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Sistemas de Puesta a Tierra

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Presentación del tema: "Sistemas de Puesta a Tierra"— Transcripción de la presentación:

1 Sistemas de Puesta a Tierra
Notes: Av. La Fontana 458, Of. 2038 La Molina, Lima Perú Telefono

2 Expositor : Ing. Rodolfo Pomalaya Tacuri
Ingeniero Electrónico especialista en redes y mediciones en planta externa con 15 años de experiencia en Telefónica del Perú Telefono Celular :

3 CONTENIDO 1. CONCEPTOS RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SUELO
2. LA RESISTIVIDAD • RESISTIVIDAD DE SUELOS • VARIACIONES DE LA RESISTIVIDAD • FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO • POROSIDAD DEL TERRENO • HUMEDAD • MEDICION DE LA RESISTIVIDAD • PLOTEO CURVA DE RESISTIVIDAD • ρa: Ascendente • ρa: Descendente 3. ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA ECT COMO SE DEFINEN EN LA CEI 60364, EN LA UNE Y EN LA NF C • TT: neutro del transformador T y masa T, • TN: neutro del transformador T y masa N, • IT: neutro del transformador I y masa T. ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU ECT Ejemplo de coexistencia entre los diversos ECT. Corriente y tensión de defecto en el esquema TT. Neutro a tierra: esquema TT

4 4. RESISTENCIA MÁXIMA DE LA TOMA DE TIERRA
5. PRINCIPALES PROBLEMAS DE SISTEMAS ELECTRICOS DEFECTO DE AISLAMIENTO Zonas tiempo/corriente de los efectos de la CA (de 15 hz. a 100 hz.) sobre las personas según CEI Corriente admisible en el cuerpo humano, según la Norma CEI Tensión de paso y tensión de toque 6.-CRITERIOS DE DISEÑO DE SPAT EN PLANTAS INDUSTRIALES Requerimientos básicos para el diseño de un SPAT Corrientes de Falla, potencia de Corto Circuito Paso de la corriente por el terreno Tensión de contacto (Uc) y tensión de paso (Up). Formula general de la resistencia de una barra vertical Métodos para la reducción de la resistencia eléctrica Mallas de puesta a tierra El Aumento de la Distancia entre Ejes de los Electrodos Electrodos compuestos Método de Schwarz

5 7. TRATAMIENTOS DE TERRENOS CON CEMENTO CONDUCTIVO
8. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (EMC) SUSCEPTIBILIDAD ELECTROSTATICA (ESD) 9. MEDICIÓN DE LA PUESTA A TIERRA Métodos de medición de SPAT Curva de la resistencia eléctrica 10. NORMATIVIDAD SOBRE SPAT EN EL PERU Y EL MUNDO Normas NFPA 780 y NEC Normas Internacionales CEI Código Nacional de Electricidad Normas españolas MIE RAT

6 1.- RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SUELO
El suelo, al igual que cualquier material conductor eléctrico, se opone al paso de la corriente eléctrica y ofrece una resistencia que puede ser calculada por la siguiente ecuación: R : resistencia en ohm : resistividad en ohm-m L : longitud del conductor en m. A : sección en m2 ρ La resistencia específica (ρ) también se denomina resistividad del conductor o, en nuestro caso, resistividad del suelo. la resistencia específica depende de : a, del tipo de suelo, que a su vez depende de otros factores ; b, el contenido en electrolitos susceptibles de conducir la corriente eléctrica y c, el contenido en humedad. K = Conductividad específica (S•m-1) R = Resistencia (Ω). L = Longitud (m). A = Superficie (m2).

7 2. LA RESISTIVIDAD El factor más importante de la resistencia de tierra es la resistividad del suelo, siendo una propiedad muy importante de este. La tierra (suelo, subsuelo)tiene propiedades que se expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudes físicas que son: La resistividad eléctrica ρ (o su inversa la Conductividad σ), La constante dieléctrica ε y La permeabilidad magnética μ. La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso, pero igualmente se considera la facilidad de paso, resultando así el concepto de, Conductividad, que expresado numéricamente es inverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro de modo que: σ = 1/ρ En la NOM-022-STPS-1999 se define el término resistividad, como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado. De acuerdo con la NOM-008-SCFI-1993, Su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m.

