores.

El recorrido del
conductor de bajada debe ser lo más recto posible, con
curvas, si no se las puede evitar, no inferiores a 20 cm de
radio.

El recorrido
deberá ser elegido de tal manera de evitar cruce o
acercamientos con canalizaciones eléctricas. Deben estar a
más de 3 m de toda cañería ascendente
exterior de gas y no debe estar conectada con ella. En aquellos
edificios donde no sea posible realizar el recorrido en forma
externa, podrá realizarse en forma interna, a
través de un conducto específico.

1.9.5 Toma de tierra para
pararrayos:

El valor adoptado
para estas tomas de tierra deberá ser menor a 10
W . La toma de tierra
estará constituida por fleje de cobre de 30 x 2 mm,
dispuesta en forma de pata de ganso, es decir, tres flejes de 5
metros de longitud, enterrados horizontalmente a una profundidad
entre 0,60 y 0,80 metros formando un ángulo entre ellos de
60º. Si es posible ésta deberá estar situada a
no más de 5 m del pie de la torre ó de la pared del
edificio. En el extremo de cada uno de los flejes se
hincarán jabalinas (una en cada extremo o punto de
conexión).

Se deberá
prestar mucha atención a que la toma de tierra del
pararrayos esté alejada por lo menos 3 m de cualquier
elemento metálico que no penetre en el edificio
protegido.

1.10 Toma
a tierra de la torre:

1.10.1 Conceptos
generales:

Como ya se ha
visto las torres y los edificios deben ser protegidos
adecuadamente, a los efectos de equilibrar las medidas necesarias
con las destinadas a la protección de los equipos de
telecomunicaciones.

Las partes
metálicas de la torre y del edificio deben ser
interconectadas y vinculadas adecuadamente a las partes
metálicas de los equipos.

Los equipos de
telecomunicaciones podrán colocarse en edificios separados
a las torres pero preferiblemente cercanos o en las propias
torres.

En la
práctica, todas las torres y mástiles tienen los
mismos elementos a proteger:

• Antenas
• Cables de bajada de antenas:
  guías de onda y cables coaxiles.
• Cables de descenso de
  balizamiento.

La toma a tierra
de las estructuras metálicas de soporte, (torres o
mástiles) tiene por objeto canalizar las descargas que
pudiesen entrar, no solo por éstas, sino por todo elemento
vinculado eléctricamente a éstas.

Ya que
constructivamente las torres y mástiles son diferentes,
sus conexiones a tierra también lo serán, en cambio
los descensos de antenas y balizas se protegen de la misma manera
(independientemente de su estructura de soporte).

1.10.2 Toma a tierra de torres
autosoportadas:

Básicamente
son estructuras metálicas piramidales de 3 o 4 aristas.
Cada pie descansa sobre una fundación de hormigón
independiente del resto. En estas estructuras, las descargas
sobre elementos de ella, son canalizadas por la bajada del
pararrayos y por la propia estructura.

Por este motivo,
las torres tendrán una toma de tierra específica.
Su punto de partida será una placa de cobre (220 x 100 x
10 mm) unida mecánica y eléctricamente a la
estructura de la torre. Esta barra, será situada en la
pata más alejada de la pared más próxima a
la torre. Desde ésta partirá un fleje de cobre de
30 x 2 mm que será vinculado con soldadura
cuproaluminotérmica a una jabalina de acero-cobre hincada
al pie de la torre. El resto de las patas deberán estar
conectadas entre sí perimetralmente con un fleje de cobre
de 30 x 2 mm soldado a cada pata. Estas vinculaciones
equipotenciales serán realizadas bajo tierra a una
profundidad no inferior a 0,20 m. En el caso de obras nuevas se
agregará la vinculación eléctrica del
hormigón armado a las patas de la torre.

1.10.3 Toma a tierra de
mástiles:

Los
mástiles son estructuras de tipo prismático cuyo
único pie de apoyo descansa sobre una fundación de
hormigón. La resistencia de esta estructura es conseguida
por tensores o riendas que vinculan mecánicamente el
mástil a diferentes alturas con puntos de fijación
terrestres que las agrupan llamados anclotes.

