electrodos magneto activos
- 1. Electrodos Magneto Activos Objetivo .- El presente documento tiene como finalidad introducir al profesional del área eléctrica en poder entender cuáles son los fundamentos en que se basa esta nueva tecnología de puesta a tierra y aclarar algunos conceptos fundamentales de estos equipos de tal forma que al momento de elegir algún producto de este tipo para implementarlo en las diversas aplicaciones en que puedan ser utilizados no se comentan los errores comunes que nos hagan incurrir en deficiencias que posteriormente impliquen fallas de diseño básico al querer resolver un problema de puesta a tierra. En este sentido nos daremos la libertad de explicar los detalles de estos elementos comparando algunas marcas presentes en el mercado . Definiciones .- Que es un electrodo magneto activo ? Es un electrodo para puesta a tierra eléctrica que aprovecha las propiedades de un filtro LCR que genera un campo magnético interno en las conexiones al sistema eléctrico entregando unidireccionalidad a las cargas de la tierra eléctrica en régimen permanente. Esta propiedad permite a su vez que estos electrodos puedan ser conectados a masas estructurales con lo cual es posible obtener muy bajos valores de resistencia de puesta a tierra sin inducir sobre estas masas cargas en régimen permanente que puedan afectar la constitución física de las mismas ( provocar oxidación en las estructuras ). Para que sirven estos electrodos magneto activos ? La necesidad de contar con tierras eléctricas de gran conductividad y bajos valores ohmicos es el resultado del desarrollo tecnológico. Con el advenimiento de nuevas tecnologías se han desarrollado una serie de equipos digitales muy sensibles en su funcionamiento a malos sistemas de puesta a tierra. estos equipos se han denominados genéricamente SENSITIVE ELECTRICAL EQUIPMENT GROUNDING ( SEEG ). Como norma general son equipos muy sensibles a retornos desde el sistema de puesta tierra que pueden producir malos funcionamientos , perdidas de servicio y hasta destrucción de equipos. Como consecuencia de esto es que se desarrollaron sistemas de puesta a tierra que cumplieran con algunos fundamentos básicos para su uso en este tipo de equipamientos : Deben ser unidireccionales en el sentido al planeta tierra.
- 2. Deben tener muy buena conducción eléctrica. Deben tener muy buena conducción térmica. Deben ser de materiales con puntos de fusión elevados. Deben minimizar efecto par galvánico ( constitución física homogénea ). Resulta evidente entonces que cualquier tipo de mejora introducida adicional será muy bien recibida al momento de querer implementar esta nueva tecnología. Es necesario aclarar que esta tecnología no ha sido diseñada para entregar soluciones para sistemas de puesta a tierra de gran envergadura , alta tensión , ya que básicamente en esos tipos de proyectos lo que se busca es la protección y seguridad de las personas por encima de los equipos. Para esos efectos existen lo que se denomina MALLAS DE PUESTA A TIERRA las cuales han sido ampliamente estudiadas y como consecuencia de aquello existe una amplia gama de algoritmos y teoremas que permiten fundamentar los diseños. En general se puede decir que los electrodos magneto activos pueden ser utilizados en todos aquellos proyectos que involucren equipos SEEG y también en todos aquellos proyectos eléctricos de baja y media tensión quedando a criterio del profesional eléctrico utilizarlos para lo que se estime adecuado. Que estructura básica posee un electrodo magneto activo ? Un electrodo magneto activo posee los siguientes componentes : Una estructura de tipo prisma de alta conductividad térmica y eléctrica. Un filtro magneto activo que permita unidireccionalidad. Tratamiento del suelo que permita una buena conectividad a tierra física. Estos tres elementos son los básicos al querer evaluar el tipo de electrodo magneto activo que utilizaremos. Es obviamente ideal que el producto pueda contar con una explicación técnico teórica que nos permita aclarar la conceptualización de donde y como se llega a la modelación del producto ( similar a lo que se hace en mallas de tierra ).