8 FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO
La resistividad del terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por: Sales solubles  Composición propia del terreno  Estratigrafía  Granulometría  Estado higrométrico  Temperatura  Compactación

9 SALES SOLUBLES Es la cantidad de electrolitos; ésto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas. COMPOSICIÓN DEL TERRENO Depende de la naturaleza del  mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 ohms . En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100 ohm o menos. ESTRATIGRAFÍA El terreno no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos GRANULOMETRÍA Influye bastante sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y de que ésta sea mayor que la de la arcilla.

10 ESTADO HIGROMÉTRICO El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos. TEMPERATURA A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese aumento se nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que,  a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra  COMPACTACIÓN La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles.

11 MEDICION DE RESISTIVIDAD
La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso del suelo con mejor performance, así como para encontrar los puntos óptimos para ubicar la red de tierras, o para operar sistema electrónico, planta generadora o transmisora de radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas.  En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. La medición de la resistividad del terreno, no es requisito para hacer una malla de puesta a tierra. Aunque para diseñar un sistema de tierras de gran tamaño, es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para lograr la instalación  más económica. Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros países: telurómetro) o Megger de tierras de cuatro terminales.

12 Ejemplo de medición de la Resistividad de la Tierra
Notes: Dr. Frank Wenner of the U.S. Bureau of Standards developed the theory behind the soil resistivity test in 1915. Use four small-sized electrodes/rods driven down the same amount and equal distances apart in a straight line; four separate lead wires connect the electrodes to the four terminals on the instrument (therefore, it is a four terminal measurement). Use a 4-terminal ground tester. Space the electrodes an equal distance “a” apart and insert the electrodes a distance of a/20 into the ground. Measures the average soil resistivity to a depth equal to the electrode separation. Soil resistivity is always displayed in ohm-cm; therefore, all distances used must be converted to centimeters. An ohm-centimeter (ohm-cm) is defined as the resistance of a cube of material (in this case, earth) with the cube sides being measured in centimeters. C2 P2 C1 P1 DET2/2

13 METODOS DE MEDICION DE RESISTIVIDAD
Los terrómetros tienen cuatro terminales 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) y están numerados en el aparato C1 P1 P2 C2. La medición es puntual, se deben hacer mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero, y/o, en el sentido de las diagonales. MÉTODO DE WENNER. En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre.  El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo. 

14 ESQUEMA DE MEDIDA DEL METODO DE WENNER
La resistividad aparente está dada por la siguiente expresión : Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:

15 MÉTODO DE SCHLUMBERGER
El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, se emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.

16 Direcciones para medición de resistividad

17 Curvas de Resistividad aparente

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19 DATOS DE RESISTIVIDAD DE SUELOS TÍPICOS
TIPO DE TERRENO RESISTIVIDAD Ohm-m Terrenos cultivables y fértiles 50 Terraplenes compactos y húmedos 50 Terrenos cultivables poco fértiles Suelos pedregosos desnudos arena seca y permeables 3000 Suelos rocosos fraccionados Suelos rocosos compactos Terreno pantanoso – 50 Terreno fangoso, arcilloso, humus – 260 Arena y terreno arenoso (húmedo) – 3000 Grava (húmeda) – 3000 Terreno pedregoso y rocoso – 8000 Hormigón con 3 partes de arena + 1 cemento 50 – 300 Hormigón con 5 partes de grava + 1 cemento

20 3.- ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA ECT
COMO SE DEFINEN EN LA CEI 60364, EN LA UNE Y EN LA NF C • TT: neutro del transformador T y masa T, • TN: neutro del transformador T y masa N, • IT: neutro del transformador I y masa T. ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU ECT Ejemplo de coexistencia entre los diversos ECT. Corriente y tensión de defecto en el esquema TT. Neutro a tierra: esquema TT El Esquema de conexión a tierra, ECT (también conocido como Régimen de Neutro) especifica la forma en la que se relacionan el secundario del transformados Media Tensión-Baja Tensión y las masas metálicas con el potencial 0 (Tierra) en una instalación eléctrica. Todos los esquemas, en combinación con otros dispositivos de protección, garantizan la seguridad de las personas frente a los contactos indirectos debidas a fallos de aislamiento. Su principal diferencia radica en la continuidad del suministro eléctrico.