Este tipo de
estructuras presenta un comportamiento
diferente al de las torres; la mayor parte de la descarga del
rayo fluirá a través de las riendas. La primera
medida consiste en vincular eléctricamente todas las
riendas que convergen a un mismo anclote con un conductor
adecuado a cada caso.

Sobre la
superficie, las riendas se interconectarán con cable de
acero galvanizado de diámetro mínimo 6 mm, unidos
entre sí con grampas prensacables de acero galvanizado.
Las curvaturas de estos cables intentarán por todos los
medios,
descender con el cable verticalmente en sentido de la
descarga.

De la rienda
más baja, partirá una vinculación con cable
de acero galvanizado hacia el suelo, pero antes de su ingreso al
terreno, se unirá con soldadura cuproaluminotérmica
a un cable de cobre desnudo de 50 mm2 el que,
enterrado a una profundidad de entre 0,60 a 0,80 m,
seguirá un recorrido paralelo al anclote y hacia la parte
posterior del anclote. Inmediatamente después de
éste, se formará una pata de ganso con el mismo
conductor y dos jabalinas de acero-cobre soldadas
cuproaluminotérmicamente. En todos los anclotes
será dispuesta esta toma de tierra.

1.10.4 Verificaciones a
realizar:

Los valores
aceptados de resistencia de la toma a tierra de la torre ó
de los anclajes de riendas (en el caso de los mástiles)
deberán ser inferiores o iguales a 10 W . En todas las vinculaciones de masa
metálicas debe existir una resistencia de contacto
inferior o igual a 1 mW .

12. Toma a tierra de las antenas y de los
    cables de telecomunicaciones (Guías de onda y cables
    coaxiles):

1.11.1 Antenas:

Todas las antenas
deberán estar vinculadas por medio de un cable de cobre
aislado de 50 mm2 de sección, color verde, a la
estructura metálica de la torre a través de
terminales de compresión.

1.11.2 Guías de onda y cables
coaxiles:

La
vinculación será realizada con un kit (Grounding
Kit) de puesta a tierra que consiste básicamente en una
abrazadera que permite la unión eléctrica del
conductor exterior del cable o guía de descenso de antena
con la torre. La vinculación es en la parte superior
después de la curva del cable y a nivel inferior, antes de
la curva que ingresa a la sala de transmisión. La
conexión eléctrica a la torre no será
realizada directamente sobre ésta sino montando una barra
de cobre en la estructura (nunca agregar perforaciones a la
torre), o en la bandeja, y sobre la cual se conectarán los
kits de puesta a tierra. Esta conexión debe ser lo
más corta, directa y vertical (descendente)
posible.

La barra
horizontal permite futuras ampliaciones en la cantidad de
descensos.

Si bien se ha
estipulado como condición mínima, la
conexión de los descensos en dos lugares, este criterio
varía de acuerdo a la altura de la estructura a
saber:

1.11.3 Pasamuros:

Si bien se ha
planteado un sistema de puesta a tierra integrado, el equipo
asociado a la torre puede sufrir las consecuencias del impacto
del rayo, si no se toma precauciones adicionales a las ya
planteadas en los apartados anteriores.

Una descarga que
circule por los descensos de antena hacia la toma de tierra,
utilizará como camino al pasamuros y el fleje que lo
conecta a la toma de tierra del edificio. Por lo tanto las
guías de onda y las mallas exteriores de los cables
coaxiles serán conectados al pasamuros logrando de esta
forma una conexión corta y directa a tierra.

Para ello se
instala una barra de cobre por debajo de los cables de ingreso, a
la cual se conectarán los cables de descenso (de los kits
de tierra), y desde la que partirá el fleje de bajada
hacia una cámara de inspección con una placa de
cobre y de allí a una jabalina de acero-cobre.

1.11.4 Balizas:

Generalmente los
conductores que descienden desde una o varias balizas,
están canalizadas en el interior de cañerías
galvanizadas con cajas de inspección a distancias
regulares. Esta instalación debe vincularse
eléctricamente a la estructura (metálica de la
torre) utilizando cable de cobre aislado normalizado de 16
mm2 color verde.

Este tratamiento
debe aplicarse a cualquier conductor susceptible a descargas que
desciende de una estructura. Tal es el caso de los generadores
eólicos, paneles solares montados sobre estructuras
metálicas y toda otra configuración que así
lo requiera.