- 3. Tipos de electrodos .- A continuación daremos un pequeño repaso a los distintos tipos de electrodos que en la actualidad están presentes en el mercado. Daremos nuestra opinión en cuanto a lo que parece bien o mal de tal forma que el profesional que tenga a bien optar por las distintas marcas tome en consideración nuestras opiniones que son estrictamente de tipo técnico y obviamente un punto de vista que puede ser enriquecido si se tiene mayor información . 1.- Memoria Técnica Explicativa .- Marca PROYNET-GND : Este electrodo cuenta con memoria descriptiva. Su modelación teórica comprende los teoremas físicos matemáticos suficientes que permiten sustentar la funcionalidad que se ofrece . Marca FARAGAUSS : Este electrodo NO cuenta con una modelación específica. El proveedor entrega solo fundamentos genéricos de sistemas de puesta a tierra sin ahondar en una explicación físico matemática que permita sustentar lo que ofrece.
- 4. Marca TOTALGROUND : Este electrodo NO cuenta con una modelación específica. El proveedor entrega solo fundamentos genéricos de sistemas de puesta a tierra sin ahondar en una explicación físico matemática que permita sustentar lo que ofrece. Marca MASS@TIERRA : Este electrodo NO cuenta con una modelación específica. El proveedor entrega solo fundamentos genéricos de sistemas de puesta a tierra sin ahondar en una explicación físico matemática que permita sustentar lo que ofrece. En general ninguno de los sistemas de electrodos magneto activos , salvo PROYNET-GND , cuenta con fundamentación teórica que permita realizar cálculos apropiados que nos entregue algún algoritmo para sensibilizar los valores finales de resistencia de puesta a tierra .
- 5. 2.- Componentes de los electrodos magneto activos .- 2.1.- Estructura del cuerpo del electrodo .- A continuación entregaremos una breve descripción de cada una de las estructuras con que cuentan las distintas marcas de electrodos magneto activos. Como se explico anteriormente lo que nos interesa buscar en este punto es el tipo de material utilizado , la homogeneidad de constitución física , su conductividad y su calidad constructiva . Mass@tierra fabrica sus electrodos en base a cobre electrolítico. Las uniones de consolidación están efectuadas con soldadura de estaño. Totalground fabrica sus electrodos en base a cobre electrolítico. Las uniones de consolidación están efectuadas con soldadura de estaño. Proynet - Gnd fabrica sus electrodos en base a cobre electrolítico. Las uniones de consolidación están efectuadas en cobre electrolítico. Faragauss fabrica sus electrodos en base a acero inoxidable. El fabricante indica que el material utilizado es un electroplasma/solido superconductor. La consolidación de la uniones son realizadas con soldadura para acero inoxidable y/o mecánicamente según el modelo. Posee 2 líneas de cuerpos una económica y otra profesional. En cuanto a los materiales entregamos tablas de conductividad para comparar los tipos de material indicados.
- 6. Conductividad y resistividad eléctrica de algunos materiales .- Resulta evidente que los valores del cobre electrolítico son muy superiores a los mostrados por el acero inoxidable y cualquier tipo de aceros. Conductividad térmica de materiales .-
- 7. De igual forma los valores de conductividad térmica del cobre electrolítico es muy superior al de los aceros . PRIMERA conclusión : El material con mejores características en cuanto a conducción eléctrica y térmica es la plata. Resulta obvio que no será practico construir electrodos de plata . El segundo material de mejores características es el cobre. Como consecuencia solo por este motivo los electrodos construidos en cobre resultan mucho mas convenientes . A continuación daremos un vistazo a la homogeneidad constructiva . Como se explico anteriormente el cuerpo de este tipo de electrodos debe ser homogéneo en cuanto a su constitución física para evitar el efecto PAR GALVANICO y así entregar buena conducción eléctrica y evitar su descomposición en el tiempo . Para el análisis en este punto dejaremos fuera del listado a los equipos marca faragauss ya que no están fabricados en cobre electrolítico. La única evidencia en cuanto a la constitución física de las marcas PROYNET-GND , MASS@TIERRA y TOTALGROUND es la que indican los fabricantes . Las tres marcas indican que están construidos en cobre electrolítico. También indican que las uniones de consolidación están realizadas con soldadura de cobre. Sin embargo atraves de nuestra experiencia en terreno hemos descubierto algunos datos que contradicen lo indicado por algunos de ellos : Mass@tierra .-
- 8. Se puede observar que las soldaduras de consolidación están realizadas en estaño y que posteriormente son cobrizadas con procesos químicos. Totalground .- Se puede observar que las soldaduras de consolidación están realizadas en estaño y que posteriormente son cobrizadas con procesos químicos o son pintadas color cobre.
