Story Transcript
i
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
MATERIALES Y TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN TELECOMUNICACIONES
Por: Carmen Gabriela Arvelo Saenz
INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista.
Sartenejas, Marzo 2010.
i
ii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
MATERIALES Y TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN TELECOMUNICACIONES
Por: Carmen Gabriela Arvelo Saenz
Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Prof. Juan Carlos Rodríguez Da Silva. Tutor Industrial: Ing. Juan Pablo Olivares.
INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista.
Sartenejas, Marzo 2010. ii
iii
iii
iv MATERIALES Y TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN TELECOMUNICACIONES POR CARMEN GABRIELA ARVELO SAENZ RESUMEN En los últimos años las perdidas provenientes a fallas en las estaciones radio base (ERB) de la corporación Digitel han aumentado considerablemente, cuya principal causa son los impactos de descargas atmosféricas, así como perturbaciones en la red de potencia. Este Trabajo desarrolla el diseño y construcción de los sistemas de puesta a tierra para las estaciones radio base, que consideren las características de las mismas con la finalidad de presentar modelos estándares para su aplicación. Para ello se realizó el estudio de normativas nacionales e internacionales que atacaran el tema. Además se estudiaron las estaciones radio base, tanto urbanas, como rurales, mediante la auditoria de sitios, con el fin de realizar un clasificación que ayude a diseñar, un sistema de electrodos de puesta a tierra para cada tipo de radio base, que cumpla con una resistencia de puesta a tierra menos a 5 Ω, valor exigido para instalaciones de telecomunicaciones,
así
como
también
facilite
la
evaluación
de
los
sistemas
de
equipotencialización. En el desarrollo de estos diseños se evidenció que no es posible estandarizarlos, debido a que depende de muchas características propias de cada estación, es por ello que se propuso un procedimiento de diseño, el cual demanda como entrada características específicas del lugar a construcción.
iv
v
DEDICATORIA
A mi papá, porque a pesar de haber compartido poco en esta vida fuiste el principal motivo para seguir adelante y lograr ser la profesional que quisiste que fuera.
A mi mamá, por demostrarme siempre que si se podía y motivarme a tu manera…
A mi hermano, que siempre me aguanto mis explosiones de estrés y me ayudo en los que haceres de la casa para no volverme loca.
A todos mis amigos que me apoyaron a lo largo de la carrera, y siempre tuvieron una palabra de aliento, un chiste, un abrazo. Y que siempre creyeron en ellos y en mí.
A mis perritos, Atila y Sirius por acompañarme todas las noches mientras realizaba este trabajo.
v
vi
AGRADECIMIENTOS
Son tantas las personas que ayudaron de una manera u otra a la realización de este trabajo, que me disculpo de antemano si me olvido de nombrar a alguna. Las primeras personas a las que quisiera agradecer son Juan Carlos Rodríguez y Juan Pablo Olivares, mis tutores académico e industrial respectivamente. Gracias a los dos por tenerme paciencia y por ayudarme en todas las etapas de este proyecto. También quiero agradecer al Prof. Miguel Martínez, por confiar en mí para la realización de este trabajo y por su guía a lo largo de la carrera. Tampoco puedo olvidarme de estas dos personas que me ayudaron un millón de veces a lo largo de la carrera, María Teresa Yépez y Benincia Rosales, gracias por ser tan pacientes en todo este tiempo conmigo y estar ahí en esos momentos de despiste tan típicos en mi.
Quiero darles las gracias a los empleados de la corporación Digitel que de una forma u otra ayudaron realizar este trabajo, como el Ing. Gonzalo Lopez, el Ing. Carlos Muñoz, el Ing. Henry Vargas, la Sra. Silvia Silva, la Sra. Karelis. También quiero darle las gracias a mis compañeros que compartieron conmigo el día a día en la empresa y que gracias a esta experiencia los considero mis amigos, Paola Rodríguez y Oscar Lopez, gracias por estar en los altos y bajos de esta etapa de mi vida.
Por último quiero agradecer a todos mis amigos como Karina Dasilva por apoyarme, una vez más, en la culminación de una etapa, y espero que siga así por el resto de nuestras vidas, a Raúl Acuña y su familia, por creer en mí cuando yo no lo hacía, a Ricardo Andrade por aguantar mis malos humores durante este trabajo y por prestarme un gran apoyo tanto sentimental, como electrónico, gracias por tu pc. A Gary Méndez, por estar ahí cada vez que pensé en renunciar y ayudarme a ver que si podía y brindarme el empujón que necesitaba. A Luis Longo por estar a mi lado en la carrera, más en las malas que en las buenas, por lo que siempre fuiste un gran apoyo, claro a tu manera. Gracias a todos de verdad, por compartir esta etapa de mi vida.
vi
vii
INDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN ............................................................................................................................ iv DEDICATORIA ..................................................................................................................... v AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... vi INDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................ vii INDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... ix INDICE DE TABLAS ......................................................................................................... xiii LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS .................................................................. xiv INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Planteamiento del problema ................................................................................. 3 Objetivo General ................................................................................................... 3 Objetivos Específicos ........................................................................................... 3 Alcance: ................................................................................................................ 4 CAPITULO I .......................................................................................................................... 7 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ...................................................................................... 7 1.1
Historia. ..................................................................................................... 7
1.2
Visión. ....................................................................................................... 9
1.3
Misión........................................................................................................ 9
CAPITULO II ....................................................................................................................... 10 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA. CONSIDERACIONES GENERALES ................. 10 2.1
Definición: ............................................................................................... 10
2.2
Funciones ................................................................................................ 11
2.3
Normas para sistemas de puesta a tierra.................................................. 12
2.4
División de los sistemas de puesta a tierra. ............................................. 13 vii
viii 2.4.1 Red equipotencial (Sobre-tierra): ........................................................ 13 2.4.2 Red de electrodos de tierra (Bajo-tierra): ............................................ 15 CAPITULO III ..................................................................................................................... 28 EQUIPOTENCIALIZACIÓN O SISTEMA DE CONTINUIDAD ELECTRICA EN RADIO BASES DE TELECOMUNICACIONES. (SPAT SOBRE TIERRA)................................. 28 3.1
Introducción. ........................................................................................... 28
3.2
Tipos de instalaciones de telecomunicaciones ........................................ 29
3.2.1 El Sistema Conmutación (SS): ............................................................ 30 3.2.2 Sistema de Estaciones de Base (BSS): ................................................ 30 3.2.3 El Sistema de Soporte y Operación: .................................................... 31 3.3
Clasificación de las BTS y BSC encontradas en Digitel ......................... 32
3.3.1 Ejemplificación de la clasificación...................................................... 36 3.4
Prácticas de equipotencialización recomendadas .................................... 37
3.4.1 Conexión de los elementos metálicos al SPAT. .................................. 37 3.5
Conexión de los equipos sensibles a tierra. ............................................. 43
3.6
Conexión del sistema eléctrico a tierra. .................................................. 48
3.6.1 Distribución de energía en ac: ............................................................. 48 3.6.2 Distribución de energía en dc: ............................................................. 50 CAPITULO V ...................................................................................................................... 52 DISEÑO DE SPAT BAJO SUELO, RED DE ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA. 52 4.1
Resistividad del terreno ........................................................................... 52
4.2
Procedimiento utilizado para el diseño de los SPAT propuestos para las
estaciones radio base ubicadas en terreno de la corporación Digitel.................. 54 4.3
Red de electrodos de puesta a tierra utilizados para estaciones radio base
ubicadas en terreno de la corporación Digitel. ................................................... 55 4.4
Red de electrodos de puesta a tierra propuestos para radio bases en terreno. 57 viii
ix 4.4.1 Modelo básico. .................................................................................... 57 4.4.2 Modelo básico con jabalinas. .............................................................. 58 4.4.3 Modelo básico con contrapesos. .......................................................... 59 4.4.4 Modelo básico con contrapesos y jabalinas. ....................................... 60 4.4.5 Modelo básico sólo con jabalinas y conexión a las fundaciones. ....... 62 4.4.6 Modelo con contrapesos, jabalinas y conexión a las fundaciones. ..... 65 4.4.7 Diseños embebidos en concreto. ......................................................... 66 4.5
Procedimiento general para el diseño de SPAT en estaciones radio base
ubicadas en terreno. ............................................................................................ 69 4.6
Sistemas de electrodos de puesta a tierra para radio bases en azotea. .... 71
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 77 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................................ 79 ANEXO A. ERB La Bonita, inspección de construcción. ................................................... 81 ANEXO B. ERB la Morita, inspección de construcción...................................................... 84 ANEXO C. Principios de diseño de una CBN. [8]............................................................... 87 ANEXO D. Esquemas de equipotencialización. .................................................................. 89 D.1Red de continuidad eléctrica (BN)............................................................ 89 D.2BN en malla (MBN, mesh-BN): ............................................................... 90 D.3Red de continuidad eléctrica aislada (IBN, isolated bonding network): ... 90 ANEXO E. ERB la Morita, inspección de implementación. ............................................... 91 ANEXO F. Medición de resistividad del terreno. ................................................................ 96
INDICE DE FIGURAS ix
x Figura 2-1. Continuidad eléctrica. ........................................................................................ 15 Figura 2-2. Distribución superficial del potencial en el terreno para un conductor horizontal o contrapeso enterrado. [9]. ..................................................................................................... 17 Figura 2-3. Jabalina enterrada en un suelo homogéneo. [1]. ................................................ 20 Figura 2-4. Jabalina embebida en concreto enterrada en un suelo homogéneo. .................. 21 Figura 2-5. Características de las barras químicas, horizontales [10] y verticales [11]. ...... 24 Figura 2-6. Características de los electrodos de grafito........................................................ 25 Figura 2-7. Características de los electrodos con acondicionadores, vertical a la izquierda y horizontal a la derecha. ......................................................................................................... 27 Figura 3-1. Interconexión de sistemas principales de la red GSM. ...................................... 29 Figura 3-2. Esquematización de una Red GSM ................................................................... 32 Figura 3.3 Organigrama para la clasificación de radio bases en azoteas. ............................ 33 Figura 3-4 Ejemplo de Soportes de las antenas en azoteas. ................................................. 34 Figura 3-5 Ejemplo de Soportes de los equipos en azoteas. ................................................. 34 Figura 3-6 Organigrama para la clasificación de radio bases en terreno.............................. 35 Figura 3-7 Ejemplo de Soportes de las antenas en estaciones radio bases en terreno. ......... 35 Figura 3-8 Ejemplo de Soportes de los equipos en estaciones radio bases en terreno. ........ 36 Figura 3-9 Interconexión de la celosía de la torre al SPAT en la ERB la Morita. ............... 38 Figura 3-10 Interconexión del cerramiento al SPAT en la ERB la Morita. ......................... 38 Figura 3-11 Interconexión del soporte de la escalerilla al SPAT en la ERB la Morita. ....... 39 Figura 3-12 Interconexión de los elementos metálicos dentro de la caseta en la ERB Yaritagua. .............................................................................................................................................. 40 Figura 3-13 Equipotencialización dentro del recinto en la ERB Yaritagua. ........................ 41 Figura 3-14 Interconexión de la escalerilla al plano equipotencial en la ERB Yaritagua. ... 41 Figura 3-15 Interconexión de los aires acondicionados al plano equipotencial. .................. 42 Figura 3-16. Conexiones y elementos que conforman la red de continuidad eléctrica común. (CBN) ................................................................................................................................... 43 Figura 3-17. Configuraciones para redes de continuidad eléctrica aislada. ......................... 44 Figura 3-18. Barra colectora principal (MGB) en conexión monopunto. ........................... 45 Figura 3-19. Estación radio base con equipos ubicados en loza. ......................................... 47 Figura 3-20. Conexiones equipotenciales de una ERB con equipos soportados por losa. ... 47 Figura 3-21 Conexión eléctrica de una estación radio base. ................................................ 48 x
xi Figura 3-22 Esquema de Conexión del Neutro TN-S........................................................... 49 Figura 3-23 Breaker principal estación radio base la Morita. .............................................. 50 Figura 4-1. Configuración de la red de electrodos de puesta a tierra comúnmente utilizada por Digitel. .................................................................................................................................. 56 Figura 4-2. Configuración básica del sistema de electrodos de puesta a tierra. ................... 58 Figura 4-3. Configuración básica con jabalinas del sistema de electrodos de puesta a tierra59 Figura 4-4. Configuración básica con contrapesos del sistema de electrodos de puesta a tierra. .............................................................................................................................................. 60 Figura 4-5. Configuración básica con contrapesos y jabalinas del sistema de electrodos de puesta a tierra. .................................................................................................................................. 61 Figura 4-6. Conexión de las fundaciones de la torre al SPAT. ............................................ 63 Figura 4-7. Configuración sólo con jabalinas y conexión a las fundaciones de las estructuras del sistema de electrodos de puesta a tierra. ......................................................................... 64 Figura 4-8. Configuración con jabalinas, contrapesos y conexión a las fundaciones de las estructuras del sistema de electrodos de puesta a tierra....................................................... 65 Figura 4-9. Configuración base del sistema de electrodos de puesta a tierra. [20] .............. 55 Figura 4-10. Proceso para el diseño de electrodos del sistema de electrodos bajo tierra. .... 71 Figura 4-11. Configuraciones de electrodos de puesta a aplicar para radio bases ubicadas en azoteas. ................................................................................................................................. 72 Figura 4-12.A la izquierda, ruptura del concreto con el fin de dejar el acero de refuerzo descubierto. A la derecha, acero de refuerzo descubierto .................................................... 74 Figura 4-13.Pletina de acero soldada al acero estructural. ................................................... 74 Figura 4-14.Pletina de acero con conector a compresión, pintada y engrasada. ................. 75 Figura 4-15. Barra principal del SPAT con conexión al acero estructural. .......................... 76 Figura D-1. BN en malla. ..................................................................................................... 90 Figura D-2. Configuraciones para redes de continuidad eléctrica aislada. .......................... 91 Figura F-1. Disposición de los electrodos para el método de los cuatro electrodos. [14] .... 97 Figura F-2. Disposición de los electrodos en la configuración Wenner. .............................. 98 Figura F-3. Representación de los datos obtenidos para la resistividad del suelo................ 99 Figura F-4. Disposición de los electrodos en la configuración Schlumberger. .................. 100 Figura F-5. Trayectorias de Medición ................................................................................ 101 Figura F-6. Gráfica de los datos obtenidos de la medición de resistividad del suelo. ........ 103 xi
xii Figura F-7. Superposición del gráfico del SEV, con la curva patrón. ................................ 104
xii
xiii
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Valores del factor B (ec 3) para varias formas geométricas de electrodos horizontales de puesta a tierra. [9]. ........................................................................................................... 19 Tabla 3.1 Componentes de unión y su sección transversal mínima. [17] ............................ 46 Tabla 4.1. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración base. ..................................................................... 58 Tabla 4.2. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración base con jabalinas. ............................................... 59 Tabla 4.3. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración base con contrapesos. ........................................... 60 Tabla 4.4. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración base con contrapesos y jabalinas.......................... 61 Tabla 4.5. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración solo con jabalinas y conexión a las fundaciones. . 64 Tabla 4.6. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración solo con jabalinas y conexión a las fundaciones. . 66 Tabla 4.7. Valores para el cálculo del factor de decremento k y cálculo del mismo. .......... 68
xiii
xiv
LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS
CEN
Código Eléctrico Nacional
SPAT
Sistemas de Puesta a Tierra
IEC
Comisión
Internacional
Electrotécnica
(International
Electrotechhnical
Commission) IEEE
Institutos de ingenieros Electricistas y Electrónicos (Institute of Electrical and Electronics Engeneers)
UIT-T
Unión Internacional de Telecomunicaciones
CBN
Red de Continuidad Eléctrica Común (Common Bonding Network)
CEM
Compatibilidad Electromagnética
BN
Red de Continuidad Eléctrica (Bonding Network)
IBN
Red de Continuidad Eléctrica Aislada (Isolated Bonding Network)
SPC
Punto Común de Conexión (Single Point Conection)
MBN
Red de Continuidad Eléctrica Mallada (Mesh Bonding Network)
xiv
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, las telecomunicaciones representan un mercado amplio e importante en el desarrollo de un país, gracias a la constante innovación tecnológica en la que la sociedad moderna se encuentra inmersa, donde la manipulación de la información y la rapidez de su divulgación es de suma importancia económica y social. En Venezuela, las industrias de telefonía móvil, se han destacado como una de las actividades más rentables del país, siendo una de las pocas actividades económicas que no se ha visto afectada por la crisis de la nación, y ha mostrado un crecimiento sostenido constante.
