Ejemplo Propuesta Tecnica - Sistema PAT Especial

SISTEMA PUESTA A TIERRA BASADO EN ELECTRODOS MAGNETO-ACTIVOS Marzo 2010

Ing. José Miguel Atala (Dirección de Proyecto)

Ing. Carlos Sáenz (Implementación)

PROPUESTA

TECNICA

INTRODUCCION

La presente propuesta para implementar el servicio “Sistemas Puesta a tierra en Radio Bases basado en Electrodos Magneto-activos” dentro del paquete de servicios técnicos ofrecidos por TESKCOM LTDA se restringe a un estudio técnico del servicio, métodos y opciones de operación.

Cabe anotar que este documento no es un manual de operación o implementación (Estándar Fijo) y su elaboración resume las labores de estudio, toma de datos, diseño, proyección y planeación llevada a cabo por un variado grupo de personal Técnico especializado en las ramas pertinentes de Electricidad, Obra Civil, Electrónica, Logística y Administración afiliados bajo el nombre de TESKCOM Ltda.

Cualquier observación será atendida y regulada.

Att: INGENIERIA.

SISTEMA PUESTA A TIERRA BASADO EN ELECTRODOS MAGNETO-ACTIVOS

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DEFINICION SERVICIO

Este documento tiene por objeto fijar las condiciones que deben cumplir los sistemas de puestas a tierra para asegurar un funcionamiento confiable de los equipos instalados; minimizando la diferencia de potencial entre todos los objetos metálicos y brindando protecciones de equipamiento contra voltajes peligrosos y descargas eléctricas para disminuir así los daños a las personas y equipamiento debido a disturbios presentes en la red eléctrica o inducidos por descargas atmosféricas en líneas de energía, transmisión de datos, voz, etc.

La energía generada por descargas atmosféricas puede ingresar a las instalaciones a través de diversos medios, por impacto directo o por corrientes inducidas. Esta energía busca su propio camino para llegar a tierra utilizando conexiones de alimentación de energía eléctrica, de voz y de datos, produciendo acciones destructivas ya que se supera la aislación de dispositivos tales como plaquetas, rectificadores, etc.

Para evitar estos efectos, se deben instalar dispositivos que para el caso de sobretensiones superiores a las nominales, formen un circuito alternativo a tierra, disipando dicha energía a través de un sistema de puesta a tierra apropiado que asegure una capacidad de disipación adecuada.

Otra fuente importante de disturbios son las redes de energía eléctrica, debido a la conmutación de sistemas y grandes cargas inductivas.

Se debe tener presente que una inadecuada o mala tierra puede empeorar la calidad (relación señal a ruido) de multiplexores, radios o sistemas de datos.

Concretamente el sistema de puesta a tierra provee un camino de baja impedancia para derivar a tierra corrientes de fuga y disturbios presentes en las redes de energía, a través de los dispositivos de protecciones específicos.

Nuestra meta final es ofrecer un modelo completo que se acople a los requerimientos de Calidad de un Site Radio Base, (obedeciendo las normas IEEE -80-2000/1100-2005/142-1991- como estándar), observando:

Diagnostico total del sitio existente (Equipos y Sistemas de Tierra nativos) para logar una migración al Sistema Especial de Puesta a Tierra (Magneto-activo TOTAL GROUND en nuestro caso)

Parámetros de protección al personal (Equipotencialidad entre masas)

Interferencias parasitas sobre equipos de Radio Frecuencia

Medidas de “Instalación Limpia Anti-Robos” sobre la Obra Civil

Cubrimiento de descargas atmosféricas enfocado a protección y convivencia con vecindades

Paquete de Garantía a largo plazo, enfocado a la manutención NO solo sobre el conjunto de Electrodos Magneto-activos, sino al mantenimiento del Sistema de Protección completo.

Volcamos todo nuestro potencial Técnico y Operativo en aras de lograr en colaboración mutua un "Modelo de Estandarización" que les sea de utilidad a futuro al adquirir proveedores o mantenimiento sobre sus sistemas de puesta a tierra y los tiempos de respuesta en instalación mas Óptimos.


