ERICO Temario • Presentación ERICO • Porque los Sistemas de ...

Temario
• Presentación ERICO
ERICO
• Porque los Sistemas de tierra?
• Componentes y conceptos
básicos del sistema de Tierra
• Sistemas para reducir el
vandalismo en los Sistemas de
Tierra
Presencia a nivel mundial
Coorporativo Ofnas de ventas Distribución:
Centro de Distribución
Almacen local
Producción:
Electrical
Fixing & Fastening
1
ERICO
ERICO
8 º Expo Foro PEMEX – CANAME – CFE
Tecnología y soliciones eléctricas de vanguardia
Abril 2012
Sistemas de Puesta a Tierra y Sistemas Antirrobo
Ing. Ernesto Díaz Lozano C.
Director ERICO Latinoamérica
Electric Railway Improvement Company
Fundada en 1903
Primeros Investigadores
Frank H. Neff, deceased 1936
Professor of Civil Engineering 1887-1931
Professor, Emeritus 1931
Case School of Applied Science
Cleveland, Ohio
Charles (Pop) Cadwell
Professor of Mining Engineering
1896-98, 1902-1911
Case School of Applied Science
Cleveland, Ohio
1

Expansión de Productos
• 1936 – Primera demostración pública del
proceso CADWELD ®
1939
Instalación de
Producto en campo
Marcas Registradas
ERICO ERICO’s ERICO Six Point Protection Protection Plan Porque Aterrizar?
Grounding
Grounding
• Protección de la gente
• Protección de las Estructuras y Equipo (Una baja
impedancia permite una mejor operación de los sistemas de
protección)
• Requisito en las normas (Normas = Mínimo
requerimiento)
• Reducción de diferencia de potenciales
• Disipación de la corriente de rayo
• Descarga de cargas electrostáticas
• Control del ruido
Características deseables en los Sistemas
de tierra
• Cumplir con los requerimientos mínimos de las normas
nacionales y locales
• Productos de alta cálidad, aprobados y con certificados
de calidad y de pruebas
• Idealmente, baja resistencia e impedancia
• Mecánicamente robusto y confiable
• Resistente a la corrosión
• Rentable
• Expectativa de vída útil igual a la de la instalación
Un Sistema de Tierra “BARATO” es la
peor inversión y es un gran riesgo.
2

¿Por qué el SPT ha adquirido mayor
importancia hoy en día?
•Pérdidas de •Seguridad de Personas
Operaciones •Evitar daños en Estructuras
•Continuidad en •Evitar daños en Equipos
Servicio
•Costos de Reparación
•Satisfacción de
Clientes
Sistema de Tierra (IEEE 100)
Definición:
Una conexión conductiva por la cual un circuíto
eléctrico o equipo es conectado a tierra, o a algún
cuerpo conductor relativamente grande que este en
contacto con la tierra.
• Propósito:
Usado para establecer y mantener el potencial de
tierra o aproximadamente ese potencial, en
conductores conectados a el, y para conducir las
corrientes no deseadas a tierra.
A nadie nos gustan las sorpresas!
TENDENCIAS DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
El diseño de los sistemas de puesta a tierra
generalmente se ha basado en requisitos para reducir
la resistencia eléctrica, los potenciales de toque y
paso a la frecuencia fundamental. Sin embargo, el
comportamiento de los sistemas de puesta a tierra en
alta frecuencia es esencial para la reducción de los
voltajes transitorios que se pueden presentar en los
sistemas eléctricos de potencia.
Parametros de un Sistema de Tierra
• Proveer un sistema de baja impedancia a tierra
• Maximizar el contacto de los componentes del
sistema a tierra
• Cumplir con los requerimientos de seguridad del
potencial de paso y de contacto
• Disipar corrientes de falla
• Ser resistentes a la corrosión y a varios agentes
químicos
• Asegurar su desempeño continuo durante la vida útil
del equipo e instalación a proteger
• Cumplir con las normas
• Ser rentable
Situaciones extremas!
3