Las empresas de telecomunicaciones, como por ejemplo la Corporación Digitel, le ofrece a sus usuarios un servicio de comunicación móvil, tanto de voz como de datos, el cual se compromete a ser confiable y de excelente calidad. Por lo tanto es de principal importancia para estas compañías, brindar una señal nítida e ininterrumpida. Para ello es necesario proteger las estaciones radio base, las cuales son las encargadas de generar y distribuir tanto la señal, como la información manejada por la red.
Para proporcionar la mayor seguridad a los equipos informáticos como por ejemplo, las torres de telecomunicaciones, ante el riesgo que representan las sobretensiones, las cuales son la principal causa física de daños a equipos y el primordial motivo para los problemas de funcionamiento; es fundamental la aplicación de un buen sistema de puesta a tierra, que contribuya a mitigar los efectos que pudieran ser perjudiciales para los equipos, dando así una importante contribución reflejada en términos económicos, gracias a la disminución de pérdidas en la empresa.
Actualmente la Corporación Digitel, se ha visto cada vez más afectada por los efectos de las sobretensiones, las cuales se deben, en algunos casos, a descargas atmosféricas y en otros a 1
2 perturbaciones en la red de potencia. Dichas perturbaciones son ocasionadas por impactos de descargas atmosféricas en las líneas de transmisión de la red o a maniobras realizadas en la misma. Es por esto que los ingenieros de la corporación se vieron en la necesidad de buscar soluciones para dicho problema; para ello buscaron apoyo de la Universidad Simón Bolívar en donde, en conjunto, crearon un proyecto que abarca desde la instrucción de los empleados de Digitel sobre el tema protección contra descargas atmosféricas y sobretensiones, hasta la realización de tres pasantías que abarcaran los puntos más resaltantes sobre el mismo, como son el cálculo de los índices de riesgo, el diseño y construcción de los sistemas de captación y protección interna además del diseño y construcción del sistema de puesta a tierra.
El tema ha desarrollar en este trabajo es el diseño y construcción del SPAT, Digitel para la construcción de estaciones radio base, pasa por varias facetas, primero se diseña el proyecto, para ello se tiene una cartera de microempresas, por regiones a nivel nacional, que se encarga de realizar el proyecto de la estación rabio base a construir, una vez hecho, es responsabilidad de los ingenieros pertenecientes a la vicepresidencia de construcción chequear el mismo y aprobarlo, para luego entrar en la fase de licitación donde las microempresas de construcción realizan sus ofertas para llevar a cabo la misma, esta licitación es ganada por la contratista que ofrece la mejor relación costo calidad. Una vez escogida la microempresa que llevará a cabo la construcción comienza esta fase, en donde los ingenieros de Digitel supervisan que se cumpla con el proyecto presentado.
La corporación Digitel no posee un documento de normalización en cuanto al diseño y construcción de los SPAT que ayude a los ingenieros de la vicepresidencia de construcción en el chequeo y monitoreo del proyecto, además gracias al crecimiento de la corporación mediante la adquisición de empresas de telefonía pequeñas a nivel nacional, posee diferentes criterios en este tópico, es por ello que dicha empresa, se encuentra en la necesidad de unificar los criterios, para así facilitar la revisión y mantenimiento del sistema de puesta a tierra, garantizando de este modo su correcto funcionamiento.
2
3 Otra causa por la cual es necesario éste trabajo es el hurto de los sistemas de puesta a tierra de las estaciones radio base, esto debido al atractivo que representa el material utilizado para los electrodos (cobre). Por lo tanto es necesario el estudio de materiales menos costosos y técnicas de construcción, para la realización de sistemas de puesta a tierra que cumplan con los requerimientos técnicos y que representen un menor atractivo para el hurto, y de esta manera disminuir las pérdidas económicas que representa reinstalar el SPAT, reemplazar los equipos electrónicos dañados y en caso de salida del aire de la estación, las pérdidas representadas por tiempo fuera de servicio.
Planteamiento del problema
Desarrollo de un manual práctico que permita a la corporación Digitel el diseño técnico de los sistemas de puesta a tierra de sus torres de comunicaciones, teniendo en cuenta la factibilidad económica, además de los riesgo de robo de la instalación de puesta a tierra.
Objetivo General
Aplicar prácticas de diseño normalizadas y la posible utilización de materiales alternativos, en el diseño y construcción de sistemas de puesta a tierra en instalaciones de telecomunicaciones que arrojen mejoras técnico económicas y que prevean la minimización del riesgo de robo y la máxima duración en cuanto a la vida útil de la instalación.
Objetivos Específicos
•
Revisión bibliográfica de las normas IEEE 1100, STD 80.200 IEEE, IEC 62305 y las recomendaciones IUTK27, IUTK56.
•
Estudio sobre materiales conductores, uniones, accesorios, acondicionadores y diseño de puesta a tierra general (subsistema bajo suelo) de una instalación de telecomunicaciones. 3
4 •
Estudio particular del uso de concretos conductivos y el acero de refuerzo y estructural, como prácticas que logran los objetivos señalados.
•
Clasificar las instalaciones de Digitel a nivel nacional, para la aplicación de las técnicas previstas.
•
Estudio técnico de las prácticas alternativas versus las aplicadas convencionales aplicadas actualmente por DIGITEL
•
Escritura del manual práctico para la construcción de sitios que empleen estas técnicas alternativas en sus sistemas de puesta a tierra.
•
Análisis de resultados y escritura del informe de pasantía.
Alcance:
Al desarrollar este trabajo se considero principalmente el diseño de las redes de electrodos de puesta a tierra para las estaciones radio base considerando sus características de espacio y disposición.
Luego se evaluó el sistema de equipotencialización como parte del
sistema de puesta a tierra, para la protección de los equipos sensibles, como los usados en las compañías de telecomunicaciones, así como también, para la protección de las personas encontradas en las estaciones radio base. Es por ello que se estudia y analiza los esquemas de equipotencialización y sus elementos, aunque en éste trabajo no se considerará la conexión de las guías de onda a los grounding kits en el sistema de equipotencialización, debido a que este estudio se consideró dentro del subsistema de conducción de energía, del sistema de protección contra descargas atmosféricas.
Al llevar a cabo este trabajo, se encontraron varias limitaciones tales como: •
El acceso restringido a la información: cuando se realizó la clasificación de las estaciones radio base y cuando se estudiaba las técnicas realizadas para el diseño y construcción de los sistemas de puesta a tierra por Digitel, no se pudo obtener los planos de todas y cada una de las estaciones a nivel nacional, es por ello que se trabajo con los encontrados en
4
5 los archivos de la vicepresidencia de construcción, los cuales son una muestra significativa. •
El software utilizado para el diseño de los sistemas de puesta a tierra (ETAP) no permite variar las resistividades del suelo en cualquier geometría, sólo acepta la modelación de suelos biestratificados por capas horizontales. Esto representó una limitación ya que al realizar el diseño de SPAT embebidos en concreto el efecto del mismo sobre la RPAT no puede ser modelado por el software.
•
Tiempo limitado. Se debió diseñar los modelos de sistemas de electrodos de puesta a tierra
propuestos para suelos monoestratos, debido a que si se consideraban suelos
biestratos la cantidad de simulaciones a realizar aumentaba considerablemente, haciendo no factible el trabajo.
En del desarrollo de este trabajo de pasantía se llevaron a cabo varias fases que ayudaron a cumplir con los objetivos del mismo. El primer mes se basó en el estudio del tema a tratar, mediante la lectura de gran variedad de bibliografía, desde las normas recomendadas, hasta trabajos previamente desarrollados y publicaciones sobre sistemas de puesta a tierra e instalaciones de telecomunicaciones. En el ínterin se aprendió sobre el funcionamiento de la empresa, la manera de llevar a cabo los proyectos y sus seguimientos, esto se logró mediante la visita de radio bases en construcción y reubicación, así como también un viaje al interior del país donde se evaluó, en el ámbito del proyecto general, las estaciones radio base de Barquisimeto y sus cercanías, con la finalidad evaluar, además, las estaciones radio base fuera del casco urbano.
En la fase de recolección de datos, fue resaltante la consideración de la equipotencialización como parte del sistema de puesta a tierra para equipos sensibles. Para realizar los diseños de los SPAT que se acoplaran a las características encontradas, fue necesaria la clasificación de las ERB de la corporación Digitel y la utilización de un software de diseño que sirviera de herramienta para realizar los diseños estandarizados. Una vez diseñados se procedió a la aprobación de los mismos, pero se llego a la conclusión que no son aplicables a cualquier estación radio base, ya que el sistema de electrodos bajo suelo depende de muchas características representativas de cada lugar a instalar la radio base, es por ello que se propone un proceso de 5
6 diseño el cual puede ser utilizado una vez medidas las características necesarias, como resistividad del suelo, disposición de espacio, entre otros. Luego se entro en la redacción del informe de pasantía.
6
7
CAPITULO I 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
Digitel GSM es la empresa de telecomunicaciones más innovadora del país, presta servicios de telefonía móvil, básica, pública e inalámbrica; con una oferta única de equipos de última generación y servicios de valor agregado que brindan a sus usuarios mucho más que comunicación. Actualmente, la operadora está consolidada como la primera Red GSM de Venezuela, pionera en servicios innovadores y de avanzada.
El crecimiento de Digitel GSM ha sido sostenido y vertiginoso, contando en la actualidad con más de seis millones de clientes. Desde sus inicios Digitel ha marcado pauta, con innovadoras propuestas que van desde la instauración de un sistema de facturación en segundos, el lanzamiento del servicio de mensajería de texto que luego evolucionó a mensajería multimedia, la incorporación del servicio Oficina Móvil y el programa de lealtad Club Digitel hasta la evolución a la tecnología de 3era generación. Día a día continúa sorprendiendo al mercado con lo mejor del mundo de las comunicaciones.
1.1
Historia.
Una de las principales contribuciones de la compañía al proceso de apertura de las telecomunicaciones en Venezuela, ha sido la introducción de la tecnología GSM (Global System for Mobile Communication), lo que le ha permitido consolidar su presencia como el operador más avanzado de telefonía en el país. Con GSM los usuarios disfrutan las ventajas que ofrece el 7
8 sistema de comunicaciones más seguro, brindando privacidad y prevención de fraudes por clonación.
El sistema está basado en el uso de una tarjeta SIM (Susbcriber Identity Module) que almacena todos los datos del usuario, tales como: número telefónico, planes y servicios contratados, claves de seguridad, tráfico acumulado, números telefónicos personales, mensajes recibidos en voz y texto, entre otros, garantizando así, comodidad y flexibilidad en las comunicaciones del usuario y toda la seguridad de una transmisión encriptada.
Otro de los hitos en la historia de la coorporación fue que desde el primer momento se manejó sobre un esquema de cobro en segundos, lo cual inició una etapa de transparencia en la relación con los usuarios, no conocida hasta el momento en el país. Igualmente, en septiembre del año 2000, Digitel sacudió al mercado con la puesta en servicio de la mensajería de texto, lo cual obligó a las otras operadoras a ofrecer el servicio a sus clientes. Esta evolución no se detuvo y en noviembre de 2002 se presentó al mercado venezolano las mensajería multimedia, con su servicio Exprésate, sobre la innovadora plataforma GPRS.
Luego en noviembre de 2002 se dio inicio al servicio de Roaming internacional para los clientes pre-pago, lo que añadió aún más factores diferenciadores a la oferta de Digitel. En octubre de 2004 se introdujo TV Móvil, un servicio que convierte al celular en una pantalla de televisión, permitiéndoles a los clientes disfrutar de la programación de las televisoras locales en su equipo.
En mayo de 2005 se introdujo al mercado Oficina Móvil, una plataforma que permite a los clientes mantenerse conectados en todo momento y lugar con sus lugares de trabajo. Como parte de esta plataforma, en agosto del mismo año llega Correo Móvil, un producto con el cual los clientes pueden recibir, enviar y reenviar correos electrónicos con archivos adjuntos en tiempo real. 8
9
El mes de mayo de 2006 marca un nuevo camino para Digitel, pues el 100% de las acciones de la compañía son adquiridas por el grupo Telvenco, presidido por el Sr. Oswaldo Cisneros Fajardo. Así, la corporación Digitel es ahora la única compañía de telecomunicaciones del país con capital 100% venezolano. La compra marca una etapa de expansión, pues la cobertura se amplía gracias a la adquisición de las empresas regionales Digicel e Infonet, ubicadas en el oriente y occidente del país, respectivamente.
En julio de 2006 los clientes de la zona oriental se integran a la red 412 y, en septiembre los clientes de occidente pasan a formar parte de la familia 412, dando por concluido el proceso de integración de las plataformas tecnológicas. Desde el mes de julio se inició un proceso de expansión de la cobertura, que cerró el 2006 con más de 1.070 radio bases instaladas, 4 switches nuevos en las ciudades de Barquisimeto, Maracaibo, Táchira y Caracas y un despliegue del 100% de la red GPRS/EDGE en el occidente del país que ofrece a los clientes soluciones de comunicación, datos, información y entretenimiento.
1.2
Visión.
Ser la empresa modelo de telecomunicaciones venezolana en términos de calidad, innovación y rentabilidad, manteniendo una relación cálida y humana entre nosotros y con nuestros clientes.
1.3
Misión.
Ofrecer servicios de telecomunicaciones que excedan las expectativas de nuestros clientes y accionistas, distinguiéndonos por una vocación de servicio, innovación, calidad y compromiso social. 9
10
CAPITULO II
2
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA. CONSIDERACIONES GENERALES
En este capítulo se tratarán los conceptos básicos a utilizar en la realización de sistemas de puesta a tierra, siendo éstos generales y aplicables a cualquier tipo de instalación desde edificaciones que alberguen seres humanos hasta tanques contenedores de combustible, entre otros. En los siguientes capítulos se desarrollara específicamente para telecomunicaciones que es el objetivo de este trabajo.
