Todos los yacimientos mineros tienen sistemas eléctricos con conexión a tierra, de modo que en caso de rayos, de sobretensión del servicio de electricidad o de fallo de conexión a tierra, la corriente podría encontrar una ruta segura a tierra o al neutro del transformador. Para garantizar una conexión fiable a tierra, los códigos eléctricos, los estándares de energía y los estándares eléctricos con frecuencia especifican un mínimo de resistencia para los electrodos de la conexión a tierra. Esta nota de aplicación explica cómo una de las empresas de exploración y minería líderes a nivel mundial utiliza los comprobadores de conexión a tierra Fluke para mantener el sitio en funcionamiento y seguro.
Rio Tinto es una de las empresas de exploración y minería líderes a nivel mundial. Descubren, extraen y procesan los recursos minerales de la tierra, metales y minerales esenciales para hacer miles de productos cotidianos que cubren con las necesidades de la sociedad y mejoran los niveles de vida.
Entre los productos se incluyen el aluminio, el cobre, los diamantes, los productos para energía, el oro, los minerales industriales y el mineral de hierro.
Las actividades de la empresa se extienden por el mundo pero tienen una fuerte presencia en Australia y Norteamérica con negocios en Sudamérica, Asia, Europa y el sur de África.
La región de Pilbara
Rio Tinto ha estado a la vanguardia de la innovación sostenida y del crecimiento en la región de Pilbara durante más de cuarenta años.
Las operaciones de mineral de oro de Rio Tinto en Pilbara se han expandido a una capacidad anual de 220 millones de toneladas y tiene planes avanzados para seguir expandiéndose. Con una red de 12 minas, tres terminales de envío y la red de transporte por ferrocarril de carga pesada privada más grande de Australia, las operaciones de la empresa en Pilbara constituyen la mayor parte de actividades de minerales de oro a nivel global. Sus operaciones comenzaron en 1966 y se han expandido para cumplir con las crecientes necesidades de hierro y acero de la industria mundial.
Rio Tinto es una gestora de activos de primer orden que explota y mantiene todas las minas, las vías, la energía y las instalaciones del puerto en Pilbara en nombre de los dueños Hamersley Iron and Robe River.
Sistemas de conexión a tierra
Las pruebas periódicas de conexión a tierra son una práctica importante para las empresas de minería como Rio Tinto. El propósito de la conexión a tierra, además de la protección de las personas y de los equipos es el de brindar una ruta segura para la disipación de corrientes por fallos, de rayos, de sobretensiones transitorias, de descargas estáticas, de señales EMI y RFI y de interferencia.
Una conexión a tierra es una conexión conductora, ya sea intencionada o accidental, entre un circuito o equipo eléctrico y la tierra, o a algún cuerpo conductor que sirve en lugar de la tierra. Ayuda al establecer la tensión a tierra durante el funcionamiento normal y limita la subida de tensión que producen los rayos, las sobretensiones de la línea o los contactos involuntarios con líneas de mayor tensión.
Si se produce un fallo eléctrico o el impacto de un rayo en cualquier lugar cerca del área de minería, un electrodo de conexión a tierra de baja impedancia ayudará a derivar la energía a tierra. Y, al mantenerse un gradiente de potencial bajo, los daños se reducirán al mínimo.
Sin un sistema de conexión a tierra eficaz, los trabajadores podrían verse expuestos a riesgos de descargas eléctricas, además de errores de instrumentación, problemas de distorsión de armónicos, problemas de factores de potencia y un sinnúmero de posibles dilemas intermitentes. Si las corrientes con fallos no tienen un camino a la tierra física por medio de un sistema de conexión a tierra física correctamente diseñado y mantenido, encontrarán caminos no intencionados que podrían incluir a las personas.