Enfoque de sistemas de Protección de ERICO
PROTECCION
Pararrayos y supresores
Unión equipotencial
Tierra
CONDUCTOR
• MATERIAL
– COBRE, COPPERWELD, ACERO, ALUMINIO
• TAMAÑO
– SUFICIENTE PARA SOPORTAR LA MÁXIMA
CORRIENTE DE FALLA EN UN TIEMPO
DETERMINADO DE OPERACIÓN DE LAS
PROTECCIÓNES
ESPECIFICACIÓN Para calificar conexiones
permanentes utilizadas en sistemas de tierra de
subestaciones
• Procedimientos de prueba para calificar conexiones permanentes
en una malla de tierra, electrodos de tierra, equipos y estructuras.
• Los conectores que pasen esta especificación aseguran su
confiabilidad y desempeño satisfactorio durante la vida util de la
instalación.
• Categorías de las Pruebas de Calificación (4 muestras/prueba):
• Mecánicas
• Fuerzas electromagnéticas
• Pruebas secuenciales (Acido)
• Pruebas Secuenciales (Alcalinas)
$
• Conductor del
sistema de Tierra
• Connector
• Electrodo de Tierra
• Terreno
Componentes del Sistema de Tierra
“ La Cadena de Tierra”
Localización y función
de los componentes
del Sistema de Tierra
IEEE 837 Summary
CONECTOR
• LAS CONEXIONES DEBEN DE SER
DE UN MATERIAL Y TAMAÑO QUE
PUEDAN RESISTIR LA CORROSIÓN
Y MANTENER LAS
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
ORIGINALES DURANTE EL PERIODO
DE VIDA ESTIMADO DE LA
INSTALACIÓN.
Connector “A”, 4/0 TO 4/0
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 3 FAILED
ACID SALT FOG
4 FAILED 4 FAILED
Connector “B”, 4/0 TO 4/0
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 4 PASSED
ACID SALT FOG
4 PASSED 4 FAILED
Connector “T”, 4/0 TO 4/0
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 4 PASSED
ACID SALT FOG
4 FAILED 4 FAILED
CADWELD
Summary
® XAC2Q2Q - 4/0 TO 4/0
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 4 PASSED
ACID SALT FOG
4 PASSED 4 PASSED
4

Connector “A”, 4/0 TO 3/4” ROD
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
1 FAILED 4 PASSED
ACID SALT FOG
4 PASSED 3 FAILED
Connector “B”, 4/0 TO 3/4” ROD
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 3 FAILED
ACID SALT FOG
2 FAILED 3 FAILED
Connector “T”, 4/0 TO 3/4” ROD
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
4 FAILED 3 FAILED
ACID SALT FOG
1 FAILED 4 FAILED
CADWELD ® GTC182Q 4/0 TO 3/4” ROD
Summary
TENSILE ELECT.-MAG.
4 PASSED 4 PASSED
ACID SALT FOG
4 PASSED 4 PASSED
Connector “A”, #2
CYCLE #4
Connector “B”, Type “C”, #1
CYCLE #10
Connector “B”, Type “L”, #1
CYCLE #8
CADWELD TAC2V2V, #2
CYCLE #57
Actualización IEEE Std 837 Actualización IEEE Std 837
Actualización IEEE Std 837
Parallel 2/0 AWG, 101.7 kA peak , 37.7 kA rms – First Impulse
Ontario Hydro IEEE 837 Test
5

La IEEE 837 en México
• Requerida por CFE en sus bases para
líneas de Transmisión (69 a 400 KV)
• Tanto en líneas de construccion como de
operación
• CFE 00J0052 Construccion
• CFE 00JL028 Para recuperación
• Tanto para Postes como Torres de Transmisión.
Estado de diferentes conectores después de 10
años instalados en las mismas condiciones de suelo
Conexión Exotérmica
CADWELD CADWELD®
• Exotérmica – Reacción que produce calor
– Al + Cu Oxide -> Cobre + Al Oxide
– Temperatura de la reacción 2500 ºC
– Temperatura del material de arranque 455 ºC
– Temperatura de Ignición de la soldadura 955ºC
• Cobre y muchos otros metales
– Aceros; Inoxidables; fundido, Dúctil,
& hierro forjado; Bronce;
Metales Refractarios
• Libre de Mantenimiento y
enlace a nivel molecular
•Conexión Exotérmica
Mecánica vs. Exotérmica
Conexiones Typical Substation Exotérmicas
Connection
Conexiones CADWELD ®
6