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DIAGNOSTICO DE SITE Con la finalidad de argumentar nuestro proceder Técnico, exponemos el Protocolo de Diagnostico, llevado a cabo sobre un Site encomendado a nuestra empresa para migrar a nuevas tecnologías de Protección y Puesta a Tierra. En el caso particular donde la Radiobase es recibida con un sistema antiguo de Puesta a Tierra del tipo Malla Común, Malla Individual y/o Anillo, procedemos a realizar un estudio del sistema antiguo para valorar su operatividad, la aplicación a la que se destinaria o en caso extremo su extracción total. 1. ESTUDIO PREVIO Una vez adjudicado el Site, se realiza una pre-visita con fines de toma de datos en campo, donde nos enfocamos en:

Levantamiento Planimetrico para documentación (Plano CAD)

Estado de puesta a tierra sobre Masas

Estado del Protector de Trasientes (de existir)

Estado de Obra Civil y adaptabilidad al Sistema

Estado de Aterrizajes de equipos, guías de onda y pasivos RF en torre

Estado del sistema Pararrayos

Tomar muestreo de el estado actual del Potencial de Tierra, sobre la malla existente y el terreno Respecto a esta toma de datos sobre Tierra se aplica el método de Wenner, descrito en la siguientes graficas, usando un Telurimetro y juego electrodos previamente calibrado.


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2. ANÁLISIS DE SEGURIDAD EN CYMGRD Una vez tomadas las medidas en campo aplicamos el Software especializado CYMGRD para el diagnostico de la malla nativa.

Se estima la máxima tensión de paso y de contacto admisible, bajo condiciones específicas de superficie y de exposición. Los cálculos de evaluación de la seguridad respetan las prácticas normalizadas norteamericanas descritas en el "IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding", edición 2000. Esta norma requiere los datos siguientes:

1. Peso corporal de la víctima de choque eléctrico (por omisión es 70 kg, con una alternativa de 50 Kg). 2. El espesor y la resistividad del material (por ejemplo: piedra triturada) colocada sobre la superficie

de la tierra de cobertura natural de la subestación. 3. La resistividad de terreno de las capas superior e inferior y el espesor de la capa superior de la tierra

de cobertura natural (materiales adicionales de superficie excluidos). 4. Duración del choque eléctrico (0.1 segundos por omisión). Normalmente el tiempo de reacción de la

protección.

CYMGRD usa las ecuaciones siguientes tomadas de IEEE 80 (2000) para calcular las tensiones máximas admisibles de paso y contacto. Para un peso corporal de 50 Kg:

Para un peso corporal de 70 Kg:

Donde:

Los datos sobre la evaluación de seguridad se definen en el mismo cuadro de dialogo en que se definen los datos sobre el modelo de terreno. El propósito del cálculo es llegar a un factor de reducción de potencia (derating factor) que permita aprovechar la capa superficial de alta resistividad permitiendo así que se tolere una mayor tensión de contacto. El factor de reducción Cs puede calcularse u obtenerse a partir de gráficos conformes con la Guía IEEE 2000. CYMGRD calcula el factor de reducción Cs de acuerdo a la ecuación 27 de IEEE Std 2000, es decir:


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Estableciendo un aproximado para el diseño de la red de tierra existente, basados en la ubicación de las varillas de la malla nativa, aplicado a CYMGRD:

Son introducidos todos los datos obtenidos en el campo se expresa una grafica en resistividad versus

distancia de prueba:


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Diagrama 3D de Malla:

Obteniendo un Diagrama de Contorno Potencial / Nivel de Umbral de Potencia de contacto:


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Diagrama de Contorno Potencial / Nivel de Umbral de Potencia de contacto 3D:

Se diseña Nivel de umbral de potencia de contacto en base a la norma IEEE Std 80-2000,

aplicando el Máximo potencial de umbral de contacto permitido según norma IEEE Std 80-2000:

Este diagrama nos mostrara los valores mínimos y máximos de una falla por potenciales de contacto

que se puede presentar durante el estudio realizado con el software CYMGrd para el diseño (en

caso que no se cuente con el plano de la antigua red de tierra) y estudio de la malla existente.

De acuerdo a la Norma IEEE Std 80-2000, este diagrama de perfil de potencial nos indica que el

sistema podría estar sujeto a falla, ya que se encuentra al límite de los potenciales de contacto,

poniendo en peligro los equipos existentes en el sitio al momento de existir una descarga eléctrica

producida por el ambiente.


