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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Puesta a tierra artificial. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Puesta a tierra y puesta a tierra Más a menudo puesta a tierra artificial es un conductor de acero tendido horizontal o verticalmente (oblicuamente) en el suelo, o un grupo de tales conductores interconectados. En el último caso, el electrodo de tierra se llama complejo, y si los electrodos forman un circuito, ese electrodo de tierra complejo se llama circuito de tierra. El nombre de electrodos de tierra "horizontales" y "verticales" es más bien condicional. El cumplimiento estricto de la horizontalidad en el primer caso no es necesario, es importante que los electrodos estén en el suelo a la profundidad correcta, sin dañarse durante el funcionamiento de las máquinas. Dado que la superficie de la tierra en barrancos, pendientes y otros lugares puede no ser horizontal, entonces los electrodos de tierra extendidos (haz) seguirán la curvatura de la superficie. Para electrodos verticales, tampoco es necesaria una estricta adherencia a la verticalidad. Seccionadores de puesta a tierra horizontales se colocan a una profundidad de 0,5 m, en tierra cultivable, al menos 1 m, son racionales en los casos en que la conductividad eléctrica de la capa superior del suelo proporciona la conductividad deseada. La instalación de dichos electrodos de tierra está mecanizada y se realiza con un trabajo manual mínimo; sin embargo, las capas superiores del suelo suelen tener una mayor resistencia eléctrica que las profundas. Además, cerca de la superficie terrestre, la corriente no se propaga uniformemente en todas las direcciones, como lo hace en profundidad. Por tanto, la resistencia de los electrodos horizontales suele ser mayor que la de los electrodos verticales de la misma masa. Por lo tanto, son los electrodos verticales los que se utilizan más ampliamente como conductores de puesta a tierra. Electrodos verticales profundos los más económicos, alcanzan capas de suelo bien conductivas. Los electrodos de puesta a tierra montados en el suelo, los puentes entre ellos y los cables de los electrodos de tierra a la superficie deben tener las siguientes dimensiones mínimas:
Las dimensiones mínimas de los electrodos se utilizan principalmente para instalaciones eléctricas temporales, donde las condiciones de corrosión no son críticas. Para instalaciones permanentes, la sección transversal de los electrodos de tierra se selecciona con un margen para daños por corrosión. En cuanto a la resistencia a la corrosión, es preferible el acero redondo, ya que la corrosión del electrodo por óxido es proporcional al área de superficie del electrodo en contacto con el suelo, y el área del electrodo de sección transversal circular es el el más pequeño de todos los perfiles. Para garantizar un funcionamiento fiable del electrodo de tierra durante 40-50 años en condiciones de suelo favorables, es suficiente aumentar el diámetro del electrodo de varilla contra el mínimo en solo 2-3 mm; en suelos húmedos, es necesario duplicar el diámetro del electrodo de tierra. Desde un elemento puesto a tierra de una instalación eléctrica, por ejemplo, desde un soporte de línea eléctrica aérea, las vigas horizontales se colocan en dos direcciones opuestas o, si no hay 2, sino 3-4 vigas, se separan en un ángulo en términos de 120° o 90°. Esto es necesario para el uso eficiente del metal que se está colocando, ya que los electrodos de tierra adyacentes están mutuamente protegidos y su eficiencia se reduce muchas veces. Por la misma razón, los electrodos de tierra verticales deben estar separados entre sí tanto como sea posible, al menos igual a la longitud del electrodo. Por ejemplo, si se colocan diez electrodos verticales de 5 m de largo en una línea a una distancia de 5 m entre sí, entonces el coeficiente de su uso será 0,47, y si los mismos electrodos se colocan en un triángulo o cuadrilátero cerrado para ahorrar espacio, entonces su coeficiente de uso será aún menor. Lo mismo se aplica al uso de electrodos inclinados, que están espaciados en ángulos iguales similares a la horizontal y sumergidos en el suelo en un ángulo de aproximadamente 45 ° para un mejor uso. La distribución desigual de potenciales en la superficie de la tierra por encima del electrodo de tierra y alrededor de él crea voltajes de paso y contacto peligrosos. Para igualar los potenciales en tales casos, el conductor de puesta a tierra se puede hacer en forma de una rejilla de elementos horizontales colocados en el suelo a lo largo y ancho del territorio de la instalación eléctrica y conectados mediante soldadura en las intersecciones. El tamaño de celda de dicha cuadrícula suele ser de 6x6 a 10x10 m. Alrededor del soporte de la línea aérea, los potenciales se pueden igualar mediante un electrodo de tierra realizado en forma de anillos concéntricos empotrados en el suelo y conectados al soporte. Reduce los voltajes de paso y contacto a valores aceptables en toda el área que ocupa, un sistema de electrodo de tierra de malla, sin embargo, fuera de la malla, el peligro puede persistir. Por lo tanto, en lugares peligrosos, por ejemplo, en los accesos al territorio de las subestaciones o alrededor de los cimientos de las líneas aéreas, se colocan electrodos de tierra adicionales a una profundidad que aumenta gradualmente y se conectan a los electrodos de tierra principales. El área asignada para el electrodo de tierra y el consumo de metal se pueden reducir mediante una valla aislante protectora construida alrededor del electrodo de tierra. La cerca más simple hecha de material dieléctrico evita que la corriente se propague por la superficie de la tierra y reduce el voltaje de paso en comparación con el voltaje en el electrodo de tierra por lo menos 100 veces y ecualiza el potencial fuera del electrodo de tierra. La parte vertical de la cerca desde el nivel de la superficie se encuentra a 0,4-0,6 m desde la profundidad de la parte superior del electrodo de tierra. Rebordeado de la cerca realizado en un ángulo de 90-95° a la vertical y tiene una longitud de