21 Los esquemas de conexión a tierra están definidos por la norma CEI 60364
Y se identifican con 2 letras : Primera letra: Conexión del neutro del transformador. T(Tierra), I(Impedancia) Segunda letra: Conexión de las masas metálicas de la instalación. T (Tierra), N(Neutro). En los esquemas TN se añade una S (separado) o una C (Conjunto) para definir si el conductor de Neutro y el de protección son un sólo conductor

22 Esquema TT En este esquema el neutro del transformador y las masas metálicas de los receptores se conectan directamente, y sin elemento de protección alguno, a tomas de tierra separadas. En caso de un defecto a masa circula una corriente a través del terreno hasta el punto neutro del tranformados, provocando una diferencia de corriente entre los conductores de fase y neutro, que al ser detectado por el interruptor diferencial provoca la desconexión automática de la alimentación.....

23 Esquema TN-C En el esquema TN-C los conductores de proteción se conectan directamente al conductor de neutro. Esquema TN-S los conductores de proteción se conectan a un conductor de protección distribuido a la línea, y conectado al conductor de neutro en el transformador.

24 Esquema IT Es utilizado en aplicaciones en las que la continuidad del servicio es crítica, como en quirófanos o industrias con procesos sensibles a la interrupción. En él, el Neutro del transformador está aislado de Tierra (o conectado a través de una impedancia de un elevado valor) y las masas metálicas conectadas a una toma de tierra exclusiva.

25 Resumen de características TT
Técnica de explotación: Desconexión al primer defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión por interruptor diferenciales. Usos: General. Red de distribución pública Resumen de características TN Técnica de explotación: Desconexión al primer defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Puesta a tierra uniformemente repartidas. Desconexión por protecciones de sobreintensidad. Usos: Instalaciones temporales y de socorro Resumen de características IT Técnica de explotación: Señalización del primer defecto. Desconexión al segundo defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión al segundo defecto por protecciones de sobreintensidad. Usos: Quirófanos y procesos industriales sensibles.

26 4. RESISTENCIA MÁXIMA DE LA TOMA DE TIERRA
El Código Eléctrico Nacional (sección ) establece que un solo electrodo Con resistencia a tierra mayor que 25 ohm debe aumentarse un electrodo adicional. No se puede definir el valor máximo de resistencia a tierra por que este valor se ajusta a las especificaciones de los equipos o sistemas que se requiere hacer la instalación. Sin embargo de acuerdo a experiencias se tienen valores umbrales que podrian considerarse en una instalación. Para un sistema de computo 1 – 5 ohm Para grandes Subestaciones, líneas de transmisión y estaciones generadoras 1 – 3 ohm Subestaciones de media tension 5 – 15 ohm Para un sistema de parrarrayos prom d. 10 ohm Para un sistema electromagnetico jaula de 10 ohm Para un sistema petróleo 5 – 10 ohm Para planta externa cobre 15 – 25 ohm

27 5. PRINCIPALES PROBLEMAS DE SISTEMAS ELECTRICOS DEFECTO DE AISLAMIENTO
SEGURIDAD DE UNA PERSONA La resistencia del cuerpo humano no es tan baja Dicha impedancia depende de varios factores: Superficie de contacto : ohmios por cm2 (piel seca)                                1.000 ohmios por cm2 ( piel húmeda) Presión de contacto Recorrido de la corriente: paso por el corazón, por el tórax, etc. Este valor se puede situar entre 500 y ohmios, y es la suma de la resistencia que ofrece el cuerpo y la que ofrece las superficie de contacto ( manos, pies, etc) En cualquier caso, es mayor que 10 ohmios y que con zapatos de goma, la resistencia es muchísimo mayor que 800. La resistencia teórica MÁXIMA admisible, no es la que se debe emplear en los cálculo, ese valor no debe sobrepasar la resistencia de tierra que se calcule sabiendo que es la resistencia equivalente de la pica y del conductor enterrado.

28 REDES ELECTRICAS DE DISTRIBUCIÓN
COMO RECONOZCO LAS REDES? Niveles: =< 1000 < 1000 ; 30000=> > 30000 Red de baja tensión: Red de Media tensión: Red de Alta tensión: Tipos: Red Aérea Red Subterránea Voltios

29 Red aérea Conductor 10000 V Aisladores Viento Poste
Transporte de energía Aisladores Aisla y soporta el conductor Viento Soporta el esfuerzo del peso del conductor Poste Sostiene los elementos y brinda altura. Red aérea