Una conexión a tierra deficiente no solo contribuye al aumento de los tiempos de inactividad innecesarios, sino que la falta de una buena conexión a tierra es muy peligrosa y aumenta el riesgo de fallos en el equipo. Un buen sistema de conexión a tierra física mejorará la fiabilidad del equipo y reducirá la probabilidad de sufrir daños debidos a rayos o corrientes con fallos.
La necesidad de comprobar la conexión a tierra
Con el correr del tiempo, los terrenos corrosivos con un alto contenido de humedad, un alto contenido de sal y altas temperaturas pueden degradas las varillas de conexión a tierra física y sus conexiones. Es probable que los fallos anteriores hayan fundido las conexiones y que no estén fácilmente visibles. De modo que aunque el sistema de conexión a tierra cuando se instaló inicialmente tenía valores bajos de resistencia de conexión a tierra, la resistencia del sistema de conexión a tierra puede aumentar si se corroen las varillas de conexión a tierra por causas que se deben a la corrosión de esas varillas de conexión a tierra, cortes en los cables de interconexión y cambios en las capas freáticas.
La resistencia a tierra es la resistencia de la tierra al paso de corriente eléctrica y los resultados de la prueba muestran la resistencia que ofrecen las varillas de conexión a tierra con los cables de conexión, que deberían ser menores a 1 ohmio en el caso de las instalaciones de Rio Tinto. La resistividad define la capacidad del material para conducir la corriente, que es una propiedad compleja que medir dentro de la tierra y se ve afectada por diferentes factores entre los que se incluyen la composición del suelo, el contenido mineral, la temperatura y la profundidad.
Los problemas de intermitencia eléctrica en la mina se podrían atribuir a una conexión a tierra deficiente o a la baja calidad eléctrica.
Por esta razón es muy recomendable verificar todas las conexiones a tierra y sus conexiones durante la instalación y al menos una vez al año. Durante estas verificaciones periódicas, si se detecta un aumento en la resistencia de más del 20 %, el técnico deberá investigar el origen del problema y hacer la corrección para disminuir la resistencia, al reemplazar o agregar varillas de conexión a tierra al sistema de conexión a tierra.
Rio Tinto lleva a cabo pruebas de conexión a tierra de forma regular para garantizar la seguridad de funcionamiento de la mina. Esta es la primera línea de defensa. La capacidad de detectar y supervisar conexiones a tierra puede brindar información importante para realizar las evaluaciones de riesgo adecuadas para las operaciones de minería.
Las bases de conexión a tierra proporcionan conexiones a tierra seguras de los equipos eléctricos en las minas. La meta en la resistencia de la conexión a tierra física es lograr el mínimo valor de resistencia de conexión a tierra física posible que tenga sentido tanto económica como físicamente. Idealmente, una conexión a tierra física debe tener una resistencia de cero ohmios.
David Oxley, supervisor eléctrico del departamento de garantía de la fiabilidad en el sitio Cape Lambert de Rio Tinto en la región de Pilbara, supervisa estas inspecciones.
David dijo: "Necesitamos garantizar que las conexiones a tierra de todas las subestaciones presenten su rendimiento pico y que cumplimos con todas las normas legales del sitio".
David y su equipo llevan a cabo las verificaciones en las subestaciones con regularidad.
El proceso
Los instrumentos especiales facilitan el rendimiento y la seguridad para que los equipos midan la resistencia a tierra y resuelvan los problemas.
Para Rio Tinto, el Fluke 1625 se usa para medir la capacidad del sistema de conexión a tierra en las subestaciones.
Medición de resistencia a tierra: la medición de la caída de potencial
El método de comprobación de la caída de potencial clásica en las instalaciones de Cape Lambert de Rio Tinto se utiliza para medir la capacidad de un sistema de conexión a tierra o un electrodo individual para disipar la energía de un sitio.