CONECTOR
Buena Conexión ? SI
Como se hace una Conexión
CADWELD
CADWELD®
CADWELD
CADWELD PLUS
Método simplificado para realizar conexiones
Exotémicas
CONECTOR
Buena Conexión ? NO
CADWELD Plus
CADWELD es ahora incluso más fácil de usar con
los últimos desarrollos en la contínua Evolución de los
Productos Exotérmicos de ERICO
El Sistema CADWELD
PLUS
• Utiliza un Paquete de Soldadura Integrado Sellado,
Desechable y Resistente a la Humedad
• El Material de Soldadura, Disco retén y Fuente de
Ignición están todos incorporados en el Paquete de
Soldadura
7

$0.40
$0.35
$0.30
$0.25
$0.20
$0.15
$0.10
$0.05
$-
CADWELD multi
Método simplificado para realizar conexiones
Exotémicas
$4.00
$3.50
$3.00
$2.50
$2.00
$1.50
$1.00
Costo de los Conectores
Earthing Connector Costs (US$)
Bolted Crimped Welded
Costo de la conexión por año
Connection Cost Per Year
Bolted Crimped Welded
Cost New
Cost Per Year
CADWELD one shot
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Método simplificado para realizar conexiones
Exotémicas
Tiempo de vida promedio de los
conectores
Average Life of Connection
Bolted Crimped Welded
ELECTRODOS
• Los electrodos de tierra deben de ser
de un material y sección transversal
que tengan una baja resistencia
eléctrica para permitir en forma
rápida y segura el paso de la
corriente de falla a tierra
• CFE-56100-16
Avg Life
8

Tipo y forma de los Electrodos de tierra
Cualquier elemento metálico tal como:
• Tuberias de agua subterraneas (contacto con el terreno
por lo menos de 10’)
• Estructura metálica del edificio (cimientos, acero de
refuerzo)
• Electrodos tipo Ufer (Metal y concreto)
• Electrodos
• Anillos
• Platos o mallas
Electrodos Electrodos de tierra
tierra
— Acero con recubrimiento
de Cobre
— Norma CFE 56100- 16
— Certificación del
LAPEM
Vida útil de los Electrodos Vida útil de los Electrodos
• Cobre es resistente a la corrosión en la
mayoría de los suelos
• Zinc se sacrifica en la mayoría de los suelos
con respecto a la mayoría de los metales
• Los mecanismos de proteción contra la
corrosión son diferentes
– El cobre esta diseñado para prevenir la corrosión
del acero
– El zinc retrazará la corrosión del acero
proveyendo una barrera de sacrificio
Series Galvánicas
Voltage Range of Alloy
Alloy vs. Reference Electrode*
Magnesium Anodic or Active End -1.60 to -1.63
Zinc -0.98 to -1.03
Aluminum Alloys -0.70 to -0.90
Cadmium -0.70 to -0.76
Cast Irons -0.60 to -0.72
Steel -0.60 to -0.70
Aluminum Bronze -0.30 to -0.40
Red Brass, Yellow Brass -0.30 to -0.40
Copper -0.28 to -0.36
Lead-Tin Solder (50/50) -0.26 to -0.35
Manganese Bronze -0.25 to -0.33
Silicon Bronze -0.24 to -0.27
400 Series Stainless Steels -0.20 to -0.35
17-4 PH Stainless Steel -0.10 to -0.20
Silver -0.09 to -0.14
300 Series Stainless Steels Cathodic or Noble End. -0.00 to -0.15
• El espesor y el tipo de material de
recubrimiento determinará la resistencia a la
corrosión y la vida útil
• Electrodos Copperweld
– Recubrimiento de 10 mils (.010”) de Cobre
• Electrodos Galvanizados
– Recubrimiento de 3.9 mils (.0039”) de Zinc
– Limitado por el proceso de galvanización
• Espesor de recubrimiento = mayor tiempo de
vida útil
• Cobre vs. Zinc
ELECTRODOS
• Cuando un electródo pierde su
recubrimiento de Cobre la corrosión
inicia sobre el núcleo de acero.
• Al iniciar la corrosión la Resistencia de
Contacto aumenta y la RESISTENCIA
TOTAL DE LA RED TAMBIEN.
9