30 Subestación aérea Conductor 10000 V Aisladores Seccionadores
Transporte de energía Aisladores Aisla y soporta el conductor Seccionadores Protección y operación Transformador Cambia el nivel de tensión de a 220V. Conductor 220V Transporte de energía. Subestación aérea

31 LOS EFECTOS EN EL CUERPO HUMANO?
PARO RESPIRATORIO s FIBRILACIÓN VENTRICULAR s QUEMADURAS

32 FIBRILACIÓN VENTRICULAR
EL CUERPO HUMANO Y LA CORRIENTE ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN 220 VOLTIOS ) 500 225 100 watts 50 watts 100 70 MUERTE EN TRES SEGUNDOS FIBRILACIÓN VENTRICULAR 25 watts CORRIENTE EN MILIAMPERIOS 15 watts 50 30 20 10 5 GRAVES DAÑOS - PARO RESPIRATORIO RESPIRACIÓN EXTREMADAMENTE DIFÍCIL PÉRDIDA DEL CONTROL MUSCULAR - CONTRACCIÓN VIOLENTA SACUDIDA DOLOROSA - PUEDE SOLTARSE LIGERA PERCEPCIÓN 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 RESISTENCIA EN OHMS TRABAJOS FÍSICOS PIEL HÚMEDA TRABAJOS NO FÍSICOS PIEL - SECA 350,000 OHMS

33 Evitemos estos daños

34 6.-CRITERIOS DE DISEÑO DE SPAT EN PLANTAS INDUSTRIALES
Requerimiento para el diseño de un buen sistema de tierra La resistividad del terreno El valor de la resistencia de tierra requerido Para ello se debe tener en cuenta : Limitar a valores definidos el voltaje a tierra del total del sistema eléctrico Aterrar apropiadamente en gabinetes metálicos que formen partes del sistema eléctrico Protección contra electricidad estática producida por fricciones Protección contra descargas eléctricas directas y voltajes inducidos Mantener buenos niveles de seguridad del personal.

35 La corriente de cortocircuito y corriente de falla
El valor mayor de corriente de cálculo del supuesto cortocircuito relacionado con la malla lo debe transmitir hacia tierra. En el cortocircuito interviene en forma decisiva el valor de la resistencia interpuesta en el cortocircuito. Si consideramos la situación más desfavorable (inexistencia de arco de ningún tipo), con impedancia de sistema evaluada en un amortiguamiento de 0,8 del valor teórico de impedancia infinita, e incorporando el valor que de todos modos existe como la resistencia de la malla misma,: Que en forma simplificada : Ef : Tensión de fase Rm : Resistencia de malla Las fallas a tierra de alta impedancia son las mas ocurrentes. Son las mas perjudiciales por que pueden permanecer por mucho tiempo sin ser detectadas

36 Pasos para la construcción de un sistema de pozo a tierra
Se realiza la evaluación de terreno y se mide la resistividad con un Telurómetro Se procede a la excavación de(los) pozo de tierra en caso de ser mas pozos estos deberán estar separados una distancia miníma del doble de la varilla de tierra. Se desecha todo material de alta resistividad (piedra, ormigón, arena, etc) Se rellena el pozo utilizando tierra preparada o tierra de cultivo tamizada con bentonita hasta los primeros 0.3 m y se compacta, luego se instala la varilla de preferencia con cable helicoidal desnudo. Se rellena nuevamente con la tierra aprox. 0,2 m y se compacta Se aplica 1 dosis por cada m3, disolviendo el contenido en 20 litros de agua por por cada uno y se repite esta aplicación hasta culminar el pozo. Se conecta o se fusiona el cable desnudo a la varilla de tierra, en caso de ser pozos en malla se interconectan los pozos. Se instala la caja de registro de concreto. Se realiza la medición del pozo(s) de tierra.

37 ESQUEMA DE UN POZO A TIERRA

38 Paso de la corriente por el terreno
El paso de la corriente y la resistencia de tierra a través de un electrodo de tierra tres factores : La resistencia del electrodo y las conexiones a el La resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo adyacente La resistencia del suelo desde la superficie del electrodo hacia afuera I Corriente

39 TENSION DE PASO Y TENSION DE CONTACTO (TOQUE)
Tensión de Contacto Es la diferencia de potencial que podría experimentar una persona a través de su cuerpo cuando se presenta una corriente de falla en la subestación eléctrica y puede que al mismo tiempo tiene una mano o parte de su cuerpo en contacto con una estructura puesta a tierra y separado 1 m. Tensión de Paso Diferencia de potencial que durante una falla se presenta entre dos puntos de la superficie del terreno, separados por una distancia de un paso (un metro) un brazo. Medición de tensiones de paso y contacto Las mediciones se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta. Los electrodos de medida para simulación de los pies deberán tener una superficie de 200 cm2 cada uno y deberán ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N cada uno

