Cómo Determinar el Tamaño Adecuado de Conductores de Tierra, Cables de Aterramiento y Electrodos

Calcular el Tamaño del Conductor de Continuidad de Tierra, Cable de Aterramiento y Electrodos

Para fines de aterramiento o puesta a tierra, el tamaño del conductor de continuidad de tierra, cable de aterramiento y electrodos depende de los cables de cableado usados en el sistema. El ejemplo resuelto a continuación facilita entender cómo determinar el tamaño adecuado de conductor de tierra, cable de aterramiento y electrodos en una instalación específica.

Determinación del Tamaño de Conductor de Tierra, Cable de Aterramiento y Electrodos en Fábrica (Ejemplo Resuelto)

A continuación, ejemplo resuelto para instalación de aterramiento y puesta a tierra en fábrica. La distribución se muestra en figura 1.

Ejemplo:

Encontrar el tamaño adecuado de conductor de tierra, cable de aterramiento y electrodo para sistema de aterramiento y puesta a tierra en instalaciones de fábrica. Detalles y descripción de la carga dada (dispositivos y equipos eléctricos en la fábrica):

1. Motores

2 uds. de 50HP, 415V trifásicos, cable 19/.064
1 ud. de 20HP, 415V trifásico, cable 7/.064
2 uds. de 15HP, 415V trifásicos, cable 7/.052
3 uds. de 10HP, 240V monofásicos, cable 19/.052
12 uds. de 2HP, 240V monofásicos, cable 7/.036

2. Transformador

Transformador 250kVA, trifásico 11kV/400V (reductor) instalado en fábrica, cuyo neutro debe aterrarse. Tamaño de cables en BT (Baja Tensión): 37/.083.

3. Nivel de Agua

Nivel de agua profundo aproximadamente 30 pies (9.14 m).

Solución:

Determinación del Tamaño del Conductor de Tierra:

La distribución completa del sistema de aterramiento de la fábrica se muestra en figura 2. La mayor fuente posible de corriente de fallo es el transformador, por tanto, al menos una placa de aterramiento debe instalarse cerca del transformador; la ubicación adecuada se muestra en figura 2 (Posición A).

Como el nivel de agua está a 30 pies, se debe excavar unos 30 pies y ambas placas pueden instalarse en la misma zanja (así no se necesitan dos zanjas y se reduce coste). Sin embargo, por mayor seguridad, otra zanja de 12 pies puede excavarse (Posición B) cerca de A para segunda placa. Asegurar que sea posible verter agua cuando sea necesario.

Un punto de conexión cerca del tablero principal se hace en punto C. Segundo punto en D y tercero en E, justo debajo del tablero de combinados fusibles-interruptores y sobre la canalización de cables.

Estos puntos se conectan mediante cables que pasan por canalizaciones. Como el ejemplo se refiere solo al aterramiento de aparatos eléctricos, hay dos conductores de continuidad de tierra separados en toda la fábrica (los de otras instalaciones metálicas no se muestran por complejidad).

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Tras la selección adecuada de placas y puntos de conexión, podemos encontrar el tamaño adecuado de conductor de continuidad de tierra y cable de aterramiento con la tabla 1. En esta tabla, se da el tamaño adecuado de conductor de continuidad de tierra para cada tamaño de cable. Para simplicidad, el esquema de aterramiento de la fábrica se divide en tres secciones.

Explicación de cada sección:

Sección A:

Según tabla 1:

Conductor de tierra a motor 50HP (cable 19/.064) = 4 SWG
Conductor de tierra a motor 20HP (cable 7/.064) = 10 SWG
Conductor de tierra a motor 15HP (cable 7/.052) = 12 SWG
Conductor de tierra a motor 10HP (cable 19/.052) = 6 SWG

En esta sección, el motor mayor es 50HP, por tanto, el par central de conductores de continuidad de tierra debe poder pasar cualquier valor de corriente de fallo producido en el motor. Como cada motor de 50HP está instalado en el extremo lejano del sistema de distribución, el tamaño de cada conductor de continuidad de tierra en esta sección es 4 SWG. Los tamaños adecuados para otros motores menores a los pares principales también se dan en tabla 2.2.

Sección B:

Según la tabla, los tamaños de conductor de tierra son:

Conductor de tierra a motor 10HP (19/.052) = 6 SWG
Conductor de tierra a motor 2HP (7/.036) = 14 SWG

El sistema de distribución en esta sección está diseñado de modo que el tamaño de cada conductor de tierra (desde motor 10HP al punto de conexión E) es 6 SWG, pero para motores 2HP el tamaño es 14 SWG. Habría un camino seguro si ocurre fallo en lado del motor 10HP.

Sección C:

Tamaños de conductores de continuidad de tierra para esta sección:

Conductor de tierra a motor 5HP (7/.052) = 12 SWG
Conductor de tierra a motor 10HP (7/.036) = 14 SWG

El tamaño del conductor de continuidad de tierra desde 15HP al punto D es 12 SWG mientras que para cada motor 2HP sería 14 SWG.

Determinación del Tamaño de los Cables de Aterramiento:

Ahora podemos encontrar el tamaño adecuado de cables de aterramiento. Como el tamaño de cable del transformador en lado BT es 37/.083, podemos usar alambre de cobre 3/0 SWG (o tira de cobre 3/16 x ¾ o 1/8 pulg). Si ocurre fallo en transformador, la corriente fluirá por placa A o B o ambas a la vez, dependiendo de la resistencia de tierra.

Por tanto, los cables de aterramiento deben poder pasar la corriente de fallo. Para esto, usar 3/0 SWG para todos los cables desde transformador a C, C a A, C a D, y D a B. Como la corriente de fallo del transformador no fluirá en cables entre E y D, su tamaño debe ser 4 SWG (igual al mayor conductor de continuidad conectado a E).

Determinación del Tamaño para Placas y Electrodos de Tierra

Como ambas placas están por debajo del nivel de agua, tamaño de placa 2ft x 2ft x 1/8 es el más adecuado para cada placa principal y secundaria. La continuidad debe verificarse tras probar el sistema, considerando también la resistencia de tierra.

Si la resistencia de tierra supera 1Ω, en ese caso, se pueden usar placas adicionales en paralelo con la secundaria para minimizar la resistencia total del sistema de aterramiento.

Tabla 1. Conductores de Aterramiento

Tamaño de alambre y tira de cobre para conductor de continuidad de tierra y cables de aterramiento.

Tabla 2.

Tamaño de cable de tierra en SWG y electrodo para motores y otros aparatos, dispositivos y equipos eléctricos.
Nota: Realizar prueba de continuidad en instalación de aterramiento para asegurar funcionamiento correcto.