- 9. Proynet - Gnd .- Se puede observar que las soldaduras de consolidación están hechas en cobre electrolítico. SEGUNDA conclusión : La única marca que cuenta con una estructura de electrodo magneto activo fabricada 100% en cobre electrolítico es Proynet-Gnd. 2.2.- Filtro magneto activo o trampa magnética .- Como segundo elemento en la composición del producto electrodo magneto activo tenemos el denominado filtro magneto activo o trampa magnética o dispositivo LCR .
- 10. Básicamente la funcionalidad del filtro en todas las marcas es generar preponderancia de circulación de las cargas eléctricas en régimen permanente hacia una sola dirección , es decir , hacia el suelo. Como lo explican los constructores de estos equipos : "producen una polarización anódica en la base del electrodo y una polarización catódica en la placa superior del mismo, para obtener un campo catódico" En palabras sencillas los filtros producen un campo magnético de bajo nivel que lo que hacen es polarizar la placa superior de la estructura del electrodo de forma tal de ejercer en régimen permanente la atracción de las cargas eléctricas del sistema eléctrico que se desea proteger. la composición física de los filtros es parte del secreto industrial de cada una de las marcas y es celosamente guardado por estas a través de patentes protegidas por las leyes de propiedad industrial y comercial. Cada una de las marcas proporciona en sus especificaciones técnicas las características de estos filtros . Constitución física de los filtros .- lo que si podemos observar es como están construidos los filtros. Mass@tierra : Su filtro está construido en cobre electrolítico proporcionando para la conexión básicamente un solo punto de unidireccionalidad sobre el cual entrega 3 puntos de conexión para conectar masas y el sistema eléctrico que se desea proteger. Proynet-Gnd : Su filtro está construido en cobre electrolítico proporcionando para la conexión 3 puntos de unidireccionalidad independientes. Es la única marca del mercado que produce también un filtro con mecha de cobre electrolítico para realizar conexiones utilizando termofusión. faragauss : Su filtro está construido en acero inoxidable , aun que explican que es un material especial superconductor. Entregan un solo punto de conexión con unidireccionalidad. Totalground : esta marca construye sus filtros con acero inoxidable y posee 2 tipos de filtros .