40 METODOLOGÍA GENERAL Para la medición de tensiones de paso y contacto en subestaciones de media, alta y extra alta tensión, se emplean los principios de medición planteados en el documento IEEE 81.2 Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems La metodología está basada en la aplicación de corriente primaria a la frecuencia de servicio (60Hz) entre un punto de la tierra remota y la malla de la subestación. La corriente aplicada eleva el potencial de la malla y permite realizar mediciones de potenciales de paso y contacto en la subestación y en la periferia, sitios donde estarán expuestas las personas en las subestaciones a riesgos de electrocución por estos potenciales. Los valores de tensión obtenidos se extrapolan con base en el nivel de cortocircuito de la subestación y de esta manera se obtienen los valores reales de tensiones de paso y contacto del SPT construido. Estos valores obtenidos se comparan contra las tensiones máximas admitidas por el RETIE y se determina si el SPT es seguro. El principio de inversión de polaridad se aplica para reducir el error que se presenta por los potenciales asociados a corrientes circulantes por la malla.

41 Exposición a tensión de contacto

42 Exposición a tensión de paso

43 ESQUEMAS PARA REALIZAR LAS MEDICIONES

44 CÁLCULOS DE TENSION DE PASO Y CONTACTO
Se deben realizar dos cálculos para obtener los valores de tensiones de paso y contacto. Primero se deben “filtrar” (ajustar) los valores de tensión medidos Posteriormente, se deben extrapolar las tensiones de paso y contacto medidas a las reales Para obtener los valores reales de tensión de paso, se debe aplicar la ecuación AJUSTE DE LECTURAS Las lecturas registradas de tensión de paso y contacto se deben ajustar de acuerdo con la siguiente ecuación: VK Tensión de Paso o de Contacto ajustado V1 Tensión con Polaridad P1 00 V2 Tensión con Polaridad P2 1800 V0 Tensión cuando no se aplica corriente (debida a corrientes circulantes en la malla) valores reales de tensiones de paso y contacto Para obtener los valores reales de tensiones de paso y contacto se debe aplicar una proporcionalidad entre la corriente aplicada y la corriente máxima de cortocircuito monofásico VB Tensión con paso o contacto real a la que estará sometida una persona VK Tensión entre los electrodos medido y ajustado en la prueba. ICC1 Nivel de cortocircuito monofásico en la subestación IPRUEBA Corriente aplicada durante la prueba.

45 Tipos de Sistemas de Puesta a Tierra
Electrodo de Varilla Simple Notes: Puesta a Tierra de Múltiples Postes

46 Tipos de Sistemas de Puesta a Tierra
Electrodo de Múltiples Varillas Notes: Electrodo de Placa Enterrada Electrodo Enterrado Malla/Rejilla

47 Como mejorar la resistencia eléctrica
Cuando la resistencia de un electrodo a tierra no es suficiente baja, existen Varias formas de mejorarlas : Incrementar la longitud de la varilla Usar varilla múltiples Tratamiento del suelo o cambio de terreno por otro de menor resistividad.

48 Electrodos compuestos Método de Schwarz
Los métodos Schwarz son una extensión de los métodos por bloques de Gauss-Seidel y Jacobi aplicados a problemas de discretización de ecuaciones diferenciales. Es conocido que tanto el método aditivo como el multiplicativo de Schwarz cuando A es una matriz simétrica definida positiva, una M-matriz no singular o una H-matriz . En la presente comunicación mostramos una condición suficiente para la convergencia del método aditivo de Schwarz para la solución del sistema de ecuaciones Ax = b donde A es unaM-matriz cuyo núcleo es de dimensión uno. Este es el caso cuando A = I − B siendo B una matriz estocástica (por columnas) irreducible. Este resultado de convergencia complementa los resultados de [8] donde se muestra la convergencia del método multiplicativo de Schwarz aplicado a sistemas singulares de este tipo.

