Evaluación de sistemas de puesta a tierra temporal para el mantenimiento de las líneas de distribución

RESUMEN

Este trabajo de grado tiene como enfoque principal comparar diferentes esquemas de puesta a tierra temporal para el mantenimiento de líneas de distribución y determinar los esquemas más seguros para el personal de mantenimiento.

La comparación de los distintos esquemas de puesta a tierra temporal se realiza mediante el software Circuit Maker, en el cual se simulan circuitos de distribución de energía eléctrica de niveles de 13,2 kV con neutro y sin neutro.

INTRODUCCION

Los sistemas de distribución son de operación continua por lo tanto se revisan continuamente y se realizan mantenimientos frecuentes. Para la realización de estos mantenimientos es muy importante brindar seguridad al personal ya que son mantenimientos muy peligrosos debido a que los voltajes de servicio son altos y las líneas están constituidas por conductores desnudos.

Este documento describe en cuatro capítulos los factores a tener en cuenta en el mantenimiento de líneas de distribución, los sistemas de puesta a tierra, sus aplicaciones y los resultados de las simulaciones de los diferentes esquemas de puesta a tierra.

Entre los objetivos de este trabajo están:

OBJETIVO GENERAL

Realizar un análisis comparativo de los esquemas de puesta a tierra temporales para el mantenimiento de líneas de distribución aéreas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Simular los diferentes esquemas de puesta a tierra temporales para el mantenimiento de líneas de distribución.

• Identificar las ventajas y desventajas de los diferentes esquemas de puesta a tierra.

• Estudiar la documentación técnica y legal relacionada con el mantenimiento de líneas de distribución.

• Identificar el método de puesta a tierra temporal más adecuado para el mantenimiento de una línea de distribución.

1. PRINCIPALES FACTORES EN EL MANTENIMIENTO DE LINEAS DE DISTRIBUCIÓN

En los sistemas de distribución se deben supervisar las líneas todos los días y realizar mantenimientos preventivos cada 6 meses.

Los mantenimientos se pueden realizar de dos formas:

a) Líneas desenergizadas (en frío): Un circuito se podrá desconectar para hacerle mantenimiento si hay posibilidad de garantizar la suplencia a través de otro circuito o si el circuito de referencia puede desconectarse sin consecuencias graves, en los casos que no es posible hacerse lo anterior deberá hacerse necesariamente mantenimiento en caliente.

b) Líneas energizadas (en caliente): Este tipo de mantenimiento se realiza cuando las líneas se encuentran sobre vías rápidas, debido a que no se puede dejar sin energía el sector por mucho tiempo o cuando se trata de una zona industrial ya que se causarían demasiadas pérdidas o garantizar la suplencia a través de otro circuito.

Además es importante saber como se encuentra el lugar de trabajo, se necesita podar árboles o retirar objetos extraños que impidan la operación normal en el mantenimiento.

1.1 TIPOS DE MANTENIMIENTO.

PREVENTIVO: Son aquellos trabajos que se ejecutan para preservar la durabilidad de los equipos e instalaciones eléctricas, así como aquellos que puedan evitar las fallas en el sistema de distribución. Además, en los mantenimientos preventivos se revisan postes, instalaciones, equipos, se realizan mediciones de puesta a tierra, conductores, aisladores, arboles en crecimiento.

CORRECTIVO: Se incluyen todas las actividades necesarias para corregir las fallas y evitar que se repitan o para restablecer el servicio, una vez ejecutado el trabajo, si éste hubiera sido suspendido.

1.2 ANOMALIAS

En los mantenimientos se pueden encontrar tres diferentes tipos de anomalías [5]:

Anomalía general: Es aquella que va a provocar una falla en la red y tiene una solución estándar, por lo tanto, tiene prioridad y genera una acción de mantenimiento preventivo. Entre los principales tipos de anomalía están: montaje incorrecto, material inadecuado, material deteriorado o existencia de objetos extraños. [5]

Las prioridades posibles son:

1. Posibilidad de falla inmediata que amerita una tarea de mantenimiento preventivo urgente (corte forzado).

2. Posibilidad de falla en mediano plazo que amerita una tarea de mantenimiento preventivo. (Se debe planificar en reuniones periódicas de cortes programados)

3. Posibilidad de falla a largo plazo con margen de planificación acorde (vuelve a estado de mantenimiento normal).

Anomalía a estudio: Es aquella que no tiene una solución estándar por lo tanto se pasa a estudiar la clase de anomalía y se definen dos prioridades: Urgente y normal. Entre los principales tipos de anomalía están: descargas eléctricas, cortocircuitos o fenómenos naturales. [5]

Anomalía sin consecuencia: Es una diferencia respecto de las condiciones de diseño pero no va a producir una falla en la instalación, por lo tanto no tiene ni prioridad, ni genera tarea de mantenimiento. [5]

1.3 SEGURIDAD DEL PERSONAL.

En el mantenimiento de una línea de distribución los operarios deben tener en cuenta sus implementos de seguridad para evitar algún accidente, por ejemplo: Protector de postes, protector de líneas, protector de aisladores, guantes, gafas, cascos y jumper (puente).

