No se arriesgue con el diseño de las mallas de puesta a tierra: proteja a sus trabajadores!

Los diseñadores de tuberías suelen especificar esteras de puesta a tierra para proteger a los trabajadores de las tensiones de paso y contacto causadas por la inducción de CA. Pero a menudo, asumen que la estera de puesta a tierra también les protege adecuadamente de las condiciones de sobretensión causadas por los rayos. Esto puede ser un error fatal.

Es importante recordar que la corriente alterna inducida es muy diferente de la corriente causada por un rayo. No sólo la magnitud de la corriente de rayo es mucho mayor que la de la CA inducida, sino que el contenido de frecuencia del alumbrado es también mucho mayor, y esto da lugar a diferencias drásticas en la forma en que los sistemas de puesta a tierra responden a cada tipo de perturbación. El diseño de una malla de puesta a tierra puede ser adecuado para hacer frente a la caída de tensión creada por la corriente alterna inducida, pero ser completamente insuficiente para limitar las condiciones de sobretensión creadas por un rayo. Por este motivo, es importante tener en cuenta ambos fenómenos a la hora de especificar una malla de puesta a tierra para garantizar la seguridad de los trabajadores.

Conceptos básicos de las alfombras de control de gradiente

El objetivo de una estera de control de gradiente es limitar los potenciales de paso y contacto a niveles seguros para los trabajadores. El potencial de paso es la tensión entre los pies de un trabajador cuando está de pie sobre la superficie del suelo. Se basa en una separación de 1 metro entre los pies del trabajador, tal como especifica la norma NACE SP0177. El potencial de contacto es la tensión entre dos puntos con los que un trabajador puede entrar en contacto. Se basa en un alcance del trabajador de 1 metro, según la norma NACE SP0177. Normalmente, es la diferencia de tensión entre el punto en el que alguien puede tocar la tubería y el punto en el que sus pies tocan el suelo.

Las esteras de control de gradiente suelen instalarse bajo unos pocos centímetros de piedra lavada de alta resistividad en zonas cercanas a tuberías por las que el personal puede caminar y entrar en contacto con partes de la tubería que se encuentran sobre el suelo. La estera está unida eléctricamente a la tubería para minimizar los potenciales de contacto.

Tres tipos populares de diseños de esteras de puesta a tierra son el alambre en espiral, el zig-zag y la rejilla soldada.

Una estera en espiral tiene el mismo aspecto que su nombre indica. Vista desde arriba, una espiral de cinta o cable monoconductor rodea un segmento de tubería que sale del suelo con el cable unido a la tubería en un extremo.

Del mismo modo, una estera en zig-zag es un único conductor tendido a lo largo de la zona que rodea la tubería con el cable normalmente unido a la tubería en ambos extremos.

Estera de alambre en espiral	Alfombrilla Zig-Zag	Rejilla

 

En una estera tipo rejilla, una rejilla de alambre poco espaciada (el GCM de Dairyland utiliza un espaciado de rejilla de 3 pulgadas) rodea el accesorio y las áreas cercanas con uno o más enlaces entre la estera y la tubería.

Estera de control de gradiente tipo rejilla de Dairyland instalada en una estación (antes de ser cubierta con piedra lavada).

¿Qué tipo de diseño de alfombrilla de puesta a tierra es mejor?

La mayoría de los diseños de esteras funcionan razonablemente bien para controlar los potenciales de toque y paso de las perturbaciones de frecuencia de potencia, como las averías de CA y la CA inducida. Sin embargo, los rayos son mucho más difíciles de controlar debido a su contenido de alta frecuencia. Los rayos pueden crear varios miles de voltios incluso a través de secciones cortas de cable. Consulte nuestro artículo, Efectos de la longitud del conductor en la protección contra sobretensiones causadas por rayos para un análisis más detallado de la caída de tensión a través de los conductores debido a los rayos.

Aplicado a las mallas de puesta a tierra monoconductoras en espiral o en zig-zag, los rayos pueden dar lugar a potenciales de contacto y de paso extremadamente altos debido a la alta inductancia asociada a los conductores más largos utilizados en este tipo de mallas.

Por el contrario, una estera de tipo rejilla proporciona una distancia mínima del conductor entre los puntos de contacto para el personal. Por lo tanto, la inductancia y la exposición a la tensión diferencial resultante durante un rayo se reducen al mínimo.

Para ilustrar este efecto, se realizó un análisis CDEGS* en secciones de estera de 8 x 8 pies con diferentes diseños: La estera de control de gradiente (GCM) tipo rejilla de Dairyland, una estera en espiral y una estera en zig-zag. Una corriente de rayo simulada de 30kA con una forma de onda de 1×50µs fue inyectada a 50 pies de las esteras en un suelo con una resistividad uniforme de 50 W-m. La figura a continuación muestra la diferencia en el rendimiento de cada tipo de estera en términos de corriente en el cuerpo durante la duración del evento de sobretensión. La curva negra representa el límite de corriente corporal para la fibrilación ventricular según la norma IEC 60479-2.

Corriente corporal para un suelo de 50 Ω-m - a 15 m de la inyección de corriente

Obsérvese que el GCM de tipo rejilla de Dairyland proporciona, con mucho, la mejor protección global. Esto es sólo un escenario simulado. Pero la tendencia del rendimiento relativo entre los tipos de malla es clara.

Cómo encaja el desacoplador

Independientemente del diseño que se utilice, debe colocarse un desacoplador en serie entre la tubería y la estera de puesta a tierra para evitar cualquier pérdida de corriente de protección catódica hacia la estera. El desacoplador bloqueará la corriente continua (CC) y, al mismo tiempo, conectará la tubería y la estera de puesta a tierra para garantizar la continuidad de la corriente alterna. Con el desacoplador en su lugar, el material de la estera de puesta a tierra no tiene ningún efecto sobre la CP de la tubería.

Ya que los desacopladores de Dairyland son certificados independientemente por UL para ser una unión eléctrica a prueba de fallas bajo las condiciones nominales de fallas de corriente alterna y rayos, usted puede estar seguro que la unión de la tubería a la placa permanecerá intacta dondequiera que se instalen los desacopladores de Dairyland.

Conclusión

Cuando sus trabajadores puedan estar expuestos a riesgos de electrocución, no se arriesgue con el diseño de las alfombras de puesta a tierra. Asegúrese de diseñar e instalar alfombras de puesta a tierra apropiadas para proporcionar una protección adecuada al personal, tanto para potenciales de paso como de contacto.

Independientemente del tipo de estera de puesta a tierra utilizada, un desacoplador es un complemento importante para aislar la estera de puesta a tierra de la tubería, a fin de garantizar la protección catódica al tiempo que se proporciona una conexión de seguridad y una puesta a tierra.

 

* Software CDEGS desarrollado por Safe Engineering Services & Technologies. El análisis fue realizado por Corrosion Service Company Ltd.