Normalmente el electrodo de conexión a tierra de interés primero debe desconectarse de su conexión al sitio. En segundo lugar, se conecta el comprobador al electrodo de tierra. Luego, para realizar la comprobación de caída de potencial de 3 polos, se colocan dos picas de conexión a tierra in situ, en línea recta, alejadas del electrodo de conexión a tierra, normalmente con una separación de aproximadamente 20 metros. Al utilizar el Fluke 1625 para generar una corriente entre dos estacas externas (la estaca auxiliar de conexión a tierra y el electrodo de tierra) la caída de potencial de tensión se mide entre las dos estacas internas de la conexión a tierra. Con la ley de Ohm (V = IR), el comprobador Fluke calcula automáticamente la resistencia del terreno.
Las mediciones de resistencia del terreno con frecuencia se ven afectadas por la existencia de corrientes in situ y sus armónicos. Para evitar que ocurra esta situación, el Fluke 1625 utiliza un sistema de control automático de frecuencia (AFC). Este selecciona automáticamente la frecuencia de comprobación con la menor cantidad de ruido, permitiéndole obtener un valor de conexión a tierra preciso.
Ahorre tiempo con la comprobación selectiva
El Fluke 1625 es un comprobador de conexión a tierra distintivo. No solo mide la resistencia a tierra con la clásica prueba de la caída de potencial sino que también permite hacer comprobaciones con las que se ahorra tiempo, como la del método selectivo. Para la comprobación "selectiva" no es necesario desconectar el electrodo sometido a prueba durante la medición, lo que aumenta la seguridad.
El método selectivo permite que los comprobadores midan la resistencia a tierra de un electrodo a tierra específico sin desconectarlo de un conjunto o de un sistema de distribución de la estructura. Esto significa que los peligros de seguridad se minimizan ya que no hay riesgo de que se desconecte el electrodo de un sistema vivo.
Con la medición selectiva, se colocan dos estacas de conexión a tierra in situ, en línea recta, alejadas del electrodo de conexión a tierra aproximadamente 20 metros. Después, el Fluke 1625 se conecta al electrodo de conexión a tierra en cuestión, con la ventaja de que no es necesario desconectar la conexión al sitio.
En cambio, se coloca una pinza especial alrededor del electrodo de conexión a tierra que elimina los efectos de las resistencias en paralelo de un sistema con conexión a tierra, de modo que solo se mide el electrodo de conexión a tierra que interesa. El Fluke 1625 genera una corriente conocida entre la estaca externa y el electrodo de tierra, mientras que se mide el potencial de caída de tensión entre la estaca interna de tierra y el electrodo de tierra. Solamente la corriente que fluye a través del electrodo de conexión a tierra se mide con la pinza. La corriente que se generó también fluirá a través de otras resistencias paralelas pero para calcular la resistencia solamente se usa la corriente que pasa a través de la pinza.
"El Fluke 1625 también nos permite llevar a cabo las pruebas sin necesitad de apagar ninguna de las 20 subestaciones. Esta capacidad del tiempo de inactividad minimizado nos dio la libertad de realizar pruebas para todas las estaciones de una sola vez".
Steve Hood, director de gestión de Fluke Australia afirmó: "El Fluke 1625 está pensado para servicios de energía eléctrica o para otros entornos de alta energía ya que tiene una versatilidad extra para aplicaciones más exigentes.
"En estas circunstancias, el método selectivo es mucho más seguro y fácil para realizar las comprobaciones de conexión a tierra de Rio Tinto, ya que no hay necesidad de desconectar ni apagar ninguna de las subestaciones para llevar a cabo las pruebas. La prueba de tierra que se realiza garantiza un entorno seguro para todos los trabajadores y al mismo tiempo aumenta al máximo las ganancias de los inversores al funcionar con responsabilidad y sin tiempo de inactividad".
David comentó: "El equipo aprendió a utilizar el instrumento Fluke 1625 casi de inmediato. Hubo muchas actividades de formación y soporte por parte de Fluke para garantizar que se cumplieran los requisitos y necesidades. Ahora es un instrumento indispensable para utilizar en las minas".