- 11. Tiene un filtro estándar con un punto de conexión y unidireccionalidad para toda su gama de electrodos magneto activos. Sin embargo solo para el modelo para 45 A ha integrado un filtro especial de 3 conexiones pero con un solo punto de unidireccionalidad. TERCERA conclusión : Hemos indicado en forma permanente la importancia de que este tipo de equipos debe presentar homogeneidad en su construcción física por lo que resulta evidente que en el caso de Totalground no resulta conveniente que la estructura del electrodo este constituida por cobre y el filtro este hecho en acero inoxidable. Inevitablemente se produce par galvánico en el contacto entre cuerpo del electrodo y el filtro provocando oxidación eléctrica en ese punto de contacto y por consiguiente menor vida útil del equipo. CUARTA conclusión : Como lo indica la marca Faragauss fabrica su filtro y cuerpo o estructura del electrodo en un material electroplasma/solido superconductor pero que en realidad es acero inoxidable. Como hemos indicado este material menos conductivo que el cobre electrolítico y como consecuencia de esto resulta evidente que tanto Mass@tierra y Proynet-Gnd proporcionan un electrodo de mejor calidad conductiva. 2.3. Funcionalidad estructura o cuerpo y filtro.- A partir de aquí debemos mirar entonces el principio de funcionamiento de cada una de estas marcas para tener una visión mas afinada de que proveedor proporciona una mejor funcionalidad de electrodo magneto activo para un sistema de puesta a tierra. Faragauss y Totalground : Ambas marcas racionalizan la funcionalidad de sus electrodos a partir de que deben conectar el electrodo a un tablero intermedio que es el que permite conectar masas y sistema eléctrico al electrodo. En estas marcas dicho tablero es denominado como " tablero sincronizador de admitancia " y en el siguiente esquema descriptivo intentaremos aclarar cómo funciona. Dicho sea de paso este descriptivo es largamente utilizado por Faragauss para explicar las bondades de su producto. Totalground no explicita claramente este fenómeno pero es lo mismo y funcionan de igual forma .
- 12. Este esquema muestra las diferentes trayectorias de cargas eléctricas a la cual se somete el electrodo cuando se conecta. Como resulta evidente el tablero sincronizador de admitancias queda conectado en sus 4 puntos : arriba el sistema eléctrico a proteger , abajo el electrodo y a los costados las denominadas masas o estructuras de construcción. Al producirse una descarga desde el sistema eléctrico una parte de las cargas es transferida a las masas o estructuras de construcción y otra parte hacia el electrodo.
- 13. Por otra parte al verse sometido a retornos desde el terreno debido a una descarga de algún sistema aledaño las cargas viajan por el electrodo en sentido hacia el sistema eléctrico dispersándose dichas cargas hacia las masas o estructuras de construcción. En esta lámina se explicita que la disipación de cargas se produce en un 40% a cada una de las conexiones a masa o estructuras de construcción y solo un 20% sobre el electrodo magneto activo.
- 14. QUINTA conclusión : Los electrodos fargauss y Totalground utilizan las estructuras de construcción o masas como partes esenciales del sistema para drenar o disipar una eventual descarga del sistema eléctrico que se desea proteger , o sea , son soluciones que energizan las masas o estructuras de construcción. Mass@tierra y Proynet-Gnd : Para el caso de estas marcas es algo distinto el funcionamiento. Debido a que estos proveedores NO utilizan un tablero intermedio las descargas del sistema eléctrico quedan directamente conectadas al suelo a través del filtro y cuerpo del electrodo por lo que las estructuras de construcción o masas no son sometidas a energización directa desde el sistema eléctrico. Sin embargo a partir de los siguientes esquemas de conectividad podremos apreciar la sutil e importante diferencia entre ellos.