Una adecuada puesta a tierra temporal de las líneas de distribución durante las actividades de mantenimiento permite brindar seguridad eléctrica a los trabajadores ante fenómenos que impliquen un alto riesgo eléctrico como tensiones de toque, tensiones de paso, tensiones y/o corrientes inducidas por líneas energizadas, cargas estáticas, descargas atmosféricas, energizacion accidental de los circuitos, etc.

1.3.1 Efectos de la corriente en el cuerpo humano.

Una falla de aislamiento en una instalación eléctrica provoca la circulación de una corriente llamada "corriente de contacto", la cual es la que pasa a través del cuerpo humano cuando éste está sometido a una diferencia de potencial.

La intensidad de la corriente de contacto produce distintos efectos sobre el cuerpo humano según sea su valor. En esta descarga eléctrica la persona deja pasar por su cuerpo una corriente eléctrica de mayor o menor intensidad, sufriendo un calambre o sacudida cuyas consecuencias pueden ser muy variadas; por ejemplo: un simple cosquilleo, una quemadura grave o leve, una paralización total o parcial, tetanización o contracción muscular, asfixia y paro cardiaco por fibrilación ventricular del corazón y finalmente la muerte.

En cualquier contacto eléctrico que se tenga, se siente como mínimo un cosquilleo, señal de que hay una pequeña corriente, quizás de unos miliamperios (mA), por ejemplo de 30 mA, el cual es el límite tolerable para el cuerpo humano. Intensidades superiores producirán un calambre más o menos fuerte y desagradable, sufriendo una conmoción nerviosa. Otras veces, se producen pequeñas quemaduras con baja tensión (BT) que pueden dar lugar a que la carne se desprenda. La alta tensión genera elevadas temperaturas que producirán graves quemaduras. Estas suelen producirse en los puntos de contacto y en otros que ofrezcan una resistencia, como son la entrada y la salida de la corriente en especial en las manos y los pies, con mayor gravedad cuando se afectan los órganos internos, en particular el corazón, ya que se puede producir la muerte por fibrilación ventricular.

1.3.2 Impedancia del cuerpo humano.

Su importancia en el resultado del accidente depende de las siguientes circunstancias: Tensión, frecuencia, duración del paso de la corriente, temperatura, grado de humedad de la piel, superficie de contacto, dureza de la epidermis, entre otros.

Las diferentes partes del cuerpo humano, tales como la piel, los músculos y la sangre, presentan para la corriente eléctrica una impedancia compuesta por elementos resistivos y capacitivos.

Durante el paso de la electricidad, la impedancia del cuerpo se comporta como una suma de tres impedancias en serie:

– Impedancia de la piel en la zona de entrada.

– Impedancia interna del cuerpo.

– Impedancia de la piel en la zona de salida.

Hasta tensiones de contacto de 50 V en corriente alterna, la impedancia de la piel varía, incluso en un mismo individuo, dependiendo de factores externos tales como la temperatura, la humedad de la piel. Sin embargo, a partir de 50 V la impedancia de la piel decrece rápidamente, llegando a ser baja si está perforada.

1.3.3 Efectos patológicos de la corriente.

La tabla que se muestra a continuación entrega los valores de corrientes y efectos que puede ocasionar en el cuerpo humano [2]:

Tabla 1. Rango de valores de las corrientes

1.3.4 Detención de la respiración.

Un choque eléctrico puede afectar la respiración de dos formas: Un paro respiratorio que persiste después que la corriente ha cesado de fluir o que el paso de la corriente cause que los músculos del pecho se contraigan impidiendo el movimiento respiratorio. En este último caso los efectos persisten sólo mientras se permite el paso de la corriente; debido a que esta corriente fluye solo en unas décimas de milisegundos, los efectos producidos son despreciables [9].

Hay evidencias que el paro respiratorio es únicamente producido cuando la corriente pasa a través del centro respiratorio, el cual está localizado en la parte baja del cerebro. En este caso se recomienda dar primeros auxilios mediante respiración artificial.