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Concluyendo: en base al estudio realizado se recomienda un mejoramiento de la red de tierra

debido a que no cubre las especificaciones mínimas de las normas internacionales de diseños

eléctricos. Por lo que el Sistema TOTAL GROUND es una muy buena aplicación para cumplir las

mismas, debido a que son ideales para sitios de espacio reducido.

La totalidad de esta malla nativa será tratada como Masa extra, eliminando su conexión a equipos y

sumándose al diseño mediante un Acoplador TOTAL GROUND (Medida óptima recomendada

por la casa matriz TOTAL GROUND) y en función a su pobre estado funcional, NINGUNO de sus

conductores será usado como parte del circuito entre Electrodos TOTAL GROUND.


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3. ESTUDIO INCIDENCIA DE DESCARGAS ATMOSFERICAS

Tenemos en cuenta como parte de la pre-visita, un estudio de incidencia de descargas atmosféricas

sobre el Site y sus inmediaciones; el objetivo de este estudio es la ubicación de los “Puntos de

Descarga a Tierra efectivos” más cercanos al Site. El trazo y geo-referencia de estos puntos nos

permite evidenciar cual es el diámetro a cubrir con nuestro kit para-rayos TOTAL GROUND,

cuya meta final es garantizar una zona libre con control de descargas, bajo el enfoque de protección

de vecindades; dando así con esta medida un plus sobre la convivencia del Operador en la

Comunidad donde reside la Celda.

Para el Site Los Próceres, ubicado en Lat:14.101298 / Long:-87.179984, (Monopolo 35Mts) tenemos:

Dos “Puntos de Descarga a Tierra Efectivos”:

1. SITE DIGICEL: Lat: 14.101298 / Long: -87.181107 Estructura Tipo Torre Monopolo RBS (Protección Para-Rayos)

Altura Estimada de 35Mts

2. MALL EL DORADO: Lat: 14.100041 / Long: -87.182102

Estructura Tipo Edificio (Protección Para-Rayos)

Altura Estimada de 30Mts (8 Niveles)

Concluyendo: El Kit Para-Rayos TOTAL GROUND apropiado para la aplicación a este Site será la

referencia cuyo cubrimiento abarque un diámetro de 200 Mts a la redonda, procurando así el

control apropiado de cualquier descarga atmosférica en la zona de incidencia de la Celda.


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DISEÑO DEL SISTEMA

Aplicaremos el Sistema de Electrodos Magneto-Activos TOTAL GROUND, basados particularmente en tres ítems:

Cubrimiento optimo sobre predios de tamaño reducido, donde la aplicación de sistemas tipo anillo para-rayos y malla sistema de tierras exigen diseños sobre espacios de instalación amplio para su función adecuada.

Gran tolerancia e independencia sobre el factor de calidad conductiva del terreno, adaptable a superficies con altos niveles de resistencia.

Diseño desarrollado en Kits solución sobre valores fijos de corriente de fuga para sistema de tierra y diámetro en metros para cubrimiento del Sistema de protección de descargas atmosféricas (Para-rayos)

Confiabilidad del sistema basada en Certificación y sellos de Garantía.

Nuestro Partner proveedor local TOTAL GROUND, nos permite una rápida respuesta de instalación, evitando demoras por importación, ofreciendo así los tiempos de implementación más óptimos y una fuerte relación de Garantía y Soporte sobre el sistema.

Así TOTAL GROUND nos ofrece un Sistema de Tierras Físicas con innovación tecnológica y confiabilidad que ha logrado superar por mucho los sistemas tradicionales; este sistema está compuesto por acopladores que permiten sincronizar las impedancias de las distintas masas, garantizando equipotenciacion y el flujo de corrientes de fuga hacia el Electrodo, el cual cuenta con un filtro LCR que evita las inducciones de suelo, proveyendo un escape seguro y de resistencias menores a 2 Ohm. El sistema permite configuraciones prediseñadas de variadas capacidades de carga (desde 45 hasta 2500 Amp) y es proveído con el compuesto H2Ohm que es un compuesto Orgánico que incrementa la conductividad de la Tierra y garantiza larga vida a los Electrodos (Evita corrosión) y al Sistema de puesta a tierra.