2.1
Definición:
Según la IEEE se entiende por puesta a Tierra “Toda aquella conexión conductora, intencional o accidental, a través de la cual un circuito eléctrico o equipo es conectado a tierra o algún otro cuerpo conductivo relativamente grande que cumple la función de tierra” [1]. Grounding es la conexión a un punto común que es conectado al punto de retorno de energía, puede o no estar conectada a Tierra. Un ejemplo donde no está conectado a tierra es la puesta a tierra de un sistema eléctrico dentro de un avión. [2].
Earthing, es un término comúnmente usado fuera de los estados unidos y es la conexión de los equipos e instalaciones puestas a tierra al planeta Tierra. Esto es una necesidad en un
10
11 sistema de protección contra descargas atmosféricas desde tierra hasta una de las puntas terminales. Bonding, es la unión permanente de partes metálicas para formar un circuito eléctrico que asegure la continuidad eléctrica y la capacidad de conducir de manera segura la alguna corriente [4]. Ground: es una conexión conductora, ya sea accidental o intencional, por el cual un circuito o equipo eléctrico está conectado a la tierra o a algún cuerpo conductivo de una extensión relativamente larga que sirve como empalme con Tierra. Grounded es un sistema, circuito o aparato provisto de una tierra (Ground) con la finalidad de obtener un circuito de retorno de tierra y para mantener su potencial cercano al de Tierra. Grounding system: Comprende todas las instalaciones de tierra interconectados en un área específica. [4]
2.2
Funciones
Los sistemas de puesta a tierra tienen como funciones fundamentales: [6] [5] •
Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.
•
Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.
•
Servir de referencia común al sistema eléctrico.
•
Conducir y disipar con suficiente capacidad las corrientes de falla, electrostática y de rayo.
•
Realizar una conexión de baja resistencia con la tierra y con los puntos de referencia de los equipos.
•
Proporcionar una trayectoria alternativa para las corrientes inducidas y de tal modo minimizar el “ruido” eléctrico en cables.
11
12 2.3
Normas para sistemas de puesta a tierra.
Con la finalidad de estandarizar los procedimientos técnicos con respecto a un tema en específico, se han creado una serie de organismos encargados del estudio y redacción de documentos que plasmen dichos estándares. Entre estos organizaciones se pueden mencionar IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers ), UIT-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones) y Codelectra.(Comité de electricidad de venezuela).
Con respecto a los sistemas de puesta a tierra para equipos sensibles, encontramos documentos de normalización tales como:
IEEE Std 1100, titulada recomendación práctica para la alimentación y aterramiento de equipos electrónicos; Este documento presenta un consenso de las mejores prácticas para la conexión a tierra de equipos electrónicos utilizados en aplicaciones comerciales e industriales. Éstas prácticas están destinadas a mejorar el rendimiento de los equipos, manteniendo una instalación segura. También en él se encuentra una descripción de la naturaleza y origen de los trastornos de la red de potencia, además de presentar información sobre el sistema de protección de energía para telecomunicaciones, así como también sobre puesta a tierra, sistema de puesta a tierra industriales y control de ruido.
IEEE Std 80: llamada guía de seguridad para aterramientos de subestaciones de corriente alterna. La intención de esta guía es proporcionar orientación e información pertinentes a las prácticas de puesta a tierra de seguridad en el diseño de la subestación de corriente alterna. Estableciendo prácticas de puesta a tierra con especial referencia a la seguridad, desarrollando criterios para un diseño seguro. Además este documento proporciona un procedimiento para el diseño de sistemas de puesta a tierra práctico basado en los criterios de seguridad antes mencionados.
12
13 UIT- T serie K: son varios documentos denominados recomendaciones, realizados por la unión internacional de telecomunicaciones, organismo que estudia los aspectos técnicos, de explotación y tarifarios y publica normativa sobre los mismos, con vista a la normalización de las telecomunicaciones a nivel mundial. En la serie K posee como objetivo principal la protección contra interferencias, dentro de esta serie se encuentran recomendaciones como la IUT-T K27 titulada, Configuraciones de continuidad eléctrica y puesta a tierra dentro de los edificios de telecomunicación y la IUT-T K56 Protección de las estaciones de base radioeléctricas contra el rayo; las cuales, como sus enunciados indican, establecen criterios para la realización de los sistemas de puesta a tierra para las instalaciones de telecomunicaciones.
COVENIN 200-CEN: En Venezuela existe un basamento legal, llamado Código Eléctrico Nacional (CEN), realizado por Codelectra. (Comité de Electricidad de Venezuela) documento en el cual todo proyecto eléctrico debe estar regido por él, debido a que su incumplimiento está penado por la ley, mediante sanciones monetarias y con prisión. Por lo tanto, es importante resaltar cuales son las medidas con respecto a sistemas de puesta a tierra que en este documento son exigidas y las mismas serán expuestas a lo largo de este capítulo.
2.4
División de los sistemas de puesta a tierra.
El sistema de puesta a tierra puede ser dividido en dos subconjuntos, el encontrado sobre tierra llamado red equipotencial y el encontrado bajo tierra llamado red de electrodos de tierra. [6]
2.4.1 Red equipotencial (Sobre-tierra):
Como su propio nombre lo indica, es la parte del sistema que se encuentra por encima del nivel de tierra y se trata de todas aquellas conexiones intencionales o accidentales de elementos metálicos, cuyo propósito es mantener un plano donde no haya diferencia de potencial 13
14 en la instalación, con el fin de evitar corrientes parasitas que ocasionen daños a los equipos o a seres vivientes, tanto por voltajes de toque y paso, como por riesgo de explosión, entre otros. Esta práctica es un procedimiento encontrado en el CEN en su apartado 250.90, dicho numeral afirma que:
Se proveerá puente de unión equipotencial cuando sean necesarios para garantizar la continuidad eléctrica y la capacidad para transportar con seguridad cualquier corriente de falla que pueda producirse.
Luego en el apartado 250.96 reza:
Cuando sea necesario garantizar la continuidad eléctrica y su capacidad para transportar de manera segura cualquier corriente de falla que pueda circular por ellas, las canalizaciones metálicas, bandejas de cables, armaduras y cubiertas metálicas de cables, gabinetes, armaduras y cubiertas metálicas de cables, gabinetes, armaduras y cubiertas de equipos, accesorios y otras partes metálicas que no transporten corriente y que sirven como conductor a tierra de equipos, se interconectarán de manera efectiva, independiente o no de que contengan o no conductores de tierra suplementarios. En todas las roscas, puntas y sus superficies de contacto, toda pintura, esmalte o revestimiento similar que no sea conductivo se retirará o las uniones se harán por medio de accesorios diseñados para no requerir tal remoción.
[7]
2.4.1.1 Compatibilidad electromagnética o EMC.
Es la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier otro equipo de su entorno. En este campo, deben satisfacerse las reglamentaciones que limitan las radiaciones electromagnéticas y, para que su calidad de funcionamiento resulte aceptable, los equipos deben tener un cierto grado de inmunidad. Para lograr la compatibilidad electromagnética se puede recurrir a la construcción de una red o estructura conductora de apantallamiento puesta a tierra, la cual será utilizada para desviar, bloquear o impedir el paso de energía electromagnética entre los equipos. [8]
14
15 2.4.1.2 Continuidad eléctrica equipotencial:
Conexión eléctrica que pone diversas partes conductoras expuestas y las partes conductoras externas a un potencial prácticamente igual. La cual es garantizada mediante la interconexión de los elementos. [8]. Ver figura 2.1.
Figura 2-1. Continuidad eléctrica.
El concepto a aplicar siempre es el mismo, pero dependiendo de la instalación los elementos utilizados y el espacio disponible, su diseño y configuración es diferente. Para el presente trabajo sólo tomaremos en consideración instalaciones de telecomunicaciones y será desarrollado detalladamente en el próximo capítulo.
2.4.2 Red de electrodos de tierra (Bajo-tierra):
Es el subsistema del SPAT conformado por un electrodo o conjunto de electrodos interconectados entre sí, estos se encuentran enterrados y por lo tanto en contacto directo con La Tierra. Según su posición en el terreno los electrodos son llamados contrapesos, para los enterrados horizontalmente y jabalinas, para los encajados verticalmente. Su principal función es disipar las corrientes producidas por fallas, descargas atmosféricas y acoplamiento 15
16 electromagnético de manera segura. Las propiedades eléctricas más importantes del sistema de electrodos de puesta a tierra son la resistencia de puesta a tierra y la distribución de la tensión en la superficie del terreno.
La resistencia de puesta a tierra es la existente entre un punto del sistema de electrodos de tierra y otro donde el cambio de tensión que se produce en un electrodo o malla debido a la circulación de 1 A, en otro electrodo es cero, de esta propiedad depende la capacidad del sistema de evacuar las corrientes efectivamente al terreno, pero no es indicador de seguridad, ya que aún teniendo valores bajos de resistencia de puesta a tierra se pueden tener tensiones peligrosas en el terreno. [6]
La distribución de tensiones en la superficie del terreno depende directamente de la forma geométrica del sistema de electrodos enterrados, así como también de las propiedades del suelo. Los electrodos superficiales simples son barras, tiras o tubos metálicos colocados horizontalmente bajo la superficie del suelo a una determinada profundidad, t; normalmente la longitud de los contrapesos, l, es mucho mayor que t, tal como se muestra en la figura 2.2.
16
17
Figura 2-2. Distribución superficial del potencial en el terreno para un conductor horizontal o contrapeso enterrado. [9].
Con estas premisas, la distribución del potencial superficial de tierra del electrodo en la dirección del eje x perpendicular a la longitud l, se describe mediante la fórmula siguiente: [9].
∙ ∙ ∙
ln
√ ∙ ∙
(1)
√ ∙ ∙
Donde: VX = potencial superficial de tierra [V] IE = corriente monofásica de cortocircuito. VE= potencial del electrodo de toma de tierra [V] a la corriente de defecto de puesta a tierra IE [A]. x = distancia perpendicular entre un punto y el electrodo enterrado t = profundidad en la que se encuentra enterrado el electrodo. ρ = resistividad del terreno [Wm]
17
18 l = longitud del electrodo de toma de tierra [m]
El valor relativo del potencial superficial de tierra, Vx*, viene dado por la expresión: V∗
(1a)
En la Figura 3.1 se representa la distribución del potencial superficial de tierra según las formulas (1 y 1a) para valores particulares de las dimensiones del electrodo de puesta a tierra. La RPAT de un simple tubo enterrado horizontalmente en el suelo, asumiendo que éste es homogéneo, puede calcularse con la fórmula siguiente:
∙ ∙
ln
∙
(2)
Los valores de la resistencia de diversas configuraciones sencillas de electrodos de puesta a tierra colocados horizontalmente pueden calcularse utilizando la siguiente fórmula:
=
∙ ∙∑
ln
∙ ∙
(3)
Donde Σl es la suma de la longitud de todos los elementos del electrodo y B es un factor que depende de la geometría del mismo, en la tabla siguiente se presentan algunas configuraciones con su valor del factor B.
18
19 Tabla 2.1. Valores del factor B (ec 3) para varias formas geométricas de electrodos horizontales de puesta a tierra. [9].
Electrodo de puesta a tierra. Nombre
Proyección horizontal l
Línea
Perfil cuadrado de dos
Factor B de la fórmula (3)
1
l
1,46
brazos
l
Tres brazos, simétrico
2,38
l
Cuatro brazos, simétrico
8,45
l
Seis brazos simétricos
192
l
Dos brazos paralelos
! 4 ∙ #
a
19
20 Electrodo de puesta a tierra. Nombre
Factor B de la fórmula (3)
Proyección horizontal
Cuadrado
5,53
l
l1
Rectángulo con varias relaciones l1/l2
l2
l1/l2
B
1,5
5,81
2
6,42
3
8,17
4
10,4
Así como, se tiene formulaciones para electrodos enterrados horizontalmente en suelos homogéneos, existe también ecuaciones simples que ayudan a calcular el valor de la resistencia de puesta a tierra para jabalinas o electrodos verticales encajados en un terreno homogéneo. Dicha ecuación es presentada a continuación:
(
0∙+%
$%&' = )∙*∙+ ∙ ,-. / %
'
1 − 34
(4)
Donde: Lr= longitud de la barra conductora[m] ρ
Lr
ρ= resistividad del suelo en [Ω*m] d = diámetro de la barra conductora [m] d Figura 2-3. Jabalina enterrada en un suelo homogéneo. [1].
Los estudios consultados, no solamente plantean formulaciones para calcular la resistencia de puesta a tierra de configuraciones de electrodos de cobre enterrados, sino que 20
21 adicionalmente, el Std 80-2000 IEEE plantea una ecuación que permite conocer la resistencia de puesta a tierra de un electrodo embutido en concreto, dicha ecuación se basa en la utilizada para una sola barra enterrada :
$=
3
)∙*∙5
8
∙ 6(7 ∙ /-. / 1 + (7 /-. '
0∙+ 8
1 − 31:
(5)
Lr = longitud [m] ρc= resistividad del concreto en [Ω*m] ρs
ρs= resistividad del suelo en [Ω*m]
Lr
d = diámetro de la barra conductora [m] d
D= diámetro del concreto alrededor de la barra [m] D Figura 2-4. Jabalina embebida en concreto enterrada en un suelo homogéneo.
Estas formulaciones o modelos matemáticos ayudan al momento de diseñar un sistema de puesta a tierra, gracias a que dan una idea de la cantidad de material a utilizar y el espacio requerido para cumplir con el valor de resistencia de puesta a tierra deseado.
2.4.2.1 Electrodos de puesta a tierra permitidos por el CEN: [7]
•
Tuberías de agua metálicas enterradas: deben tener un contacto con el terreno de por lo menos 3 metros (incluyendo cualquier cubierta metálica de pozos efectivamente conectada al tubo) y que sea eléctricamente continua hasta los puntos de conexión del electrodo de tierra, de no serlo se equipotencializará conectando las uniones y tramos aislantes de la tubería. No se utilizará como sistema de electrodo a tierra ni como conductor para interconectar los electrodos que son parte de la red de electrodos de tierra. 21
22 •
Armazón metálica de edificios o estructuras: La armazón metálica de estructuras e inmuebles cuando esté efectivamente conectada a tierra.
•
Electrodos empotrados en concreto: un electrodo embebido dentro de una capa de concreto no menor de 50 mm ubicado dentro o cerca de una fundación o pilote de concreto en contacto directo con el terreno, consistente en por lo menos 6m o más de una barra galvanizada u otra barra de acero de refuerzo recubierta con una capa conductiva con un diámetro mayor que 13mm, o con una barra de cobre no menor que 4 AWG. Se permite que las barras de refuerzo puedan conectarse con amarras normales de alambres u otros medios efectivos.
•
Anillo de tierra, Consistirá en un conductor de cobre desnudo no menos de 2 AWG y con una longitud mínima de 6m en contacto directo con el terreno, que circunscriba al inmueble o estructura.
•
Electrodos de tubos o barras: no tendrán una longitud menor de 2,5 m y consistirán en los siguientes materiales: •
Los electrodos consistentes en tuberías de agua o tubos eléctricos metálicos no serán de una sección comercial inferior de 21 mm y si son de hierro o acero tendrán su superficie exterior galvanizada o revestida de cualquier otro material que evite la corrosión.
•
Los electrodos de barras de hierro o acero tendrán como mínimo un diámetro de 16mm
•
Las barras de acero inoxidable superiores a 16mm de diámetro
•
Las de metales no ferrosos o sus equivalentes sestan aprobadas y serán de diámetro no inferior de 13 mm.