ELECTRODOS
• Dependiendo del espesor del
recubrimiento, la calidad del Cobre y su
proceso de aplicación se determina la
resistencia a la corrosión.
• La capacidad para soportar la corrosión
de las varillas es el factor principal para
determinar el tiempo de vida de las
mismas
Mecanismos de Protección contra la Corrosión
Pawnee Electrodo vertical galvanizado – 10
años de Servicio
•¾” x 10’ Galvanizada
•10 años expuesta
ELECTRODOS
• Con recubrimiento de 7 mils o
más la vida útil estimada es de
30 años.
• Al contar con certificado UL o
Protocolo de CFE aseguramos
un espesor mínimo de 10 mils
• ¾” x 10’ electrodo
galvanizado
• 11 años expuesto
NEGRP – Sitio Pawnee
Lone Mountain Electrodo galvanizado vertical - 11 años 10 Meses
de Servicio
10

• 5/8” x 8’ Electrodo
copperweld
• 11 años expuesto
NEGRP – Sitio Pawnee NEGRP – Sitio Pawnee
Recomendación
• Los electrodos deberán de tener un
recubrimiento mínimo de 10 mil de cobre
para tener una vida útil esperada de 40+
años en la mayoría de los suelos
• Los electrodos Galvanizados tienen una
vida útil esperada de hasta 10 años en la
mayoría de los suelos
UL 467 o CFE 30 o Prueba de
doblez
UL467 o CFE 30 o Prueba de doblez
50
45
40
35
30
Years 25
20
15
10
5
0
Vida útil Esperada
15
Life Expectancy
35
Zinc Galvanized Copperbonded Steel
(10 mil )
45
Copperbonded Steel
(13 mil )
50
Stainless Steel
11

$1.20
$1.00
$0.80
$0.60
$0.40
$0.20
$-
$0.29
$0.21
Zinc Galvanized Copperbonded Steel
(10 mil )
Costo anual
Cost per Year
$0.18
Copperbonded Steel
(13 mil )
$1.02
Stainless Steel
Longitud del Electrodo vs. Resistencia
RESISTANCE, OHMS
600
500
400
300
200
100
0
5
Duplicando la longitud del electrodo se reduce la
resistencia en 40% en un suelo uniforme
15
25
RESISTANCE VS ROD DEPTH
35
45
55
65
ROD DEPTH, FT
75
85
Terreno
95
1/2 ROD OHMS
1" ROD OHMS
• La temperatura, humedad, composición
química y resistividad del terreno son
parámetros indispensables de conocer para
determinar el diseño de la red de tierra
Diámetro Di metro del Electrodo vs. Resistencia
RESISTANCE, %
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
RESISTENCIA VS DIAMETRO
0.500
0.625
0.750
0.875
1.000
1.125
1.250
1.375
1.500
ROD DIAMETER, INCHES
Electrodo – a - Tierra
RESISTANCE %
• La Resistencia del electrodo se ve
afectada por la longitud, colocación,
y lo más importante el acoplamiento
e integridad de este al terreno.
EFECTO DE LA TEMPERATURA
12

EFECTO DE LA HUMEDAD RESISTIVIDAD DEL SUELO
Efectos de la sal contenida en la resistividad
del suelo
Para un de arcilla humeda con 15% humedad por peso, at 63 o F
Added Salt % by Weight of
Moisture
Resistivity
[Ohm-m]
0 107.0
0.1 18.0
1.0 4.6
5 1.9
10 1.3
20 1.0
GEM
(Ground Enhancement Material)
• Alta Conductividad – trabaja en cualquier
tipo de suelo
• Baja velocidad de corrosión
• No Contaminante
• Composición químicamente estable
• Se considera un cemento conductivo
• Facil de Instalar
• Higroscópico – No requiere mantenimiento ni
adicionar agua periodicamente
• Bajo costo – más económico que los
electrodos químicos
• Baja resistencia a tierra permanente – no
necesita mantenimiento
Sal de agua de mar
Arcilla húmeda
Concreto
Caliza
Grava & Arena
Carbón de Piedra
Roca volcánica
Hielo
0.15 a 0.25 ohm-m
2 a 12 ohm-m
40 a 1.000 ohm-m
100 a 10.000 ohm-m
1.000 a 10.000 ohm-m
1.000 a 5.000 ohm-m
10.000 a 50.000 ohm-m
10.000 a 100.000 ohm-m
Efectos de la composición química del
terreno
Investigar la composición química del
terreno
• La composición y cantidad de sales
solubles, acidos o alcalinos presentes
en el suelo afectará considerablemente
la resistividad y el nivel de corrosión del
terreno
• Determinar la profundidad del nivel
freático
• Donde usar GEM ®
GEM
– Terrenos con alta
Resistividad
– Terrenos con baja
Resistividad como protector
contra la corrosión.
13