49 7. TRATAMIENTOS DE TERRENOS CON CEMENTO CONDUCTIVO
El cemento conductivo es un polvo fino higroscopico conductor, con capacidad de absorber la humedad del suelo que lo circunda y lo endurece hasta formar parte electrodo de tierra. Permite reducir y estabilizar la resistencia del medio y proteje a los electrodos de efectos corrosivos , no es contaminante. La instalación es similar a la construcción de un pozo de tierra a diferencia que se Instala provisional de un tubo pvc de 4” o 6” de diámetro l cual contiene a la barra de tierra para el caso de una instalación vertical, en caso sea horizontal se realiza una cama en el terreno. En ambos casos se debe tratar el terreno.

50 8. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (EMC)
SUSCEPTIBILIDAD ELECTROSTATICA (ESD) Todo material tiene propiedades eléctricas y magnéticas y aumentan cuando se producen corrientes transitorias o de falla. Antes se había indicado los parametros del suelo : La resistividad eléctrica ρ (o su inversa la Conductividad ) La constante dieléctrica y La permeabilidad magnética μ

51 Susceptibilidad Electrostática (ESD)
El principio utilizado para este sistema de tierra con inducciones magneticas es el de una jaula de Faraday, que es en pocas palabras un cuarto blindado contra interferencias de radiofrecuencias. Para el blindaje de campos magnéticos, el material debe tener propiedades ferromagnéticas. El hecho que exista una conexión de la jaula a una tierra directa no tiene el menor efecto sobre las propiedades de un blindaje. Las características principales que deben cuidarse en la construcción de una jaula de Faraday son: La atenuación, en su valor mínimo garantizado, la gama de frecuencia protegida, el tipo de interferencias que debe blindarse, ventilación adaptabilidad para hacer modificaciones, tipo de entrada y alambrado. Susceptibilidad Electrostática (ESD) Uno de estos desafíos está asociado con la manipulación de dispositivos semiconductores que son susceptibles de daño por la presencia de cargas eléctricas dispersas. Este es un problema que potencialmente puede afectar a una amplia gama de equipos electrónicos y puede tener un amplio rango de efectos.

52 Porqué Medir Periódicamente la Resistividad de la Tierra?
9. MEDICIÓN DE LA PUESTA A TIERRA Porqué Medir Periódicamente la Resistividad de la Tierra? Para tener la perspectiva de ubicaciones de puesta a tierra de baja resistencia. Para chequear que las condiciones climáticas no han afectado la puesta a tierra en forma tal que ya no cumple con los requerimientos. Para verificar por variaciones estacionales. Notes: Standard formulae are employed that use soil resistivity measurements to calculate the specifics of grid and ground system design. Dr. L.E. Whitehead of the DuPage Laboratories developed a nomograph which can be a helpful guide in meeting the established standard for minimum ground resistance given, among other factors, the resistivity of the soil. Soil conductivity is promoted by dissolved ions in moisture; therefore, it is poor in dry and/or cold seasons and best in wet temperate seasons.

53 Beneficios de una Puesta a Tierra Adecuada
Disminuye la posibilidad de daños debido a un bajo aislamiento Reduce la probabilidad de daño debido a rayos y voltajes o ruidos inducidos. Mejora el comportamiento de computadoras, comunicación y otros equipos sensitivos. Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de los límites de seguridad de modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos y/o animales. Notes: Danger to Personnel (1) - Only a small amount of electric current (as little as 0.1 ampere for one second) can be fatal. An even smaller amount can cause the loss of muscular control. These low currents can occur in the body at voltages as low as 100 volts if the skin is moist. Danger to Personnel (2) - Humans can accidentally provide parallel paths to ground in electrical fault situations; ground should be maintained at sufficiently low resistance to be the “path of least resistance” so human exposure will be kept below injurious levels. Lightning Damage - Inadequate grounds will cause lightning to divert through electrical systems with considerable damage potential. Sensitive Equipment Operation - “Noise” levels in electrical systems that would go unnoticed in the operation of cruder equipment can be sufficient to equal or surpass the operating voltage of sensitive equipment.