•
Electrodos de Placa: cada electrodo de placa tendrá una superficie útil de contacto con el suelo de al menos 0,186 m2. Los electrodos de hierro o de placa de acero serán de un espesor mínimo de 6,4 mm. Los electrodos de metales no ferrosos serán de un espesor mínimo de 1,5mm.
•
Otros sistemas locales subterráneos metálicos o estructuras: sistemas metálicos estructuras subterráneas tales como tanques y tuberías subterráneas.
22
o
23 2.4.2.2 Electrodos de puesta a tierra no permitidos por el CEN: [7]
•
Tuberías subterráneas de gas.
•
Electrodos de aluminio.
2.4.2.3 Electrodos de puesta a tierra no considerados en el CEN:
El deterioro de los sistemas de puesta a tierra, sus costos y problemas de hurto ha creado la necesidad de buscar electrodos que, sin dejar de lado la seguridad de personas y equipos y cumpliendo con normativas nacionales e internacionales, tengan un periodo de vida útil más amplio, un costo más bajo y que sean de menor interés para los delincuentes. Es por ello que aparecieron en el mercado electrodos no convencionales, tales como:
2.4.2.3.1 Barras Químicas: [10] [11]
Son electrodos diseñados para bajar la resistividad del suelo en sus alrededores mediante tratamientos químicos, de esta forma obtienen una mejor respuesta eléctrica del terreno, teniendo como resultado una menor resistencia de puesta a tierra.
Entre las ventajas de estos electrodos encontramos que, para obtener el mismo valor de resistencia de puesta a tierra, la barra química necesita menos espacio que los electrodos convencionales. Pero entre sus desventajas encontramos sus altos costos y la necesidad de un buen mantenimiento para garantizar su funcionalidad, ya que se debe monitorear la cantidad de sales que tiene el electrodo y reponerlo cada vez que sea necesario, lo que implica un costo recurrente.
23
24 Es un tubo de cobre hueco, lleno de perforaciones a lo largo de su longitud, la cual es típicamente de 1 m o 1.5 m, dicho tubo se rellena de sales que en la presencia de humedad, se disuelven y se filtran en el suelo a través de los orificios del electrodo. Las sales incrementan continuamente la conductividad del suelo, reduciendo la impedancia y la resistencia. El diámetro exterior varía entre 6 a 8 cm, ofreciendo así, una gran superficie de contacto con la tierra. Posee un tapón removible y una tapa del registro para facilitar la recarga de sales durante el mantenimiento. En cuanto a la unión de este electrodo con el resto del sistema de puesta a tierra se realiza mediante soldadura exotérmica. (ver figura 2.5)
Figura 2-5. Características de las barras químicas, horizontales [10] y verticales [11].
Las barras químicas pueden o no tener relleno acondicionador para el suelo, el cual es una combinación de materiales orgánicos que optimizan la conductividad del mismo alrededor del electrodo, si se incrementa la cantidad de acondicionador, se puede disminuir la resistencia total del sistema, mejorando su eficiencia.
24
25 2.4.2.3.2 Electrodos de Grafito:
La conformación del electrodo de grafito rígido en forma de ánodo, con un activadorconductor de relleno para la mejora de la intimación con el terreno (ver figura 2.6), hacen que este sistema de puesta a tierra, sea de alta fiabilidad al tratarse de un electrodo constituido enteramente por grafito, no se encuentra afectado intensamente por la corrosión a diferencia de lo que ocurre con los metales. Debido a que el grafito es una estructura tridimensional de átomos de carbono que forman capas paralelas, apiladas unas a otras, al estar formado de carbono no es un elemento metálico por lo que no sufre corrosión. Adicionalmente esta estructura en capas hace que se formen bandas de conducción que conlleva a que se comporte como un conductor análogo a los metales. [12]
Hay poca información técnica que sobre el comportamiento de los electrodos de grafito, como parte del sistema de puesta a tierra. Actualmente en la Universidad Simón Bolívar, se encuentran desarrollando estudios que evalúen y estandaricen los mismos.
Figura 2-6. Características de los electrodos de grafito.
25
26
2.4.2.3.3 Tierras tratadas: [13] [14]
Es el nombre que se le dio a la práctica de agregar productos químicos o acondicionadores en los alrededores de los electrodos de cobre con el fin de obtener una mejor respuesta eléctrica por parte del terreno. En el mercado Venezolano encontramos varios productos como “ground enhancement material” GEM
TM
de ERICO, PowerfillTM de
CONEXWELD, entre otros.
Independientemente del proveedor del acondicionador, la aplicación de esta práctica es muy similar, las diferencias radican en las dimensiones de los hoyos y la cantidad de sacos de componente a utilizar. En la instalación de barras verticales con tierras tratadas es necesario excavar o perforar un hueco en la tierra, con el diámetro y profundidad según las especificaciones del proveedor, luego se debe suspender la varilla en el centro del hueco para luego proceder a rellenarlo con el acondicionador hasta el nivel indicado en el catalogo correspondiente. Para el caso de electrodos horizontales es necesario excavar un canal horizontal de una profundidad de 0.5 m aproximadamente, medida comúnmente utilizada para la profundidad de los SPAT, el diámetro de dicho canal viene dado por las especificaciones del proveedor y la cantidad de sacos de acondicionador que se vayan a utilizar. Una vez realizada la excavación se procede a verter la mitad del acondicionador a utilizar para luego instalar el conductor de tierra, una vez realizado esto se procede a verter el resto de mezcla para luego cubrirlo con el relleno del terreno, de esta manera el conductor queda rodeado de acondicionador (ver figura 2.7).
26
27
Figura 2-7. Características de los electrodos con acondicionadores, vertical a la izquierda y horizontal a la derecha.
Este tipo de electrodos tiene como ventaja ventaja que, obtiene mejor respuesta eléctrica que un sistema convencional, pero tiene como desventaja que el tratamiento dado al suelo con el tiempo se pierde, ya que gracias a las lluvias y a la erosión del suelo, los aditivos son drenados dejando al
SPAT como uno convencional. Además representa un gasto adicional en la construcción del sistema de puesta a tierra, no sólo por la inversión que representa el aditivo utilizado, sino también por la dificultad en la técnica constructiva.
27
28
CAPITULO III
3
EQUIPOTENCIALIZACIÓN O SISTEMA DE CONTINUIDAD ELECTRICA EN RADIO BASES DE TELECOMUNICACIONES. (SPAT SOBRE TIERRA)
3.1
Introducción.
Como se ha visto en el capitulo anterior, el sistema de puesta a tierra tiene como objetivos principales la seguridad de personas y equipos, ante eventos de falla como las descargas atmosféricas y los trasientes de sobrevoltaje provenientes de la red de potencia debido a fallas o maniobras en la misma. En el caso de los sistemas electrónicos, como los usados en las instalaciones de telecomunicaciones, son particularmente sensibles a perturbaciones de alta frecuencia, como lo son las descargas atmosféricas, he ahí la vital importancia del SPAT para ellas. [3]
Para reducir dichos problemas es fundamental la aplicación de la equipotencialización, ya que en caso de falla, minimiza las tensiones inducidas, además de favorecer a la compatibilidad electromagnética de los equipos sensibles, ya que es esencial para la reducción de ruido y, por ende, para su correcto funcionamiento. [11]
Para diseñar un sistema equipotencial es necesario tener las características físicas de la instalación a tratar, es por ello que el punto de inicio es la 28
presentación de los tipos de
29 instalaciones de telecomunicaciones para una red GSM, como la perteneciente a Digitel y luego una clasificación según sus características.
3.2
Tipos de instalaciones de telecomunicaciones
La red GSM está dividida en tres sistemas principales: • Sistema de Conmutación (SS: Switching System) • Sistema de Estaciones Bases (BSS: Base Station System) • Sistema de Soporte y Operación (OSS: Operation and support System). Estos tres sistemas principales se interconectan para formar una red básica GSM como se muestra en la figura 3.1:
Figura 3-1. Interconexión de sistemas principales de la red GSM.
29
30 3.2.1 El Sistema Conmutación (SS):
Incluye las funciones básicas de conmutación del GSM, así como las bases de datos necesarias para los datos de usuario y la gestión de la movilidad. La función principal del SS es gestionar las comunicaciones entre los usuarios GSM y los usuarios de otras redes de telecomunicación. Dentro del SS, la función básica de conmutación se realiza en la MSC (Mobile services Switching Center), comúnmente llamada en Digitel como switch, cuya misión principal es coordinar el establecimiento de llamadas desde y hacia usuarios GSM.
En la corporación Digitel a nivel nacional posee 6 switches, los cuales son nombrados en relación a su lugar de ubicación. En Caracas se tiene a USB y a Cubo Negro, en el Edo Carabobo esta el central switch Valencia, en Oriente el switch llamado Max plaza, para occidente el denominado Sabaneta y el más nuevo BQ6 ubicado en Barquisimeto Edo Lara.
3.2.2 Sistema de Estaciones de Base (BSS):
En términos generales, el Sistema de radio o Sistema de Estaciones de Base (BSS) está en contacto directo con las estaciones móviles (celulares) a través del interfaz radio, como tal, incluye los elementos a cargo de la transmisión y recepción del trayecto radio y la gestión del mismo. Por otro lado, el BSS está en contacto con las centrales de conmutación del SS. La función del BSS se puede resumir como la conexión entre estaciones móviles y el SS, por tanto, la conexión entre un usuario móvil con otro usuario de telecomunicaciones.
El BSS incluye dos tipos de elementos: la Estación de Base (BTS, Base Transceiver Station), en contacto con las estaciones móviles a través del interfaz radio, y el Controlador de Estaciones de Base (BSC, Base Station Controller), este último en contacto con las centrales de conmutación del SS. La división funcional es básicamente entre un equipo de transmisión, la BTS, y un equipo de gestión, el BSC. 30
31
Una BTS contiene dispositivos de transmisión y recepción, incluyendo las antenas, y también el procesado de señal necesario para el interfaz de radio. La BTS pueden considerarse como módems de radio complejos, teniendo pocas funciones adicionales.
En la corporación Digitel existen hasta el 3 de Junio del 2009, 1168 BTS y 18 BSC a nivel nacional, siendo éstas las estaciones más numerosas del sistema.
3.2.3 El Sistema de Soporte y Operación:
Está representado normalmente en un Centro de Operación y Mantenimiento (OMC: Operation and maitenance Center), llamado en la Corporación Digitel el NOC. Es un centro de monitoreo computarizado que se conecta a otras componentes de la red como los MSC y los BSC por enlaces de datos. Tiene las siguientes funciones:
• Acceso remoto a todos los elementos que componen el network GSM. • Gestión de las alarmas y del estado del sistema con posibilidad de efectuar varios tipos de test y verificar el correcto funcionamiento del mismo. • Supervisión del flujo de tráfico a través de las centrales e introducción de eventuales cambiantes del flujo mismo. • Visualización de la configuración del network con posibilidad de cambiarla por control remoto. La figura 3.2 esquematiza los elementos principales de la red GSM.
31
32
Figura 3-2. Esquematización de una Red GSM
En el desarrollo de este trabajo se considerará sólo los elementos del subsistema de radio o subsistema de estaciones de base (BSS), esto se debe a que, como se evidencia en la figura 3.2, son las instalaciones de un sistema de telecomunicaciones GSM más numerosas.
3.3
Clasificación de las BTS y BSC encontradas en Digitel
Las características físicas más resaltantes de éste tipo de instalaciones es que poseen un sistema de captación, representado mediante las antenas y otro sistema de procesamiento, representado por las radios y tarjetas de telecomunicaciones. Otra característica importante es la ubicación de las instalaciones, ya que se pueden construir en terreno o en azoteas.
El sistema de captación, puede utilizar diferentes tipos de soporte como mástiles, torres triangulares y cuadradas además de monopolos. El sistema de procesamiento se puede encontrar 32
33 a la intemperie (soportado por losa) o resguardado en caseta. La esquematización de estas divisiones se representa en la figura 3.3 y figura 3.6.
Figura 3.3 Organigrama para la clasificación de radio bases en azoteas.
Un ejemplo de cada clasificación para radio base en azoteas, azoteas, tal como lo son los tipos de soporte de antenas y equipos, se pueden apreciar en las figuras 3.4 y 3.5 respectivamente
33
34
Mástil ERB Bazar Bolívar, Caracas
Torre ERB Guarenas II, Edo Miranda
Figura 3-4 Ejemplo de Soportes de las antenas en azoteas.
Recinto, ERB Macaracuay, Caracas
Losa, ERB Guarenas II, Edo Miranda
Figura 3-5 Ejemplo de Soportes de los equipos en azoteas.
34
35
Figura 3-6 Organigrama para la clasificación de radio bases en terreno.
Un ejemplo de cada clasificación para radio base en terreno, tal como lo son los tipos de soporte de antenas y equipos, se pueden apreciar en las figuras 3.7 y 3.8 respectivamente.
Monopolo, ERB Casarapa
Torre Triangular, ERB Yaritagua
Torre Cuadrada, ERB USB tower
Figura 3-7 Ejemplo de Soportes de las antenas en estaciones radio bases en terreno.
35
36
3x3 m BTS, ERB La morita
5,4x3 m, BB, ERB
6,6x5,4 m, BSC, ERB USB
Yaritagua
tower
Figura 3-8 Ejemplo de Soportes de los equipos en estaciones radio bases en terreno.
3.3.1 Ejemplificación de la clasificación
Un ejemplo de una estación radio base en azotea de la corporación Digitel es la ERB La Bonita, ubicada en la calle La Pradera, edificio Guaicay, minas de Baruta, municipio Baruta, Caracas. Ésta utiliza mástiles como soporte de las antenas y losa para soportar los equipos. Dicha estación se encontraba en construcción para la realización de este trabajo, es por ello que la planimetría de la misma, y la documentación de la construcción se puede apreciar en el anexo A.
Una representación de una estación radio base ubicada en terreno, con soporte triangular para las antenas y equipos ubicados sobre losa, es la llamada ERB la Morita, ubicada en terrenos al final de la ruta 6, sector Las Polonias Nuevas, Altos Mirandinos. Dicha estación radio base se encontraba en la etapa de construcción, por lo cual, pudo llevarse un seguimiento desde las obras civiles, hasta su puesta en marcha, el reporte fotográfico y planimetría de la estación se encuentran en el anexo B.
36
37 3.4
Prácticas de equipotencialización recomendadas
Considerando las características de las instalaciones de telecomunicaciones a tratar, es decir, estaciones radio base, y las técnicas teórico-prácticas presentadas en la norma IEEE1100 y la recomendación IUT-K-6 para la equipotencialización y aterramiento de equipos sensibles se establecen las siguientes prácticas:
3.4.1 Conexión de los elementos metálicos al SPAT.
Esta práctica consiste en garantizar continuidad eléctrica entre todos los elementos metálicos encontrados en la ERB, con el fin de evitar diferencias de potenciales que ocasionen descargas, que atenten contra las personas que allí se encuentran. En el caso de las ERB donde los equipos están ubicados dentro de un recinto o caseta encontramos elementos metálicos dentro y fuera de ella, por lo tanto la conexión de éstos se divide en interiores y exteriores.