En comparación con electrodos químicos, también de última generación, el Sistema Magneto-Activo nos refiere un “Plus”, pues aprovecha además de los factores del terreno y diseño de sistema, el campo magnético de la Tierra para generar una malla virtual de flujo de corriente, llevando al máximo la efectividad y protección de la inversión en Equipos y resguardando más eficazmente la seguridad del personal en el Site. Esto sin deteriorar sus características físicas a largo plazo y requiriendo un mantenimiento mínimo.

En parte de nuestra investigación inicial para la presente propuesta al operador CLARO, nos enfocamos en la aplicación de Electrodos Químicos, los cuales descartamos en parte por la argumentación técnica antes referida y la múltiple experiencia con diferentes químicos aplicados que resultaban o bien, compuestos sintéticos demasiados intrusivos sobre el terreno (Tóxicos / No Ecológicos) o soluciones dañinas para el Electrodo a largo plazo, con altos contenidos de salinidad, que por la misma virtud del sistema (Dendritas de riego en el terreno como extensión del Electrodo para dispersión de Corrientes de fuga a tierra) precisan periodos de mantenimiento más frecuentes para mantener la integridad de la puesta a tierra.

Siendo así, nos inclinamos a atender los sitios para “Sistemas de Tierra Especial” CLARO, basándonos en electrodos Magneto-activos, de los cuales sus variados fabricantes, TOTAL GROUND ofrece excelente capacidad de respuesta logística en sus despachos y una fuerte línea de respaldo técnico en Honduras.

Esta justificación técnica nos permite abarcar garantías sobre el Diseño e Implementación de los Sistemas puesta a Tierra Especiales, absorbiendo gastos extra para CLARO en O&M.


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1. ESQUEMA GENERAL DE DISEÑO DE UN SISTEMA TOTAL GROUND

El diseño se justifica en que todos los elementos que componen el Total Ground cumplen con la norma

NEC – 250 (norma norteamericana de seguridad). El fabricante también especifica que dichos electrodos

deben ir unidos entre sí para obtener máxima seguridad y equipotencialidad.


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2. ELECCION DE ELECTRODO TIERRAS / PARA-RAYOS

Los electrodos elegidos para la protección de los equipos (RBS, Shelters y Moto generador) serán el TG

400K según amperajes de tolerancia y optima aplicación CERO LOGICO, el cual tiene mayor capacidad de

amperaje para sites de telecomunicaciones, excluyendo el electrodo propio del kit de pararrayos elegido

KDA03 para este diseño, el cual es un electrodo TG-700.

Se escogieron tres electrodos por el nivel de carga a futuro para el Site, donde proyectamos el amperaje de

equipamiento según el Layout de cuarto de equipos, incluyendo el consumo actual de las dos RBS Outdoor

Ericsson 2106 y los dos Shelter para Tx por Fibra Óptica, con cálculos sobre cargas máximas de tráfico. Sera

aplicado un solo electrodo el aterrizaje del pararrayos, enfocando los otros dos en los equipos y obra civil,

respectivamente; los tres electrodos serán interconectados en un solo circuito de equipotenciacion y las

masas y equipos a proteger serán interconectados teniendo como interface los acopladores, detallamos el

diseño en el Plano (AutoCAD) entregado con este documento.

De las pruebas de resistencia de Tierra previas captamos en este punto un promedio aproximado de 300

Ohmios, mala calidad de resistencia del suelo. La zona es altamente propensa a caída de Rayos y está rodeada

por el cerro del picacho (presencia de pinos), sobre lo cual la escogencia del Para-Rayos obedece a logar un

diámetro de cobertura de 200Mts al Site, referenciado en el apartado “ESTUDIO DE DESCARGAS DE

INCIDENCIAS ATMOSFERICAS” ya expuesta en el presente documento. Las especificaciones por catalogo

de los Kit Electrodo TG400K y KDA03 son:


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PLANNING

(Site CLARO – Los Proceres, referente al diseño e Implementación de Sistema Especial de Tierras)

-Plano Obra Civil y Sistema Eléctrico de Tierras-

-Plano Levantamiento Topográfico Altimetría de Superficie-


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CHECK LIST Y BITACORA DE SITIO

(Site CLARO – Los Proceres, referente al diseño e Implementación de Sistema Especial de Tierras)

-Check List de Instalación y calidad de sitio con Bitácora Del Sistema Puesta a Tierra, destinado a residir en Site

Como medio de documentación para estado y diagnostico-

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