(S - área del electrodo de tierra). Cualquier material dieléctrico económico que tenga suficiente resistencia mecánica y tenga una resistencia eléctrica de al menos 1 MV/m puede usarse para cercas (materiales aislantes a base de betún, por ejemplo, brizol, producidos a partir de desechos de producción y que tengan una resistencia de al menos 20 MV/m). Cuando la corriente drena de un conductor de puesta a tierra, por ejemplo, de una rejilla de puesta a tierra, se forma un campo eléctrico a su alrededor. Un potencial eléctrico surge en la superficie de la tierra, y el voltaje de paso puede alcanzar valores peligrosos directamente fuera del electrodo de tierra, incluso cuando se usan métodos conocidos de ecualización de potencial. Por tanto, los parámetros geométricos de la valla se establecen como resultado del análisis del campo eléctrico formado por el electrodo de tierra junto con la valla de nivelación dieléctrica, y cumplen con los requisitos de seguridad. El dispositivo se puede utilizar para la puesta a tierra de conductores de cualquier diseño y para cualquier estructura del suelo. A menudo, los interruptores de puesta a tierra hechos de acero perfilado no cumplen los requisitos para los dispositivos de puesta a tierra. Por ejemplo, en lugares secos es difícil lograr una conductividad estable de dichos electrodos de tierra, en suelos rocosos son difíciles de instalar y en suelos agresivos es difícil proporcionar protección contra la corrosión y una larga vida útil. Para tales situaciones, se han desarrollado diseños de sistemas de electrodos de tierra especiales. Para regiones áridas, el electrodo de tierra se puede hacer, por ejemplo, en forma de un tanque de hormigón armado, instalado debajo del suelo y lleno de agua a través de una escotilla removible. El conductor de puesta a tierra se suministra con un sistema de distribución de agua en forma de segmentos de tuberías de metal con orificios para drenaje de agua, ubicados uniformemente a lo largo de toda la tubería. Las tuberías están cubiertas con una capa de material absorbente de humedad (hormigón, cemento). La tasa de filtración de humedad a través del hormigón en el suelo se establece seleccionando la marca de hormigón, lo que permite evitar ajustes frecuentes de humectación y reducir los costos de mano de obra asociados con la necesidad de humectación regular. La salida del tanque de hormigón armado al equipo puesto a tierra, por ejemplo, al neutro del transformador, se conecta a las barras de acero de refuerzo del hormigón armado. Prestemos atención al diseño del electrodo de tierra, propuesto en el extranjero. El objetivo de este desarrollo es reducir el consumo de metal y facilitar la penetración en el suelo. El seccionador de puesta a tierra tiene un tubo metálico de pared delgada (1-2 mm), dentro del cual se presiona una varilla semirrígida de material plástico, que tiene una rigidez suficiente para ser un soporte para un tubo elástico de pared delgada. Esta cualidad brinda la posibilidad de doblar un poco el electrodo para evitar los obstáculos que se encuentran al clavarlo en el suelo. Para aumentar la vida útil, es decir, para reducir la corrosión, se ofrece acero inoxidable como material para el tubo. La punta en el extremo inferior del electrodo solo se necesita para conducir, por lo que no es necesario fabricarla con un material anticorrosivo. La forma de la punta puede ser afilada o redondeada para un mejor deslizamiento de los obstáculos que se encuentran en el suelo. En lugar de hacer una punta, puedes engarzar el extremo del tubo con relleno. Un diámetro de tubo típico es de 15 mm. El diámetro preliminar del núcleo, que se presiona en el tubo, debe ser ligeramente mayor que el diámetro interior del tubo. El tubo se puede rellenar (opcionalmente) con un material fluido que endurezca por dentro, como epoxi, poliuretano o elastómero. El relleno semirrígido se encuentra dentro del tubo de acero a lo largo de toda su longitud. Los materiales más rígidos y las paredes de los tubos más gruesas reducen la flexibilidad de la varilla y reducen la capacidad del electrodo para sortear obstáculos en el suelo, lo que provoca roturas. Por otro lado, los materiales demasiado dúctiles no proporcionan suficiente resistencia a la pared para perforar a una profundidad suficiente (alrededor de 2,3 m). Para impulsar el electrodo, se proporciona un yunque removible, que tiene un hombro que descansa contra el extremo del tubo y un reborde que se acopla con el diámetro interior del tubo y el núcleo. Autor: Bannikov E.A.
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