3.4.1.1 Subsistema de equipotencialización exterior.
Los elementos exteriores como celosía de la torre (ver figura 3.9), el cerramiento o cerca perimetral (ver figura 3.10), la base de la escalerilla (ver figura 3.11) y los postes de iluminación deben estar conectados al SPAT, estas uniones se realizan mediante soldaduras exotérmicas o conectores de presión, como lo indica el CEN en su apartado 250-81. Para el desarrollo de este trabajo no se consideró la equipotencialización de las guías de onda a través de los grounding kit, ya que fue tomado como parte del sistema de protección contra descargas atmosféricas el cual está fuera del alcance de este trabajo.
37
38
Figura 3-9 Interconexión de la celosía de la torre al SPAT en la ERB la Morita.
Figura 3-10 Interconexión del cerramiento al SPAT en la ERB la Morita.
38
39
Figura 3-11 Interconexión del soporte de la escalerilla al SPAT en la ERB la Morita.
3.4.1.2 Subsistema de equipotencialización interior.
Los elementos metálicos encontrados en el interior de la caseta, como por ejemplo las carcasas de los aires acondicionados (figura 3.15), puertas (figuras 3.13), escalerillas (figura 3.14), tuberías metálicas (figura 3.13), base del motogenerador (figura 3.12) y las vigas o varillas del cemento armado del recinto, deben ser unidos entre sí por conductores de continuidad eléctrica, identificados por el color verde continuo o un color verde continuo con una o más tiras amarillas, como lo indica el CEN en su sección 210-5 b. Estos conductores de continuidad, no serán de calibre menor que el N° 6 de cobre o el N° 4 de aluminio, ésta condición viene dada por el artículo 250-155 del Código eléctrico nacional.
Para realizar todas estas uniones de manera ordenada, se utiliza un anillo perimetral interno (ver figuras 3.12, 3.13, 3.14 y 3.15) el cual, como su nombre lo indica, bordea la caseta generando un plano equipotencial, se especifica que es interno para diferenciarlo del anillo 39
40 exterior perteneciente al sistema de electrodos bajo tierra, el cual será desarrollado en el capítulo IV.
El anillo interno, se conecta a una barra de cobre llamada MGB (master ground bar) ésta se monta generalmente en la pared del sitio de telecomunicaciones que proporciona la ruta más directa al SPAT externo, es decir, en la entrada a la caseta de los conductores y guías de onda.
Esta barra es el punto de conexión entre los subsistemas de equipotencialización, interno y externo, y el sistema de electrodos bajo tierra. El sistema interior debe tener una trayectoria de baja impedancia a tierra y debe lograr una mínima diferencia de potencial entre las estructuras conductivas del sitio, mientras eliminan o minimizan, cualquier flujo de sobre corriente a través del equipo. La barra MGB ofrece un punto de baja resistencia para todas las tierras de los equipos electrónicos y de este modo se facilitan las conexiones de los equipos.
Figura 3-12 Interconexión de los elementos metálicos dentro de la caseta en la ERB Yaritagua.
40
41
Figura 3-13 Equipotencialización dentro del recinto en la ERB Yaritagua.
Figura 3-14 Interconexión de la escalerilla al plano equipotencial en la ERB Yaritagua.
41
42
Figura 3-15 Interconexión de los aires acondicionados al plano equipotencial.
Esta conexión de elementos conforma lo que en la literatura es llamado CBN (CBN, common bonding network). La recomendación UIT K56 afirma que la CBN es el conjunto de componentes metálicos que se interconectan deliberada u ocasionalmente para formar la red de continuidad eléctrica principal del edificio y garantizar así la equipotencialización. Estos componentes son las vigas o varillas de hierro del cemento armado del edificio, las tuberías metálicas, los conductos de cables de energía eléctrica en alterna, los conductores de protección, los bastidores de cables y los conductores de continuidad eléctrica. Ver figura 3.16. La CBN tiene siempre una topología de malla y está conectada a la red de puesta a tierra. relativos al diseño de la CBN son presentados en el anexo C.
42
Los principios
43
Figura 3-16. Conexiones y elementos que conforman la red de continuidad eléctrica común. (CBN)
3.5
Conexión de los equipos sensibles a tierra.
Como se trato en el punto anterior, existe una red o sistema (CBN) que interconecta todos los elementos metálicos encontrados dentro del recinto así como también la estructura misma al SPAT exterior mediante la barra de tierra principal, pero dentro de la caseta se tiene además, los bastidores o racks que soportan los equipos electrónicos sensibles que operan en el sistema GSM, los cuales utilizan como tierra o referencia al mismo rack, es por ello que la conexión de éstos al sistema de equipotencialización principal (CBN) es de importancia. Dicha conexión puede realizarse siguiendo diferentes esquemas dependiendo de los beneficios que se quieren obtener (Ver anexo D). En la corporación Digitel la configuración utilizada para las estaciones radio base es el denominado isolated bonding network IBN en estrella (ver figura 3.17 izquierda), el cual consiste en canalizar los conductores de tierra de cada uno de los racks encontrado en la caseta por una escalerilla o bandeja de conductores hasta un sólo punto donde se unirán con la CBN mediante la barra colectora principal MGB. (ver figura 3.18).
43
44
Figura 3-17. Configuraciones para redes de continuidad eléctrica aislada.
Este esquema se encuentra propuesto en la norma IEEE1100 y la recomendación IUTK56, brinda una buena protección contra fallas a los equipos, gracias a su conexión monopunto, pero tiene como desventaja que cualquier conexión no intencional de algún rack con la CBN ocasiona la perdida de ésta protección. Por esta razón en este esquema se debe de tener especial atención en la instalación de equipos nuevos en las estaciones radio base, además de un regular mantenimiento
44
45
Figura 3-18. Barra colectora principal (MGB) en conexión monopunto.
La barra MGB es una barra de cobre que está aislada de su soporte, ésta se monta generalmente en la pared del sitio de telecomunicaciones que proporciona la ruta más directa al SPAT externo, es decir, en la entrada a la caseta de los conductores, se recomienda además que las conexiones a la barra se hagan con conectores doble ojo como se muestra en la figura 3.18, práctica que cumple con lo establecido por la norma IEEE 1100, la cual exige conexiones redundantes, además esta conexión asegura que las vibraciones que se puedan suscitar no despeguen la conexión. Estas barras deben estar provistas de grasa antioxidante de contacto según las condiciones que deben cumplir los componentes del sistema de unión de puesta a tierra de la IEEE 1100 [8].
La IEC-62305 recomienda que la conexión al SPAT de la barra se haga con el conductor normalizado y con una distancia mínima. La sección transversal de las barras de puesta a tierra y los calibres de los conductores se aprecian en la tabla 3.1.
45
46 Tabla 3.1 Componentes de unión y su sección transversal mínima. [17]
Componente de Unión Barra de equipotencialización Conductores para unir barras equipotencializadoras al SPAT o a otras barras Conductores de conexión de estructuras metálicas a las barras
Sección Material Trans. (mm2) Cu 50 Fe 50 Cu 14 Al 22 Fe 50 Cu 5 Al 8 Fe 16
En algunos casos la ERB posee gran número de equipos y por lo tanto de racks lo cual dificulta la conexión de cada uno de ellos directo a la MGB, es por esto que se necesita de una barra auxiliar, en ella se interconectan todos los conductores de tierra de los racks y esta a su vez se encuentra conectada directamente a la MGB, conservando así la conexión monopunto. Las barras auxiliares AGB deben poseer las mismas características antes descritas para la barra principal.
Una vez diseñado el sistema de equipotencialización para ERB con los equipos ubicados en recinto, es sencillo establecer el sistema para la siguiente clasificación, equipos ubicados en losa (ver figura 3.19)., ya que sólo hay un sistema de equipotencialización, que es el establecido por los elementos externos y la conexión de los equipos electrónicos es directamente a la barra equipotencial principal que une a éste con el SPAT bajo tierra, sin la necesidad de un anillo perimetral (ver figura 3.20).
46
47
Figura 3-19. Estación radio base con equipos ubicados en losa.
Figura 3-20. Conexiones equipotenciales de una ERB con equipos soportados por losa.
47
48 La característica de ubicación, es decir, en azotea o en terreno no afecta en concepto el diseño del sistema de equipotencialización, pero si para el SPAT bajo suelo, el cual será desarrollado en el siguiente capítulo.
3.6
Conexión del sistema eléctrico a tierra.
3.6.1 Distribución de energía en ac:
En una estación radio base el sistema de distribución en alterna es la presentada en la figura 3.21, puesto que las cargas a alimentar son casi todas DC, exceptuando el sistema de iluminación y en algunos casos los aires acondicionados
Figura 3-21 Conexión eléctrica de una estación radio base.
3.6.1.1 Conexiones del neutro en estaciones radio base.
Las interferencias pueden generar perturbaciones y daños en los dispositivos electrónicos en las estaciones radio base, por lo tanto la escogencia del esquema de conexión se presenta como una alternativa para la protección contra interferencias electromagnéticas. 48
49
Para una mejor calidad del servicio, desde el punto de vista de compatibilidad electromagnética el mejor esquema de conexión del neutro es TN-S. Es el recomendado por la norma IEEE 1100 y el exigido por el CEN. Ver figura 3.22.
Figura 3-22 Esquema de Conexión del Neutro TN-S
En Venezuela el CEN exige que el esquema a utilizar sea de 5 hilos, y la unión del neutro y la tierra del sistema se encuentren al nivel de transformación. En Digitel el conductor de neutro y tierra se separan en el tablero principal, teniendo así un conductor de protección que brinda un camino único para la circulación de corrientes de falla, lo cual evita que estas corrientes transiten por caminos no deseados como las partes, metálicas de los equipos, antes de ser drenadas a tierra de forma segura.
En la corporación Digitel cumplen con éste esquema de conexión, lo que se evidenció al realizar la inspección en la radio base la Morita (ver figura 3.23).
49
50
Figura 3-23 Breaker principal estación radio base la Morita.
3.6.2 Distribución de energía en dc:
La energía continua se distribuye desde una planta dc cuyo terminal positivo se conecta a la CBN (se elige esta polaridad para reducir al mínimo el efecto de la corrosión en la pantalla exterior de los cables). Y se utiliza como conductor de retorno los conductores de continuidad eléctrica, es por ello que el retorno en continua puede ser:
•
Retorno en continua aislado (ccI): alimentación en continua cuyo conductor de retorno tiene una conexión monopunto con una BN. (esquema de equipotencialización IBN)
•
Retorno de continua común (ccC): alimentación en continua cuyo conductor de retorno está unido en múltiples puntos con una BN. (esquema de equipotencialización MBN)
50
51 En la corporación Digitel gracias a que el esquema de equipotencialización utilizado es el IBN, (ver anexo C) el retorno en continua es aislado, lo cual evita que las corrientes de falla de un equipo perturben o dañen a otro ubicado en el mismo recinto, ya que garantiza su drenaje a tierra por la conexión monopunto.
51
52
CAPITULO V
4
DISEÑO DE SPAT BAJO SUELO, RED DE ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA.
Al diseñar la red de electrodos de tierra, se tiene como meta la menor resistencia de puesta a tierra del sistema, siendo el valor máximo permitido para instalaciones de telecomunicaciones 5 Ω. Como vimos en el capítulo II, la RPAT de un sistema depende directamente de la geometría de éste, así como también de la respuesta eléctrica del terreno donde se va a instalar. El parámetro fundamental que caracteriza la respuesta eléctrica de un terreno es la resistividad del mismo.[17] [6]
4.1
Resistividad del terreno
La resistividad es un parámetro característico de los medios conductores, su unidad en el sistema MKS es el Ω.m y representa la capacidad del medio de impedir el paso de la corriente a través de él. En el caso del suelo, ésta característica varía dependiendo de varios factores tales como: [18] [19]
•
Naturaleza del terreno: No existe una clasificación perfectamente definida en donde dependiendo del tipo de suelo tengamos un rango de resistividad, por lo que hay que limitarse a señalarlos en forma general.
52
53 •
Contenido de humedad: el suelo es higrométrico, es decir sus condiciones varían con el cambio de humedad y su relación es inversamente proporcional, entre más húmedo este el terreno, menor será la resistividad del mismo.
•
Temperatura: Las características térmicas del terreno dependen de su composición, grado de compactación y grado de humedad. La tierra fundamentalmente puede encontrarse en tres condiciones características invariables: seca, húmeda y congelada siendo las peores condiciones totalmente seca o totalmente congelada.
•
Salinidad: Al existir una mayor concentración de sal en el suelo, éste mejora su conductividad, este fenómeno se debe al comportamiento eléctrico del agua la cual es buena conductora siempre y cuando sea mineralizada, si ésta es destilada se comporta como aislante.
•
Estratigrafía: Los terrenos están formados en profundidad por capas de diferentes materiales, y por lo tanto, de resistividades distintas. La resistividad media o aparente será una combinación de las resistividades de todas las capas que componen el terreno considerando el espesor de cada una.
•
Variaciones estacionales: En épocas de lluvias el nivel freático se aproxima a la superficie del terreno, presentando éste una resistividad menor que en el periodo de sequía, en el que dicho nivel, se aleja de la superficie.
•
Compactación: Una mayor compactación del suelo disminuye la distancia entre las partículas que lo conforman, logrando así, una mejor conducción a través del líquido contenido en éste.
Tal como se vio, la resistividad de los suelos depende de múltiples factores, razón por la cual es una característica única para cada terreno, por lo tanto ésta debe medirse (ver anexo E) y no estimarse, ya que con ella se determina la configuración del sistema de tierra más favorable para la estación, esto debido a que al estimar la resistencia de puesta a tierra y diseñar en base a un supuesto puede traer como consecuencia que el SPAT arroje como RPAT un valor superior al mínimo requerido (5 Ω) lo que amerita realizar adecuaciones al sistema de electrodos construidos y por ende medir la resistividad del suelo, lo cual pudo realizarse a priori, acarreando de esta manera gastos adicionales que pudieron ser evitados realizando de manera correcta el diseño del SPAT. 53
54
4.2
Procedimiento utilizado para el diseño de los SPAT propuestos para las estaciones radio base ubicadas en terreno de la corporación Digitel.
Para realizar diseños estándares que se adecuaran a la realidad, fue necesario tomar en consideración la clasificación de las estaciones radio base encontradas en la Corporación Digitel, realizada en el capítulo III, ya que, una vez estandarizadas, las características importantes se quiere proponer por lo menos una configuración que se adapte a cada ERB. En consideración con la resistividad del suelo, el modelo utilizado en este trabajo es monoestrato, debido a que es el más sencillo del suelo, se quiere, una vez estandarizado el SPAT en el caso monoestrato, atacar el caso más complejo y que se apega más a la respuesta de los suelos, que es el modelo biestrato.
Otra variable simplificada para la elaboración del diseño fueron las dimensiones de las estructuras a colocar en el terreno, se consideraron las menores proporciones manejadas por la corporación, tanto para la base de la celosía como para la loza de los equipos. Ésta es la peor condición, pues genera el mayor valor de resistencia de puesta a tierra, gracias a que la cantidad de cobre enterrado es menor.
Para el diseño de las redes de electrodos de tierra encontrados en terreno se tomó como base la configuración propuesta en la recomendación UIT K56 (Figura 4-1), Luego utilizando el software ETAP versión 4.0 se procedió a calcular la resistencia de puesta a tierra variando la resistividad del suelo, para de esta forma, obtener el rango en el cual dicho modelo cumple con el objetivo de Rpat < 5 Ω.