54 Causas del Deterioro del Sistema de Puesta a Tierra
La corrosión y el clima influencian provocando la deformación mecánica en las varillas de puesta a tierra y causan corrosión metálica con el tiempo. Eventos catastróficos tales como rayos o altas corrientes de falla pueden causar degradación instántanea. La resistividad del suelo puede cambiar con el tiempo debido a las condiciones ambientales. La expansión de las instalaciones eléctricas/planta pueden crear necesidades diferentes en el sistema de puesta a tierra. Notes: These factors emphasize the importance of a continuous periodic program of earth-resistance testing. It is not enough to only check the earth resistance at the time of installation. As a ground rod corrodes, its resistance rises and it loses its effectiveness. Catastrophic events may not be recognized because the system initially did its job protecting the facility. In many locations, the water table is gradually falling. Earth electrode systems that formerly were effective could end up in dry earth (with high resistance). Electrical facility expansion can make what was formerly a suitable low resistance an obsolete “standard”.

55 Efectos Negativos del Ruido Eléctrico
Señal Lógica de V de 3-5 V Ruido Notes: Good grounds are required for the operation of sensitive equipment. This slide illustrates the effects of “noise” versus typical equipment operating (rectified) voltages on cruder, older equipment (top) and sensitive, modern equipment (bottom). With modern equipment, grounding is significant because it not only effects catastrophic problems, but also unseen daily malfunctions.

56 Probador de Puesta a Tierra de 3-Terminales
Suministro de Corriente Amperímetro (I) Voltímetro (E) P C X Tierra Electrodo de prueba de Corriente Electrodo de Prueba de Potencial Puesta a Tierra bajo Prueba Notes: Assume that two rods have been driven into the earth some distance apart from a third installed rod (ground) and a voltage applied between the two ends of the set-up: - The current between X and C is measured by an ammeter. - The potential difference (voltage) between X and P is measured by a voltmeter. If P is located at various points between X and C, the operator can take a series of voltage readings; using Ohm’s Law (R=E/I), the ground resistance at any measured point can be determined: - If current is 3 amps and voltage is 30 volts, the ground resistance at that point would be 10 ohms. (please note that the above example is for the purpose of explaining the theory but not for showing actual practice; a ground tester works with much smaller values, then internally rectifies them for the measurement) Please be aware that all the above mentioned measurements and calculations are performed automatically by the tester and are not extraneous.

57 Probador de Puesta a Tierra de 4-Terminales
Suministro de Corriente Amperímetro (I) Electrodo de Puesta a Tierra Bajo Prueba Electrodo Auxiliar de Corriente Voltímetro (E) Electrodo Auxiliar de Potencial Notes: Using four terminals to make the measurement improves the accuracy and resolution of the measurement by eliminating lead and contact resistance; use of all four terminals establishes a true four-wire Kelvin bridge measurement that is free of any lead or contact resistance; critical when the operator wants a clear, sharp measurement of only the ground resistance. Four terminal instruments can be set up to make the more quick and simple 3-terminal measurements. Making soil resistivity measurements in accordance with the established Wenner Method requires a 4-terminal ground tester (the theory behind this measurement is covered later in this presentation). The fundamental design, to meet with IEEE 81, is the same for either a 3-terminal or 4-terminal instrument; voltmeter and ammeter circuits with accurate measurement capabilities, applying the test signal through the soil, measuring the voltage drop to the point of critical probe placement. C1 P1 P2 C2 Tierra Tierra X

58 Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)
Curva de Resistencia Posición del Electrodo de Prueba de Corriente Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp) Puesta a Tierra X C Resistencia en Ohmios Resistencia Verdadera Notes: This is the standard Fall of Potential graph, produced by taking resistance readings at various distances of the potential probe from the ground electrode under test. The true resistance of the ground electrode falls in the area where the readings are not affected by the fields of influence emanating from the ground electrode under test and the current probe. The level of true resistance of the ground electrode occurs where the graph levels off before beginning a sharp upward climb as the potential probe gets close to the current probe.

59 Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)
Caída de Potencial Posiciones del Electrodo de Prueba de Potencial (P) Electrodo de Puesta a Tierra Bajo Prueba (X) Electrodo de prueba de Corriente (C) Notes: With increased distance from an electrode, the earth shells are of greater surface area and, therefore, of lower resistance; if measurements are taken at various distances, a resistance curve can be plotted. As the rod is moved away from the electrode under test, the resistance values increase but by a diminishing amount (due to the diminishing resistance of each earth shell) until a point is reached where the rate of increase becomes so small it can be considered constant (the earth shells between the rods have so great a surface area they add almost nothing to total resistance); this is considered the point of true resistance. As the rod is moved closer to the earth shells of the current probe, the resistance rises in increasing increments. The correct resistance is usually obtained if rod is placed at a distance 62% of the distance from the center of the earth electrode to the current probe, assuming that the probe spacing is adequate and the soil homogeneous. This is true “Fall of Potential” and the basis of the IEEE-recognized method. Resistencia en Ohmios X C Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp) Posición del Electrodo de Prueba de Corriente Posición del Electrodo de Puesta a Tierra