1.3.5 Puestas a tierra protectoras para el personal de mantenimiento de líneas.

Los tres métodos básicos para protección de los linieros son [9]:

a) Aislar (cubriendo) los conductores y otras partes energizadas. Se debe usar un equipo cobertor de caucho o plástico para los voltajes de distribución, en los cuales el método de aislamiento ha sido designado como seguro.

b) Aislar (retirando) los conductores y otras partes energizadas del área de trabajo. Se deben emplear las herramientas para trabajos en líneas energizadas para soltar y retirar de sus soportes aislados, sobre las estructuras, las partes energizadas, aislando así el área de trabajo.

c) Desenergizar y colocar puestas a tierra protectoras a cada lado del área de trabajo.

1.4 FALLAS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

Las fallas en los sistemas de distribución, son más comunes que en los sistemas de transmisión; algunos de los factores que contribuyen a que tengan un relativo alto grado de ocurrencia, son el tipo de construcción y el esquema de protección empleado.

1.4.1 Tipos de fallas

Las fallas en un sistema de distribución, de acuerdo a su naturaleza pueden ser: persistentes, permanentes y no persistentes o transitorias.

Una falla de naturaleza persistente o permanente puede definirse como la falla que aun persiste, luego que el aparato o dispositivo de protección ha funcionado y aún, luego de los tiempos normales de calibración en los dispositivos de recierre del circuito; ejemplos de fallas persistentes son los fallas causados por un conductor reventado, por árboles o por quemadura producida por arcos, objetos extraños sobre los conductores, líneas fuera del aislador, aisladores rotos, postes derivados y líneas caídas.

Una falla de naturaleza no persistente puede ser definida como la falla que es clarificada por si misma, o que puede ser corregida por una corta interrupción del circuito; ejemplo de una falla no persistente es la causada por descargas, por acercamiento de conductores en vanos largos, por una rama haciendo contacto momentáneo con la línea. Si una falla que inicialmente es no persistente, y no es clarificada rápidamente por ella misma, o corregida por los aparatos de protección, se puede entonces convertir en una falla de naturaleza persistente o fallo permanente.

1.4.2 Causas de las fallas

Entre las principales causas de las fallas en los circuitos de distribución están: El viento, el crecimiento de árboles, las descargas atmosféricas, los equipos o los conductores defectuosos, el error humano, el vandalismo, la lluvia y los objetos extraños.

1.4.3 Clasificación de las fallas.

a) Fallas tempranas: Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje.

b) Fallas tardías: Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren en la etapa final de la vida de la línea (envejecimiento de la aislación, árboles caídos sobre las líneas, etc. [7]

1.5 DOCUMENTACIÓN LEGAL.

Toda instalación eléctrica cubierta por el RETIE, excepto donde se induce expresamente lo contrario, debe disponer de un sistema de puesta a tierra (SPT), de tal forma que cualquier punto del interior o exterior, normalmente accesible a personas que puedan transitar o permanecer allí, no estén sometidos a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad cuando se presente una falla.

Los objetivos de un sistema de puesta a tierra (SPT) son: La seguridad de las personas, la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética.

Las funciones de un sistema de puesta a tierra son:

– Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos y a los equipos.

– Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.

– Servir de referencia al sistema eléctrico.

– En algunos casos, servir como conductor de retorno.

Se debe tener presente que el criterio fundamental para garantizar la seguridad de los seres humanos, es la máxima corriente que pueden soportar, debido a las tensiones de paso, de contacto o transferidas y no el valor de resistencia de puesta a tierra tomando aisladamente. Sin embargo, un valor pequeño de la resistencia de puesta a tierra es siempre deseable para disminuir la máxima elevación de potencial.

El objeto de un equipo de puesta a tierra temporal es limitar la corriente que puede pasar por el cuerpo humano. El montaje básico de las puestas a tierras temporales debe hacerse de tal manera que el potencial de tierra quede inmediatamente debajo de los pies del liniero. La secuencia de montaje debe ser desde la tierra hasta la última fase. Para desmontarlo debe hacerse desde las fases hasta la tierra. [8]

El equipo de puesta a tierra temporal debe cumplir las siguientes especificaciones mínimas, adoptadas de la norma IEC 61230.

– Grapas o pinzas: De aleación de aluminio o bronce, para conductores hasta de 40 mm de diámetro y de bronce con caras planas cuando se utilicen en una torre.

– Cable en cobre de mínimo 16 mm2 o No 4 AWG, extraflexible, cilíndrico y con cubierta transparente.

– Capacidad mínima de corriente de falla: En A.T. 40 kA; en M.T. 8 kA y 3 kA eficaces en 1 segundo con temperatura final de 700 °C.

– Electrodo: Barreno de longitud mínima de 1,5 m.

– El fabricante debe entregar una guía de instalación, inspección y mantenimiento.

EL PRESENTE TEXTO ES SOLO UNA SELECCION DEL TRABAJO ORIGINAL. PARA CONSULTAR LA MONOGRAFIA COMPLETA SELECCIONAR LA OPCION DESCARGAR DEL MENU SUPERIOR.