- 15. En ambos casos el sistema eléctrico se encuentra protegido por el filtro al entregar unidireccionalidad . Sin embargo mass@tierra al tener solo un punto de unidirecionalidad no protege con este efecto a las masas o estructuras de construcción. Proynet-Gnd al poseer 3 puntos de unidirecionalidad entrega protección a las masas también. Para ambos casos las marcas indican que para los retornos desde tierra los filtros no producen dispersión hacia las masas y sistema eléctrico adicionando a sus electrodos el efecto punta que hará que las cargas se concentren en dichos lugar ( cuerpo del electrodo
- 16. terminado en puntas ) maximizado por el efecto capacitivo que proporcionan el cuerpo del electrodo. SEXTA conclusión : Después de observar las características del cuerpo del electrodo , del filtro del electrodo y el fenómeno de concentración de cargas sobre el cuerpo del electrodo se encuentra que la única marca de electrodo que entrega un performance optimo es Proynet-Gnd. Como comentario final es importante señalar que para todas las marcas el conjunto filtro - cuerpo del electrodo generan un efecto capacitivo debido a que presentan cuerpos tipo prisma que como se señalo son polarizados al momento de funcionar configurando un efecto de concentración de las cargas en el cuerpo del electrodo al tener cátodo y ánodo . Este efecto permite tomar las cargas y concentrarlas en el cuerpo del electrodo para disiparlas en forma de calor y por drenado o disipación hacia el terreno. Entonces resulta muy importante conocer las características técnicas del acondicionador o elemento aglutinador que permite hacer que el conjunto posea una muy buena interfaz con el terreno y maximice esta concentración de cargas . 2.3.- Acondicionador o interfaz con el terreno .- La función del acondicionador de terreno en un electrodo magneto activo es la de proporcionar un eficaz interfaz entre el terreno y la estructura o cuerpo del electrodo. Esta condición es evidentemente importante al momento de hacer mas eficiente el efecto de concentración de cargas en el cuerpo del electrodo y la capacidad para poder transferir cargas hacia el suelo ya sea por drenaje o disipación de cargas y/o por transferencia calórica , es decir , convertir cargas eléctricas en calor. Observación : Este fenómeno de concentración de cargas y transferencia por calor no es único de los electrodos magneto activos. También se presenta en varillas , rehiletes y mallas de puesta a tierra.
- 17. Proynet-Gnd : Presenta su acondicionador como un material en base a carbón vegetal el cual debe fraguar envolviendo el cuerpo del electrodo de tal forma de proporcionar protección y generar una interfaz con el suelo permanente en el tiempo , es decir , no se diluye sobre la tierra con el paso del tiempo. Mass@tierra : Presenta su acondicionador como un material en base a carbón vegetal el cual debe fraguar envolviendo el cuerpo del electrodo de tal forma de proporcionar protección y generar una interfaz con el suelo permanente en el tiempo , es decir , no se diluye sobre la tierra con el paso del tiempo. Totalground : Presenta su acondicionador H2OHM como un agente no toxico que permite mejorar la resistividad entregada por el terreno. para su aplicación se debe mezclar en el sitio de instalación con capas de tierra y mucha agua . Este acondicionador forma finalmente una especie de gel que rodea al electrodo. Fabrica no menciona los componentes del acondicionador , solo indica que es no toxico y amigable con el medio ambiente . Faragauss : Similar a totalground presenta su acondicionador como un producto no toxico que mejora la resistividad del terreno . De igual forma se debe aplicar mezclando capas de tierra y mucha agua. Fabrica no menciona los componentes del acondicionador de terreno.
- 18. SEPTIMA conclusión : Solo mass@tierra y Proynet-Gnd indican que sus acondicionadores son en base a algún elemento conocido , en este caso , carbón vegetal. Faragauss y Totalground no dicen nada concreto. Resulta evidente entonces que al ser el carbón vegetal un muy buen conductor eléctrico y térmico proporcionara una buena interfaz con el terreno. 3.- Características especiales .- Como punto final a este análisis haremos algunas observaciones respecto a puntos específicos que señalan las distintas marcas respecto a sus productos y que básicamente nos llaman profundamente la atención ya sea por su novedad o por su explicación técnica. 3.1. Brújula y área equipotencial .- Resulta particularmente extraño que las marcas Totalground y Faragauss integran en sus procesos de instalación de los electrodos magneto activos una brújula que según explican permite generar un campo equipotencial sobre el suelo aprovechando el campo magnético de la tierra generando una baja impedancia. Tal cual nos dicen : "El electrodo Faragauss utiliza el campo geoelectromagnético de la tierra, así como su fuerza gravitatoria para obtener una baja impedancia de puesta a tierra, en cualquier clase y tipo de terreno." Totalground nos indica lo mismo en sus videos de training que pueden encontrarse en youtube. "El sistema genera un campo eléctrico negativo que opera como un campo virtual de cobre, logrando equipotencialidad en un área de 160 m de diámetro, que se comprueba al medir continuidad."