Evaluación del desempeño después de más de 8 años, datos
obtenidos de NEGRP Balboa, Nevada, USA
T, M and R
Measured resistance (Ω)
400
300
200
100
0
08/22/92 08/22/94 08/21/96 08/21/98 08/20/00
100
80
60
40
20
Vert. - driven
Vert. - GEM
Horiz. - concrete
Horiz. - GEM
Balboa, NEVADA
Soil resistivity, R (Ωm)
Soil moisture, M (%)
Soil temperature, T (°C)
0
08/22/92 08/22/94 08/21/96 08/21/98 08/20/00
GEM ® Resultados de Investigaciones
• De todas las investigaciones realizadas
en los electrodos con GEM el promedio
de resistencia fué del 50% menor en
comparación con electrodos sin GEM
• GEM también redujo las variaciones de
resistencia estacionales
GEM ® instalado en el sitio de prueba Pecos
RESISTANCE - OHMS
60
50
40
30
20
10
0
6/17/1992
9/9/1992
NEGRP
12/2/1992
2/23/1993
7/31/1993
11/1/1993
NEGRP - LONE MOUNTAIN SITE
22.11 OHM-M AVERAGE SOIL RESISTIVITY
2/28/1994
6/25/1994
10/23/1994
2/19/1995
6/10/1995
10/20/1995
1/27/1996
3/30/1996
5/25/1996
6/29/1996
8/10/1996
10/31/1996
12/29/1996
2/22/1997
4/27/1997
6/28/1997
8/31/1997
10/30/1997
Otros Materiales de relleno
12/13/1997
GEM
CHEMICAL
• Bentonita
– Bajo costo inicial
– Efectiva cuando está humeda
– Resistividad de 2.5 Ω·m a 300% de humedad
– Baja resistividad como resultado principalmente
del proceso eletrolítico
– Se contrae y se separa del electrodo y del terreno
cuando se seca
– IEEE Std 80 – 2000 Sección 14.5
• “It May Not Function Well in a Very Dry Environment,
Because It May Shrink Away From the Electrode,
Increasing the Electrode Resistance”
Resistancia o Resistividad
• La resistividad del terreno afecta directamente
al diseño del sistema de Tierra
• La resistividad del terreno es el factor clave
que determina cual va hacer la resistencia del
electrodo, y a que profundidad se deberá de
intalar esta para obtener una baja resistencia
a tierra.
• Varía en función del tipo de terreno,
temperatura, y nivel de humedad
14

Otros elementos del Sistemas
de Tierra
Servicios y Elementos que requieren puesta a tierra
Bond to create an equipotential
ground plane
Point Point 4: 4: Good Good Good bonding bonding
bonding
Vandalismo en los sistemas de Tierra
15

Vandalismo en los sistemas de Tierra
Sistemas de Tierra para reducir
el Vandalismo
CC5A04
CC5A12
CC5A05
2/0 AWG STR
6 AWG SOL
6 AWG STR 4 AWG STR
3/0 AWG STR
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Bajantes al sistema de Tierra en una Subestación
Electrodos de Acero- Cobre Pre-doblados
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
CC5A12 - 33 tinned copper,
24 galvanized steel.
Fusing capacity > 2/0 AWG
CC5A05 - 3 tinned copper,
16 galvanized steel
Cable Compuesto
Fusing capacity ~ #4 AWG
CC5A04 - 1 tinned copper, 6
galvanized steel
Fusing capacity ~ #4 AWG
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Bajantes al sistema de Tierra en una Subestación
Electrodos de Acero- Cobre Pre-doblados
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistema de Tierra en una Subestación
Electrodos de Acero- Cobre Pre-doblados
16

Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistema de Tierra en una Subestación
Electrodos de Acero- Cobre Pre-doblados
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
17

Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Conclusiones
Unas especificaciones adecuadas de
producto, diseño e instalación para
sistemas de tierra nos dará como
resultado una protección eléctrica
confiable y de larga duración que
además reducirá el vandalismo y tendrá
una larga vida útil.
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Sistemas de Tierra para reducir el
Vandalismo
Protega sus Instalaciones!
18

Gracias
www.erico.com
19