54
55
Figura 4-1. Configuración base del sistema de electrodos de puesta a tierra. [20]
Con el fin de aumentar el rango de resistividades que cumplan con el objetivo, se diseñaron variaciones de la configuración base, añadiendo contrapesos, jabalinas, conexión a las fundaciones de la torre o embebiendo los electrodos en concreto, según sea el caso, teniendo de esta manera distintos diseños que se pueden emplear dependiendo de las condiciones del terreno.
4.3
Red de electrodos de puesta a tierra utilizados para estaciones radio base ubicadas en terreno de la corporación Digitel.
En el proceso de recolección de información de este trabajo, se buscó las redes de electrodos de puesta a tierra empleadas por la Corporación Digitel, utilizando la planimetría de los sitios ya construidos, con el fin de determinar la práctica más común, pero dicha información sólo se tiene de las radio bases construidas por la corporación y no se posee para las adquiridas de empresas pequeñas, lo cual es una limitante. Por lo tanto se determinó que la red de electrodos de puesta a tierra comúnmente empleada por Digitel es el modelo presentado a en la figura 4.2, el cual fue obtenido de la planimetría encontrada en los archivos manejados por la vicepresidencia de construcción: 55
56
Leyenda: Cable # 2/0 trenzado desnudo AWG
Barra de copperwel 5/8´´ x 2,4m
Figura 4-2. Configuración de la red de electrodos de puesta a tierra comúnmente utilizada por Digitel.
Observando la figura 4.2 se evidencia que la red de electrodos de puesta a tierra está conformada por un anillo perimetral en la torre, con una jabalina en cada una de los vértices del triangulo formado. Además se utiliza uno de los lados del anillo de la torre para armar el anillo ubicado a los alrededores del recinto, en el cual sólo se encuentran 3 jabalinas las cuales son ubicadas por lo general en las esquinas del soporte de los equipos, ya sea recinto o loza.
56
57 4.4
Red de electrodos de puesta a tierra propuestos para radio bases en terreno.
Debido a la diversidad de dimensiones que podemos encontrar en las radio bases de Digitel, los diseños propuestos son de forma general, por lo tanto, las medidas de estos diseños no son invariables, por el contrario, al ser aplicados, sus dimensiones dependerán de la planimetría del terreno a utilizar en cada caso particular.
Los diseños para la red de electrodos de puesta a tierra se dividieron según la clasificación de las radio base realizada, por lo tanto la configuración dependerá también del tipo de radio base en construcción, es decir, si se encontrará en terreno o en azotea.
4.4.1 Modelo básico.
El modelo básico de electrodos de puesta a tierra consiste de dos anillos interconectados por tres puntos como mínimo, realizado de conductores de cobre con una sección transversal mínima de 50 mm2 (calibre 1/0, o superior) enterrados a una profundidad de 0,75 m de la superficie del suelo. [20]
Sabiendo que las dimensiones mínimas para la base de la torre triangular son 6,7 m en cada lado, y para la losa de los equipos es de 3x3 m, considerando además que la distancia mínima entre la estructura y el anillo enterrado debe ser de 0,65 m [20], se dimensionó el diseño teniendo como resultado un triángulo isósceles de 8,7 m y un cuadrado de 5x5 m siendo la separación entre ambos 4m, como se muestra en la figura 4-3.
57
58
Figura 4-3. Configuración básica del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Una vez dibujada la configuración en el programa ETAP v 4.0 se procedió a variar la resistividad del suelo en el sistema, registrando los valores de resistencia de puesta a tierra obtenidos en función a la resistividad del suelo, hasta obtener un valor mayor a 5 Ω. De esta
forma se obtuvo el rango de resistividad en el que esta configuración cumple con los valores de resistencia de puesta a tierra exigidos. Dichos valores valores se muestran en la tabla 4.1. Tabla 4.1. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración ón base. Rpat Ω 2,93 3,91 4,88
ρ Ω.m 60 80 100
4.4.2 Modelo básico con jabalinas.
Con el fin de aumentar el rango de resistividad en los cuales la configuración de electrodos de puesta a tierra cumple con las exigencias de Rpat < 5Ω, 5Ω, se le adicionó al modelo básico, jabalinas en los vértices del diseño, como se muestra en la figura 4-4. Esta adecuación es conveniente para suelos en donde su capa más profunda posee un unaa resistividad menor que la más
superficial (Ver anexo E).
58
59
Figura 4-4. Configuración básica con jabalinas del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Al realizar las simulaciones para esta configuración, se pudo evidenciar que el rango de
resistividades en la que la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω,, aumentó en comparación a la configuración base, de 100 Ωm a 120 Ωm (ver tabla 4.2).
Tabla 4.2. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración ón base con jabalinas. Rpat Ω 2,56 3,42 4,27 4,7 5,12
ρ Ω.m 60 80 100 110 120
4.4.3 Modelo básico con contrapesos.
Este diseño es una variación del básico adicionándole contrapesos en los vértices como muestra la figura 4.5. Estas adecuaciones son conductores de cobre de sección transversal mínima de 50 mm2, y de 5 m de longitud.
59
60
Figura 4-5. Configuración básica con contrapesos del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Esta configuración nos genera una ρmax de 130 Ω.m (ver tabla 4.3) y al ser una extensión del SPAT que aumenta el contacto con la capa superficial del suelo, tendrá aún mejores
resultados en terrenos biestratos donde el superior posea una resistividad menor que el inferior.
Tabla 4.3. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración ón base con contrapesos. Rpat Ω 2,28 3,04 3,79 4,17 4,55 4,93
ρ Ω.m 60 80 100 110 120 130
4.4.4 Modelo básico con contrapesos y jabalinas.
Este diseño consiste en el modelo básico con ambas adecuaciones, tanto jabalinas como contrapesos, (ver figura 4-6) de ésta manera amplia el rango de resistividades del suelo en el cual la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω para esta configuración.
60
61
Figura 4-6. Configuración básica con contrapesos y jabalinas del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Al realizar las simulaciones variando la resistividad se obtuvo el comportamiento del
valor de la resistencia de puesta a tierra en función a la resistividad hasta obtener un valor mayor a 5 Ω,, de esta forma obtenemos el rango de resistividades del suelo en el que ésta configuración es apta para una radio base de telecomunicaciones. Dicho rrango ango es presentado en la tabla 4.4 y
consta de una ρmax de 160 Ω.m. Ω
Tabla 4.4. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración base con contrapesos y jabalinas. Rpat Ω 1,88 2,51 3,14 3,45 3,77 4,08 4,4 4,71 5,02
ρ Ω.m 60 80 100 110 120 130 140 150 160
61
62
4.4.5 Modelo básico sólo con jabalinas y conexión a las fundaciones.
La idea de utilizar las fundaciones de las edificaciones y electrodos embebidos en concreto como sistema de puesta a tierra, fue explorada por primera vez por Herb. G. Ufer en los Estados Unidos, el fin era poder utilizar este tipo de sistema de dispersión en zonas áridas, en donde no se podían lograr resistencias de puesta a tierra lo suficientemente bajas con métodos tradicionales. Esto se debe a que las fundaciones se encuentran embebidas en concreto, el cual comúnmente posee menor resistencia que el terreno (100 Ω.m) y gracias a sus propiedades higroscópicas, absorbe y conserva la humedad del suelo, ayudando de esta forma a mantener el valor de resistencia de puesta a tierra estable y bajo. [21]
Para este diseño se tiene dos anillos perimetrales unidos en tres puntos, como lo dicta el modelo básico, adicional a éste se tiene 4 jabalinas conectadas al anillo de la loza y tres al de la torre, como se observa en la figura 4-8, también se conectarán al SPAT las fundaciones de la torre y la malla metálica de la loza de los equipos. En la conexión de las fundaciones de la torre se tendrá también una jabalina encajada en el terreno a la profundidad de la fundación, la cual para nuestro diseño es 2 m (ver figura 4.7). Esta práctica propuesta está basada en la experiencia de los ingenieros de Digitel que hace varios años la aplicaban con buenos resultados, actualmente no es puesta en práctica por el cambio de contratistas que realizan los diseños y construcciones, así como también por su complejidad constructiva.
62
63
Figura 4-7. Conexión de las fundaciones de la torre al SPAT.
Se modelaron las 3 fundaciones de la torre como cubos metálicos de 2x2 m y en el centro de cada una de ellas, se encuentra una jabalina directamente conectada al anillo perimetral por un conductor. Se tuvo especial cuidado a la hora del diseño en la distancia entre la jabalina de la fundación y la del anillo perimetral, puesto que ésta debe ser por lo menos 2,5 m, que es el largo de las jabalinas.
Para modelar la malla metálica de la loza de los equipos se dibujo un cuadrado de 3x3m conectado al anillo perimetral correspondiente, como se en la figura 4.8.
63
64
Figura 4-8. Configuración sólo con jabalinas y conexión a las fundaciones de las estructuras del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Luego de realizar el diseño, se simuló con el programa ETAP diferentes valores de resistividad del suelo, con el fin de encontrar el valor máximo de ρ que nos permita tener una
RPAT menor a 5 Ω. Debido a limitaciones en el software sólo se simulo la carcasa metálica de las fundaciones, debido a que no se pudo introducir cambios de resistividades del suelo en cubos o paralelepípedos, para simular el efecto del concreto. Los resultados obtenidos con el software se
muestran en la tabla 4-5.
Tabla 4.5. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración solo con jabalinas y conexión a las fundaciones. Rpat Ω 2,18 2,9 3,63 3,99 4,35 4,71
ρ Ω.m 60 80 100 110 120 130
Para estudiar el efecto de las fundaciones en el SPAT, es necesario comparar los resultados del diseño básico con jabalinas y el básico con jabalinas y fundaciones. Al observar la
64
65 tabla 4-5 podemos ver que la ρ máxima es de 130 Ω.m, mientras que para el diseño básico con jabalinas es 120 Ω.m (ver tabla 4.2), esto evidencia que, a pesar que las fundaciones representen una cantidad considerable de metal enterrado, éstas no disminuyen en gran cantidad el valor de la resistencia de puesta a tierra, esto debido a la cercanía de las varas metálicas de las fundaciones, las cuales no cumplen con la distancia mínima para mitigar el efecto de resistencia mutua, pero al no representar un costo adicional en la construcción del SPAT se recomienda realizar su
conexión al mismo.
4.4.6 Modelo con contrapesos, jabalinas y conexión a las fundaciones.
Este diseño consiste en el modelo con contrapesos y jabalinas, pero adicionándole la modelación de las fundaciones realizada anteriormente, tanto para base de la torre como para la
loza de los equipos. Ver figura 4-9.
Figura 4-9. Configuración con jabalinas, contrapesos y conexión a las fundaciones de las estructuras del sistema de electrodos de puesta a tierra.
Al ejecutar las simulaciones y reportar reportar los resultados en la tabla 4.6, se pudo evidenciar cómo al agregar las fundaciones a éste modelo, amplió el rango de resistividades del suelo en el
que se puede aplicar este diseño, diseño, obteniendo la RPAT objetivo, ya que para el modelo sin fundaciones la ρ máxima era de 160 Ω.m y para éste se puede llegar hasta 180 Ω.m. Además en 65
66 la práctica, la respuesta de usar en el SPAT las fundaciones, disminuirá aún más, el valor de la resistencia de puesta a tierra, esto se debe a la limitación del software, el cual no puede simular la variación de la resistividad dentro de las fundaciones debido a que éstas son de concreto, hecho que ayudará a mejorar la respuesta eléctrica del sistema.
Tabla 4.6. Valores de resistividad del suelo para los cuales la resistencia de puesta a tierra es menor a 5 Ω aplicando la configuración solo con jabalinas y conexión a las fundaciones. Rpat Ω 1,73 2,3 2,88 3,17 3,46 3,74 4,04 4,33 4,61 4,9 5,19
ρprom Ω.m 60 80 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Considerando los resultados obtenidos, basada en la utilización de las fundaciones como electrodos, es necesario tomar en cuenta la influencia del concreto.
4.4.7 Diseños embebidos en concreto.
Embeber lo electrodos en concreto para obtener una menor y más estable resistencia de puesta a tierra, es un método no convencional de diseño de SPAT, pero está permitido y considerado por normas internacionales como por ejemplo el Std 80 IEEE, en donde se considera las propiedades higroscópicas del concreto para la realización de sistemas de puesta a tierra y además propone la formulación para el cálculo de la resistencia de puesta a tierra de una jabalina embebida en concreto, dicha ecuación será utilizada en este trabajo para demostrar cuanto disminuye la resistencia de puesta a tierra gracias al uso del concreto en los SPAT. 66
67 El software utilizado, posee limitaciones en cuanto a simular cubos, paralelepípedos, o cualquier otra figura geométrica de resistividades diferentes a la resistividad uniforme del suelo, es por ello que no se puede utilizar a la hora de considerar jabalinas y contrapesos embebidos en concreto. Entonces para considerar la influencia del concreto en el diseño, se estimó un factor de decremento k, el cual fue hallado utilizando la fórmula de resistencia de puesta a tierra para una jabalina enterrada (ec 6) y la ecuación de una jabalina embebida en concreto (ec 7), siendo el factor de decremento el cociente entre la resistencia de la jabalina embebida en concreto y la jabalina enterrada. (ec 8) $%&' =
3
( 0 ∙ +% ∙ ;-. < = − 3> ) ∙ * ∙ +% ' ?
A∙BC
$ = )∙*∙+ ∙ 6(7 ∙ /ln / 11 + @ ∙ /ln / %
E=
?
(6)
1 − 11:
(7)
$
(8)
$%&'
Donde Lr = longitud [m] ρc= resistividad del concreto en [Ω*m] ρs
ρs= resistividad del suelo en [Ω*m]
Lr
d = diámetro de la barra conductora [m] d
D= diámetro del concreto alrededor de la barra [m] D
Los valores utilizados para el cálculo del factor de decremento k son presentados en la tabla 4.7.
67
68 Tabla 4.7. Valores para el cálculo del factor de decremento k y cálculo del mismo. L (m) ρc (Ω.m) ρs (Ω.m)
d (m)
D (m)
R (Ω)
R rod (Ω)
k
% disminuido
2,5
100
200
0,003
1
62,393
99,375
0,628
37,20
2,5
100
300
0,003
1
75,098
149,062
0,504
49,60
2,5
100
500
0,003
1
100,508
248,437
0,405
59,50
2,5
100
1000
0,003
1
164,034
496,874
0,33
67,00
2,5
100
10000
0,003
1
1307,505
4968,738
0,263
73,70
Como se evidencia en la tabla anterior, entre mayor sea el valor de la resistividad del suelo, mayor es la mejora otorgada por el concreto con respecto a la resistencia de puesta a tierra. Por ejemplo en el caso de una resistividad de 1000 (Ω.m), una vara sola nos arroja una RPAT de casi 500 (Ω), mientras que embebida en concreto nos da una RPAT de casi 165 (Ω), que representa un tercio de la obtenida con la vara sola.