- 19. De acuerdo a las ecuaciones de campo eléctrico (maxwell), la única solución de equipotencialidad en las ecuaciones de campo eléctrico en un medio resistivo (como lo es el suelo) se obtienen cuando no circula corrientes, es decir el potencial en todo el suelo es nulo, por lo tanto igual o equipotencial. Cualquier circulación de corriente de falla hace desaparecer la equipotencialidad. Para generar campo eléctrico, se requiere disponer de cargas estáticas, y eso solo se logra en sistemas aislados, es decir capacitores, por lo tanto no es posible medir continuidad (debiera medir aislado). O sea la frase misma es técnicamente una contradicción o incoherencia. OCTAVA conclusión : No creemos las explicaciones reñidas con las buenas prácticas de la ingeniería que las marcas Totalground y Faragauss entregan para justificar la baja resistencia ofrecida por sus productos. 3.2. Efecto punta .- El efecto punta es un fenómeno de concentración de cargas sobre un área determinada y se puede definir de la siguiente forma : "Cuando un material posee carga eléctrica, esta se distribuye por todo el cuerpo (superficie, si se trata de conductores). La densidad de carga es la carga por unidad de volumen o superficie en el cuerpo de manera que si la carga se distribuye en el cuerpo, su densidad será mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie" Este fenómeno fue estudiado por Benjamín Franklin para desarrollar su famoso pararrayos. La marca Mass@tierra da gran énfasis a este fenómeno en su descripción sobre su electrodo magneto activo : " La tecnología MASTIERRA nos permite confinar a mayor profundidad cualquier potencial, primeramente por confinamiento anódico y por la propiedad de las puntas, cumpliendo así con lo dispuesto por normativa de minimizar el riesgo por la TENSION DE PASO Y TENSION DE TOQUE". Desde nuestro punto de vista Resulta un poco ambicioso señalar que por solo el uso de este efecto se podrán controlar los voltajes de paso y toque sobre un terreno . 3.3. material superconductor .- Nos resulta altamente preocupante que faragauss nos diga que su electrodo está construido en un material especial : electroplasma/solido superconductor.
- 20. Creemos que es directamente un insulto a los profesionales eléctricos. Los únicos materiales superconductores conocidos trabajan a temperaturas por debajo de los cero grados celsius por lo que no aplicaría al uso en electrodos de puesta a tierra. En los últimos años se han desarrollado algunos cerámicos con propiedades superconductoras pero claramente no aplica por el momento para este tipo de estructuras. CONCLUSIONES .- Esperamos que este documento ayude a todos los profesionales eléctricos a seleccionar un equipo adecuado a las exigencias de puesta a tierra que se deban resolver en los distintos proyectos en que se pueda aplicar un electrodo magneto activo. Nos resulta muy importante decir que solo la marca PROYNET-GND es capaz de cumplir con algunos aspectos importantes en la explicación de su producto : 1.- Es la única marca que tiene una memoria técnica en que explica en términos técnicos el funcionamiento y modelación de su electrodo magneto activo. 2.- Explica claramente que las masas o estructuras de construcción son las que determinan el valor de resistencia de puesta a tierra del electrodo. 3.- Es la única marca que no contamina las estructuras con cargas del sistema eléctrico. 4.- Es la marca que presenta la mejor homogeneidad constructiva. 5.- Es la única marca que explica que el valor final de resistencia de puesta a tierra entregada por el electrodo SI depende de la resistividad del terreno. 6.- En su memoria presenta una bibliografía especifica, que pueden ser consultada , y que efectivamente explica la modelación presentada. Por su contraparte las marcas Totalground y Faragauss recurren a una gran cantidad de información pseudotécnica para explicar el funcionamiento de sus electrodos lo cual a nuestro entender es solo charlatanería. En cuanto a Mass@tierra es muy importante el mencionar y destacar la mala calidad constructiva de sus electrodos y que inevitablemente redundarán en su duración y performance.