Este factor de decremento k es útil a la hora de diseñar los sistemas de electrodos de tierra que serán embebidos en concreto, para ello primero se modela el diseño, como se realizó en los puntos anteriores, y una vez obtenido el valore de resistividad del suelo en el terreno a utilizar se calcula el factor de decremento para así estimar el valor de RPAT que este sistema arrojará, por ejemplo si se considera
el modelo propuesto de sistemas de electrodos de tierra básico con contrapesos y se tiene un terreno con una resistividad de 200 Ω.m, valor para el cual dicho modelo ya no cumple con el objetivo de 5 Ω, se puede embeber el sistema de electrodos en concreto para obtener la RPAT deseada, primero se obtiene con ayuda del software utilizado la resistencia de puesta a tierra que el sistema arroja para un suelo de 140 Ωm, el mismo es 7,31 Ω, luego se calcula el factor de decremento para un suelo de resistividad 200 Ωm, para el cual obtenemos un valor de 0,628. Una vez obtenidos estos dos valores se multiplican para así obtener el valor estimado de resistencia de puesta a tierra que el sistema embebido en concreto ha de tener, en éste ejemplo se tiene:
FGHIJ = 7,31 × 0,628 = 4,591Ω 68
69
Valor que cumple con el rango exigido para instalaciones de telecomunicaciones.
Los diseños propuestos en este trabajo fueron realizados, como se mencionó anteriormente, considerando las menores dimensiones de soporte de equipos y antenas, teniendo de esta manera la condición más severa, por lo tanto, en el momento de construir una ERB nueva, en donde las dimensiones de los soportes sean mayores que las presentadas en este trabajo, se sabrá que el rango de resistividades para las que estos modelos cumplen con la RPAT objetivo aumenta, pero no se tendrá la certeza de la cantidad, lo cual podría ocasionar un mal dimensionamiento del sistema. Además los modelos presentados anteriormente, sólo consideraban el modelo más sencillo para el suelo, terreno monoestratificados, estimación que no considera la mayoría de los suelos, los cuales son biestratificados. Por esta razón se desarrollo un procedimiento para diseñar cada una de las ERB que considere la mayor cantidad de variables, una vez que se obtenga la información necesaria.
4.5
Procedimiento general para el diseño de SPAT en estaciones radio base ubicadas en terreno.
Como se afirmó en el capítulo II y al comienzo de este, las características que modifican el valor de RPAT son la geometría de los electrodos y la respuesta eléctrica del suelo, es decir, la resistividad del terreno a utilizar. Es por ello que, pensar que un sólo modelo de redes de electrodos bajo tierra, pueda ser aplicado a distintas estaciones radio base cumpliendo con el objetivo de RPAT menor a 5 Ω, cuando éstas poseen dimensiones y características del suelo diferentes, no tiene sentido. Es por ello que éste trabajo propone que el diseño de los sistemas de electrodos bajo tierra sea realizado tomando en consideración las características específicas de la ERB a construir y siguiendo el procedimiento presentado.
69
70 El principal dato para el diseño de un SPAT es la respuesta eléctrica del suelo en donde va a ser ubicada la estación (resistividad del suelo); una vez medido este parámetro (ver apéndice E), se procede a modelar la configuración básica para el diseño de las redes de electrodos de tierra encontrados en terreno propuesta en la recomendación UIT K56 (Figura 4.1), ya que dicho modelo es el mínimo requerido para cumplir con la equipotencialización de los elementos encontrados en la ERB. Esta configuración ha de ser modelada en un programa fundamentado en el método de las imágenes, por ejemplo ETAP, éste tipo de programas sólo considera para el diseño los electrodos típicos de cobre enterrados en el suelo.
Seguidamente se procede a simular dicha configuración para obtener el valor de resistencia de puesta a tierra, luego se verifica si el mismo es menor a 5 Ω, de serlo el diseño esta completo, de lo contrario se chequea cual de los estratos del suelo posee menor resistividad, para de esta forma decidir si la adecuación a agregar debe ser un contrapeso (ρ1ρ2).
Una vez decidido el tipo de electrodo a agregar, se procede nuevamente a modelar el sistema en el programa verificando una vez más el valor de RPAT obtenido, si dicho valor cumple con el objetivo (5 Ω) el diseño se encuentra completo, de no ser así se continua agregando adecuaciones de electrodos típicos, para este procedimiento se tomó como límite de adecuaciones de cobre 5 de éstas, pero esa cantidad dependerá del espacio que se tenga en el terreno para seguir enterrando electrodos, si el espacio ya no lo permite, es necesario utilizar métodos no convencionales, como lo son las barras químicas, los electrodos de grafito, etc para obtener el resultado esperado. Este proceso se presenta de forma esquematizada en la figura 4.10. Es importante resaltar que, como presenta el esquema, una vez empleado el método no convencional no se volverá a simular en el programa debido a que éste no considera dichos métodos.
70
71
Figura 4-10. Proceso para el diseño del sistema de electrodos bajo tierra.
4.6
Sistemas de electrodos de puesta a tierra para radio bases en azotea.
Continuando la clasificación de las ERB del capítulo III, se tiene que realizar el diseño de los electrodos de puesta a tierra para las estaciones rabio base, que se encuentran en la azotea de una edificación, por lo cual es necesario bajar un conductor de puesta a tierra desde este nivel hasta el suelo, el mismo debe ser bajado por la fachada del edificio o por canales auxiliares, según lo indica el CEN. Este conductor que une la red de continuidad eléctrica de los equipos y el 71
72 sistema de electrodos bajo suelo se puede tratar como un conductor bajante, similar al del sistema de protección contra descargas atmosféricas, debido a la gran longitud de éste. No es parte del
alcance de este trabajo el estudio de los bajantes, por lo tanto queda para estudios posteriores como debe ser efectuada esta conexión. Sin embargo, una práctica recomendada por norma es
conectar el bajante a la estructura, equipotencializando equipotencializando el sistema, para la puesta en práctica de ésta medida es necesaria garantizar la continuidad eléctrica de toda la estructura. Aislarla totalmente no será posible, pues las distancias mínimas a cumplir para que no hallan descargas
laterales no son aplicables en construcción [20]. Una vez que se instale éste conductor es necesario que se conecte al sistema de electrodos de puesta a tierra enterrado en el terreno. Se escogieron 3 configuraciones basadas en la experiencia y la poca disponibilidad de espacio, las
cuales son mostradas en la figura 4.11, éstas configuraciones de electrodos son típicamente usadas por la corporación Digitel para ERB ubicadas en azoteas.
Figura 4-11. Configuraciones de electrodos de puesta a aplicar para radio bases ubicadas en azoteas.
Una vez realizada la conexión al sistema de electrodos, se debe chequear si el valor de RPAT se encuentra dentro del rango permitido para instalaciones de telecomunicaciones, 5 Ω.
De no ser así, se recomienda realizar una conexión adicional entre el SPAT y el acero estructural de la edificación, dicha conexión será a nivel del suelo, es decir, en el sótano o planta baja del edificio. La unión al acero estructural, es con el fin de utilizar utilizar como electrodo las fundaciones de
la edificación, práctica permitida y considerara en el CEN y no utilizada por Digitel, la misma garantiza la disminución del valor de resistencia de puesta a tierra, tierra, hasta los valores permitidos.
72
73 Es importante destacar que la edificación debe cumplir con los requerimientos de continuidad eléctrica que garanticen una conexión al acero estructural efectiva.
Para realizar la conexión entre el SPAT y el UFER es recomendado seguir los siguientes pasos: •
Colocar una barra colectora al nivel del suelo, en donde se realizara dicha conexión. Es recomendable que esta barra se encuentre dentro de la edificación, para evitar robo.
•
Una vez se establece la posición de la barra principal, se procede a identificar la o las columnas más cercanas a la misma.
•
Identificada la o las columnas cercanas a la barra colectora principal se procede a detectar el acero de refuerzo o estructural utilizando un detector de metales compacto, el uso del detector de metales es opcional, pues se sabe el punto de más fácil acceso al acero de la estructura es en las esquinas de las columnas de sección cuadrada.
•
Una vez identificada la posición del acero de refuerzo se procede a romper el concreto utilizando un roto martillo o un martillo y un cincel hasta dejar al descubierto el acero, tal y como se muestra en la Figura 4-12.
73
74
Figura 4-12.A la izquierda, ruptura del concreto con el fin de dejar el acero de refuerzo descubierto. A la derecha, acero de refuerzo descubierto
•
Se procede a continuación a unir mediante soldadura eléctrica una pletina de acero al acero de refuerzo al descubierto tal y como se observa en Figura 4-13.
Figura 4-13.Pletina de acero soldada al acero estructural.
•
Como se puede observar, la pletina cuenta con agujero que facilita la conexión del cable que va desde el acero estructural hasta la barra principal, esta conexión 74
75 se realiza empleando un conductor #2 con un conector a compresión tal y como se observa en la Figura 4-14, del mismo modo se protege la unión empleando grasas conductivas generalmente de grafito y se pinta la pletina para protegerla de la agresividad del ambiente.
Figura 4-14.Pletina de acero con conector a compresión, pintada y engrasada.
•
Luego se lleva ese cable hasta la barra principal (20” x 4’’ x ¼”) en donde se conecta a través de un conector de dos ojos tipo compresión, tal y como se muestra en la Figura 4.15.
75
76
Figura 4-15. Barra principal del SPAT con conexión al acero estructural.
76
77
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La protección de equipos y personas contra los efectos de las descargas atmosféricas en las estaciones radio base de una empresa de telecomunicaciones, en nuestro caso La Corporación Digitel, es de vital importancia económica debido a que evita perdidas por tiempo fuera de servicio y por reposición de equipos. Además protege el capital humano el cual es base para el funcionamiento de cualquier empresa.
La corporación Digitel, amplió sus operaciones a nivel nacional al integrar empresas de telefonías regionales, en consecuencia posee gran diversidad en cuanto al diseño, construcción y mantenimiento de sistemas de puesta a tierra, que generan inconvenientes en la calidad y eficiencia del sistema, así como también representa un inconveniente a la hora de hacer mantenimiento, puesto que muchas de las estaciones radio base no poseen la planimetría necesaria para conocer lo existente bajo tierra.
Debido a que el diseño de los sistemas de electrodos de puesta a tierra tienen como objetivo una RPAT menor a 5Ω , la cual varía dependiendo de la geometría de la red de electrodos, así como también de la respuesta eléctrica del terreno en donde es instalado (resistividad del suelo @) se ha llegado a la conclusión que dichos sistemas no pueden ser estandarizados, sino diseñados para cada una de las ERB siguiendo el procedimiento propuesto en la figura 4.10.
La conexión al acero estructural, tanto para estaciones en azotea como las ubicadas en terreno, ayuda a disminuir valor de RPAT y aunque esta disminución no sea considerable, al no implicar un costo adicional es altamente recomendada.
77
78 También se puede concluir que la práctica de embeber el SPAT en concreto, no sólo disminuye el riesgo de hurto en estaciones radio base donde éste sea elevado, sino además contribuye a la disminución del valor de la resistencia de puesta a tierra, siendo el porcentaje de reducción mayor entre mayor sea la resistividad del suelo.
Se recomienda el estudio de los electrodos de grafito como parte del SPAT, ya que actualmente no se encuentran estandarizados y existe poca documentación sobre ellos.
En el desarrollo de este proyecto de pasantía se estudió sólo las estaciones del sistema de radio, es decir, las llamadas BTS y BSC las cuales, aunque numerosas, son instalaciones pequeñas. Es por ello que se recomienda para estudios futuros, el diseño de la equipotencialización para switches (MSC), debido a que su diseño ha de ser más complejo gracias a que estas instalaciones son más amplias, con mayor cantidad de equipos sensibles y de gran relevancia en un sistema de telecomunicaciones.
78
79
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. [1] IEEE 80 “IEEE Guide for safety in AC substation grounding” E.E.U.U, 2000.1 [2] W. Keith Switzer. “Practical guide to electrical grounding”. ERICO primera edición, Ohio, 1999. [3] Seguridad Eléctrica Ltda “Anexo General Reglamento Técnico de instalaciones eléctricas RETIE”, Bogotá Colombia 2008. [4] IEEE 100 “The Authorative Dictionary of IEEE Standards terms” septima edición, E.E.U.U. 2000. [5] [6] Casas O, Favio. OSINERGMIN. “Tecnologías modernas en sistemas de puesta a tierra. Panorama actual”. Lima, Perú. 2007. [7] CODELECTRA “FONDONORMA
200:2004 Código Eléctrico Nacional” 7 Revisión.
Venezuela. 2004. [8] UIT K27 “Protección contra perturbaciones/ Configuraciones de continuidad eléctrica y puesta a tierra dentro de los edificios de telecomunicaciones” Ginebra 1996. [9] Henryk Markiewicz y Antoni Klajn. “Puesta a tierra y Compatibilidad Electromagnética (EMC) Sistemas de puesta a tierra -Aspectos básicos de su construcción.” Wroclaw University of Technology. España. Julio 2004. [10] Catalogo CHEM-ROD® Electrodo Químico de baja impedancia. Lightning Eliminators & Consultants,
Inc.
http://lecglobal.com/info/product-sheets/chem-rod-electrodo-
qu%EDmico.pdf [11] Catalogo
ERICO
chemical
ground
electrode
system.
http://www.erico.com/products/ChemRod.asp [12] Catalogo de electrodes Procaisa. http://www.procainsa.com/web ultima visita 28 May, 2009, 14:33 http://www.anpasa.com/index.swf [13] Catalogo Conexweld de Venezuela, Powerfill. [14] Catalogo ERICO GEM TM ground enhancement material. [15] Principios
generales
de
sistemas
de
telecomunicaciones
http://www.subtel.cl/prontus_procesostarifarios/site/artic/20070205/asocfile/2007020510410 3/3_6_1a_anexo_pub_mem_proytec.pdf
79
80 [16] IEEE Standard 1100, “IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment”, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., (2005). International Standard IEC 62305, “Protection against lightning”, International Electrotechnical Commission, (2006). [17] International
Standard
IEC
62305,
“Protection
against
lightning”,
International
Electrotechnical Commission, (2006). [18] Briceño J, Hildemaro “resistividad del Terreno” Merida, Venezuela. [19] González, Claudio C. “Estudio Geoeléctrico de los suelos” Santiago. Chile. [20] UIT K56 “Protección contra perturbaciones/ Protección de las estaciones de base radioeléctricas contra el rayo”. Julio 2003 [21] Martínez, Miguel “Medición De Resistividad De Suelos, Resistencia De Puesta A Tierra Y Perfil De Potenciales” Curso Corto. Mayo 2009.
80
81
6
ANEXO A. ERB La Bonita, inspección de construcción.
Anexo A.1 planimetría de la ERB La Bonita.
Anexo A.2 Acometida de la ERB la Bonita. 81
82
Anexo A.3 SPAT de la ERB La Bonita.
Anexo A.4 Azotea de la ERB La Bonita. 82
83
Anexo A.3 SPAT de la ERB La Bonita.
83
84
7
ANEXO B. ERB la Morita, inspección de construcción.
Anexo B.1 planimetría de la ERB la morita.
84
85 Anexo B.2 conexiones de las estructuras metálicas al SPAT.
Anexo B.3 Bajante del pararrayo de la ERB la morita.
Anexo B.4 SPAT, ERB la morita. 85
86
Anexo B.5 SPAT de la ERB la morita.
Anexo B.6 Acometida de la ERB la morita. 86
87
8
ANEXO C. Principios de diseño de una CBN. [8]
•
Todos los elementos de la CBN deberán estar interconectados. Es muy conveniente que existan interconexiones múltiples, en forma de malla tridimensional. Aumentando el número de conductores de la CBN y sus interconexiones, aumenta su capacidad de apantallamiento así como el límite superior de frecuencia que puede abarcar.
•
Es conveniente que los puntos de salida de todos los conductores (incluido el conductor de puesta a tierra) estén muy cercanos entre sí, además deben estar próximas entre las entradas de energía en alterna, las entradas de cables de telecomunicación y el punto de entrada del conductor de puesta a tierra.
•
Debe disponerse de un terminal principal de puesta a tierra, situado lo más cerca posible de las entradas de alimentación en alterna y de los cables de telecomunicación. El terminal principal de puesta a tierra estará conectado a: o uno o varios electrodos de puesta a tierra mediante un conductor lo más corto posible; o el conductor neutro del sistema de alimentación en alterna (en los sistemas «TN»); 87
88 o las pantallas de los cables (en el punto de entrada de cables), ya sea directamente o a través de descargadores o de condensadores si así lo exigen los problemas de corrosión. •
La CBN deberá estar conectada al terminal principal de puesta a tierra. Es deseable que existan múltiples conductores entre la CBN y dicho terminal.
•
Dada su contribución a la capacidad de apantallamiento de la CBN, es importante la interconexión de los siguientes elementos de la misma: o las partes metálicas de la estructura del edificio, incluidas las vigas en doble I el armado del hormigón, cuando se tenga acceso a ellas; o los soportes y bandejas de cables, bastidores, canalizaciones de conductores y conductos de las líneas de alimentación en alterna.
•
Se reduce en general el acoplamiento de descargas al cableado de interior (de señales o de alimentación) tendiendo los cables próximos a los elementos de la CBN. Ahora bien, si existen fuentes externas de descargas, las corrientes de la CBN tenderán a ser mayores en sus conductores periféricos. Esto ocurre, sobre todo, en los conductores de bajada de los pararrayos. Por esta razón conviene evitar el tendido de cables por la periferia del edificio. Cuando ello resulte inevitable, puede ser necesario instalar canalizaciones metálicas que encierren completamente los cables. Por lo general, el efecto de apantallamiento de las bandejas de cables, etc. resulta especialmente útil, y las canalizaciones o conductos metálicos que encierran completamente los cables ofrecen un apantallamiento casi perfecto.
•
En los edificios altos con armazón de acero, puede sacarse partido del apantallamiento que ofrece este armazón contra las descargas directas de rayos. Los cables que corren entre las plantas del edificio tendrán un apantallamiento máximo si se los sitúa cerca del centro de éste.
•
Cuando existe una protección primaria contra sobretensiones en los hilos de telecomunicación, la misma debe tener una conexión de baja impedancia con la pantalla de los cables y también con la CBN circundante.
•
Conviene instalar dispositivos de protección contra sobretensiones en la entrada de la alimentación en alterna si el edificio de telecomunicación está situado en una región en la 88
89 que las líneas de energía eléctrica están expuestas a descargas de rayos. Dichos dispositivos deben conectarse con una baja impedancia a la CBN. •
Cuando en un trayecto de protección de la CBN haya uniones mecánicas cuya continuidad eléctrica sea dudosa, se las deberá puentear mediante hilos volantes que puedan ser verificados por los inspectores y deben tener baja impedancia.
•
La CBN facilita la continuidad eléctrica de las pantallas de cables o de los conductores exteriores de los coaxiales en ambos extremos, al proporcionar un trayecto de baja impedancia en paralelo y en las proximidades de las pantallas de cables y de los conductores exteriores. Así, la mayor parte de la corriente producida por diferencias de potencial pasa por los elementos altamente conductores de la CBN. La desconexión de la pantalla de un cable con fines de inspección debe tener un efecto lo más pequeño posible en la distribución de corrientes de la CBN.
9
ANEXO D. Esquemas de equipotencialización.
Tener un esquema de equipotencialización plantea una mejor operación de los equipos en este plano. Para lograrlo se plantea la conexión de equipos y estructuras de forma que se garantice la continuidad. Así se obtienen ventajas que benefician al entorno electromagnético y la seguridad de las personas.
Red de continuidad eléctrica (BN).
La red de continuidad eléctrica (BN) es definida por un conjunto de estructuras conductoras interconectadas que ofrecen un apantallamiento electromagnético a los sistemas electrónicos y al personal, en frecuencias que van desde la corriente continua hasta la parte inferior de la gama de radiofrecuencias. El apantallamiento electromagnético se refiere a toda estructura utilizada para desviar, bloquear o impedir el paso de energía electromagnética.
89
90
BN en malla (MBN, mesh-BN):
Red de continuidad eléctrica en la que todos los armazones, bastidores y armarios de equipo así como, por lo general, el conductor de retorno de energía eléctrica en continua, están unidos eléctricamente entre sí y, en múltiples puntos, con la CBN. Ver figura D.1. En consecuencia, una BN en malla amplía la CBN.
Figura D-1. BN en malla.
Red de continuidad eléctrica aislada (IBN, isolated bonding network):
Es una red de continuidad eléctrica que tiene un solo punto de conexión ya sea con la CBN o con otra IBN. Todas las IBN tienen una conexión a tierra a través de la conexión monopunto y la conexión entre los bastidores puede ser en forma de estrella o puede ser mallada, tal y como se muestra en la figura D.2
90
91
Figura D-2. Configuraciones para redes de continuidad eléctrica aislada.
La Conexión monopunto (SPC, single point connection) es el punto único de una IBN en el que se efectúa la conexión con la CBN (ver figura 4-3). Puede adoptar la forma de una barra colectora de cobre, como la mostrada en la figura 4-4 y si se le deben conectar hilos de pantalla de cables o conductores externos de coaxiales, entonces puede consistir en un entramado, con una estructura de rejilla u hojas metálicas.
10 ANEXO E. ERB la Morita, inspección de implementación. Anexo C.1 Tablero de la ERB la morita.
91
92
Anexo C.2 Breaker principal de la ERB la morita.
Anexo C.3 Control de iluminación de la ERB la morita.
92
93
Anexo C.4 Conexiones equipotenciales del tablero de la ERB la morita.
93
94 Anexo C.5 Equipos de la ERB la morita.
Anexo C.6 Conexiones equipotenciales de los equipos de la ERB la morita.
94
95 Anexo C.7 Conexiones del SPAT a la escalerilla en la ERB la morita.
Anexo C.8 Conexiones del SPAT a la reja perimetral en la ERB la morita.
95
96 Anexo C.9 Punto de acceso al SPAT en la ERB la morita.
11 ANEXO F. Medición de resistividad del terreno.
Se basa en la inyección de una corriente en el suelo, monitoreando la diferencia de potencial generada por ésta en la zona, luego mediante artilugios matemáticos gracias a la geometría del sistema utilizado obtenemos la caracterización del suelo.
El procedimiento más utilizado es el llamado método de los cuatro electrodos, éste consiste en dos electrodos de corriente y dos de potencial, en donde las barras de corriente se encuentran en los extremos, dejando las de potencial en el medio, como se muestra en la figura F.1:
96
97
Figura F-1. Disposición de los electrodos para el método de los cuatro electrodos. [14]
Utilizando las expresiones de la semiesfera, se tiene que el potencial producido por un electrodo en un medio uniforme a una distancia x, está definido por:
ΦW =
@∙X 2∙Y∙Z
(1)
Lo que arroja que el voltaje medido por el instrumento viene dado por:
=
@. X 1 1 1 1 ;< − = − < − => 2. Y \] \ \^ \
(2)
Teniendo entonces que:
ρ=
2∙Y X ,/ 1 − 1 1 − / 1 − 1 14 \] \ \^ \
97
(3)
98 Como tenemos la corriente inyectada y las distancias de los electrodos, al obtener la lectura del voltímetro, podemos calcular la resistividad del suelo en estudio. Esto sólo aplica en suelos uniformes, ya que la resistividad del suelo no varía con las distancias entre los electrodos. Por esta razón el método es limitado, ya que los suelos por características de origen son estratificados. [22]
Para tomar en cuenta las distancias interelectródicas y por ende las estratificaciones del suelo, se procedió a realizar sondeos tomando varias medidas, teniendo en cuenta la variación de las distancias entre los electrodos, la resistividad medida en cada punto es llamada resistividad aparente, y se denota por ρa. Las dos configuraciones más utilizadas para el sondeo eléctrico son la de Wenner y Schlumberger.
F.1 Configuración de Wenner.
Comúnmente el suelo no es homogéneo por lo tanto el valor de la resistividad medida, varía con las distancias interelectródicas y es necesario una inspección del comportamiento comparativo de estas magnitudes. Se parte del planteamiento de un arreglo con los cuatro electrodos en línea recta y a igual distancia, como se muestra a continuación:
Figura F-2. Disposición de los electrodos en la configuración Wenner.
98
99 En este caso: r1= r4 = a
y
r2= r3 = 2a
Simplificando la expresión de la resistividad a:
ρ` = 2 ∙ Y ∙ # ∙
(4)
En donde R se halla con la lectura potencial del voltímetro y la magnitud de la corriente inyectada (V/I). El sondeo consiste, en el aumento progresivo del valor de a manteniendo un punto central fijo P. Para la representación de los datos se muestra en ordenadas, el valor de la resistividad aparente medida, ρa, en Ω•m, y en abscisas el valor de a en metros para cada paso, como se muestra en la figura.
Figura F-3. Representación de los datos obtenidos para la resistividad del suelo.
La configuración Wenner, la profundidad media de investigación es aproximadamente 0.5 del espaciamiento "a" utilizado y tiene una fortaleza significativa en la señal, lo que lo hace ideal para en áreas con un ruido de fondo alto.
F.2 Configuración de Schlumberger.
Es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los centrales o de potencial se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los interiores, 99
100 a una distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a). Como se muestra en la figura:
Figura F-4. Disposición de los electrodos en la configuración Schlumberger.
En este caso: \] = a ∙ a
\ = ca + 1d ∙ a
\^ = ca + 1d ∙ a
\ = a ∙ a
Simplificando la expresión de la resistividad a:
ρ` = Y ∙ # ∙ ca + 1d
(5)
El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner.
F.3 Recomendaciones Generales para la medición de resistividad del suelo. [12] [11][15] [16]
Para la realización del sondeo de terrenos, también llamado sondeo eléctrico vertical (SEV), se deberá elegir un eje de medición sobre una línea recta, en una dirección tal, que no existan obstáculos importantes (rocas, árboles, edificios, matorrales, etc.), y sobre este eje, establecer un centro de medición mediante un electrodo auxiliar o una estaca. [12]. Para 100
101 minimizar los efectos de las variaciones laterales u objetos metálicos enterrados no detectados, es recomendable realizar más de un sondeo eléctrico en diferentes direcciones manteniendo el centro de medición (CM) fijo para todos estos. Se utilizará la modelación del suelo que más sea más representativa para los resultados obtenidos. [11] [15]
Figura F-5. Trayectorias de Medición
En lo posible, realizar las mediciones directamente en el sitio donde se construirá la puesta a tierra; preferentemente una vez que el terreno haya sido despejado, tratado y llevado a su condición definitiva después de las faenas de movimiento de tierra.
En terrenos secos es necesario garantizar un buen contacto de los electrodos de corriente, para ello se puede humedecer la superficie en donde estos serán hincados.
Es importante que el lugar de medición esté alejado de zonas con pendientes pronunciadas debido, a que esto podría inducir un alto grado de error en la interpretación de los datos obtenidos, lo que podría derivar en un mal diseño del sistema de puesta a tierra. De no 101
102 existir otra alternativa de medición, es recomendable realizar la medición en una línea perpendicular a la dirección de la pendiente, alejándose lo más posible de ésta. [11]
En caso de que existan dentro del área de construcción de la radio base, tuberías u objetos metálicos enterrados, éstos afectarán la exactitud de las medidas. Para estos casos, la medición debe realizarse en una dirección perpendicular al eje de tuberías, sin embargo, no debe descartarse la posibilidad de mediciones erróneas.
Otra fuente de error que debe ser tomada en cuenta, es la presencia de líneas energizadas en la vecindad del área de medición, cuya inducción puede distorsionar las curvas de ρa vs. a cuando las mediciones se efectúan en una dirección paralela a la línea. [16].
F.4 Interpretación de datos obtenidos.
La información global obtenida de las mediciones de campo son: separación de electrodos (a) y resistividad aparente ρa (esta última calculada, dependiendo de la configuración utilizada). Estos datos se deben graficar colocando en el eje de las ordenadas el valor de la resistividad aparente medida, ρa, en Ω•m, y en las abscisas el valor de a en metros para cada paso, como se muestra a continuación.
102
103
Figura F-6. Gráfica de los datos obtenidos de la medición de resistividad del suelo.
La mayoría de los suelos pueden ser representados con un modelo de dos estratos, garantizando una buena precisión en su posterior procesamiento. En general, la gráfica para un suelo biestratificado, posee una tendencia asintótica (ver figura F-6) teniendo para valores pequeños de “a” la resistividad del primer estrato y obteniendo la del segundo con el punto donde la gráfica cambia de sentido.
Para obtener valores confiables de resistividad de cada estrato, y profundidad del primero, se puede usar el método de las curvas patrones o software especializados como lo es el CYMGrd 6.3, en donde, introduciendo los valores obtenidos de resistividad aparente ρa y cada una de las distancias interelectródicas (a) realizadas al programa, el mismo tiene como salida la resistividad y su profundidad del primer estrato, además de la resistividad para el segundo.
Para poder interpretar los datos obtenidos de las mediciones de terreno mediante el método de las curvas patrones, se debe seguir los siguientes pasos: [12]
1.- Confeccionar una gráfica de terreno en papel logarítmico el cual debe tener una modulación de 62,5 milímetros por década, representándose la separación de los electrodos versus la resistividad aparente. 103
104 2.- Superponer la curva de terreno sobre el gráfico patrón que visualmente más se asemeje a ésta. 3.- Deslizar el gráfico de terreno sobre el gráfico patrón, para obtener un calce lo más perfecto posible entre ambas curvas. Durante este proceso deben mantenerse paralelos los ejes de ambos gráficos.
Figura F-7. Superposición del gráfico del SEV, con la curva patrón.
4.- Marcar sobre la gráfica de terreno, una cruz correspondiente al origen (1:1) del gráfico patrón. Esta cruz se denomina en el método como la “cruz de campo”.
104
105
Figura F-8. Superposición del gráfico del SEV, identificación de la cruz de campo.
5.- Leer en el eje vertical del gráfico de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corresponde a la resistividad (Ω-m), de la capa superior (ρ1).
FiguraF- 11. Valor de la resistividad de la capa superior por el método de la curva patrones.
105
106
6.- Leer en el eje horizontal del gráfico de terreno la ordenada de la cruz de campo. Este valor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1).
Figura F-10. Valor del espesor del estrato superior por el método de las curvas patrones.
106
107
Figura F-11. Valor del espesor del estrato superior por el método de las curvas patrones.
7.- Leer el número que indica la curva patrón seleccionada. 8.- La resistividad de la segunda capa se determina por medio de la siguiente expresión: @ ae N @]
(6)
Si el número que indica la curva es un parámetro señalado como “k”, el valor de la resistividad del segundo estrato se calcula como: @
19f N @] 12f
9.- El espesor del segundo estrato, se considera de un valor infinito.
107
(7)