60 Electrodo de Prueba de Corriente
Regla del 61.8% (62%) Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp) X C Resistance in Ohms Electrodo de Prueba de Corriente (C) Potencial (P) Electrodo de Puesta a Tierra Bajo Prueba (X) 61.8% Resistencia del Electrodo de Prueba de Corriente Notes: Placing the rod (P) at a point 62% of the way from the center of the ground electrode and the current probe is quite effective for simple electrodes (such as a driven rod) or even a small group of driven rods if you know the true electrical center fairly accurately. The accuracy of the readings is better if the earth resistivity between the ground electrode, rod, and current probe is reasonably constant. This is a good back-up test in a familiar area, but is risky if performed once and then left; the 62% rule applies only under ideal conditions (soil homogeneity, proper probe spacing). This graph illustrates the general condition that must be achieved for optimal testing; adequate spacing, spheres of influence separated and potential probe in-between.

61 Insuficiente Espaciamiento del Electrodo de Prueba
Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp) Resistencia en Ohmios Electrodo de Prueba de Corriente (C) Potencial (P) Puesta a Tierra Bajo Prueba (X) Notes: The position of the current probe (C) is also critical for getting proper measurements; if the distance between the ground electrode and the current probe is too short, the earth shells around each will overlap and distort the measurement. Under this scenario, there is no leveling off of measured resistance as the rod (P) is moved away from the ground electrode; the shells of C add to the shells of the ground electrode, so resistance keeps increasing. The further away C is placed, the better the chance of having the measurement level off at the 62% placement of P. “Rules of Thumb” on Probe Spacing (approaches likely to produce a good test on the first try (no trial and error)): For a single ground electrode, current probe (C) can usually be placed 50 feet from the ground electrode. For a small grid of 2 ground electrodes, C can usually be placed about feet from the electrode under test. For a large electrode system (several rods or plates in parallel), the distance for C should be increased to 200+ feet. For complex electrode systems (large number of rods or plates and other metallic structures bond together), far greater distances are required.

62 Prueba de Tierra en Asfalto
C1 P2 C2 MEASURE P1 3 POLE 4 POLE MEGGER® DET5/4R Notes: Referred to as the “lazy spike” method, Megger® Earth Testers can perform Fall of Potential testing and related procedures without the necessity of penetrating the soil; this can be done because of the high resistance thresholds in the test circuits of microprocessor-designed instruments (threshold values in the order of k). Laying the test probes on the surface often times works (contact can be improved by dousing the probes with water); if insufficient contact is made with the probes, alternate conducting materials can be used that provide better surface contact (coiled chains and flexible metallized grounding mats); using salt water can further improve contact as the dissolved ions help conduct current. Watering the probes and/or using alternate materials does not phony the test; you are measuring the resistance of the ground electrode, not the test probes. The Megger Earth Testers have indicators (either LED or display messages) that warn if there is too much resistance in the test circuit.

63 Resolviendo los Problemas de Prueba en Sistemas de Puesta a Tierra de Subestaciones Grandes
Use un instrumento con resolución de 1 mW para tomar lecturas bajas sin error. Use un instrumento con alto rechazo de ruido, frecuencia variable, y filtrado mejorado para superar el problema de ruido. Use el Método de Pendiente para manejar el desafío de prueba provocado por grandes “Areas de resistencia”. Notes: The DET2/2 is the only ground tester with 1 mW resolution; when using either the Fall of Potential Method or Slope Method, small differences between low readings are required; the extra digit of resolution on the DET2/2 makes these variations more accurate and suitable for use with published tables. In addition to 40 V peak-to-peak interference rejection, the DET2/2 is the only ground tester to offer variable test frequency ( Hz) to help remove stray noise that could affect the reading; the DET2/2 also uses a sophisticated filtering system that can reject more noise than any other available ground tester. The Slope Method enables measurement of large ground systems without finding the “flat” portion of the characteristic curve.

64 El Problema de Distancia/Espacio Limitados
Electrodo de Puesta a Tierra Bajo Prueba (X) Electrodo de Prueba de Potencial (P) Electrodo de Prueba de Corriente (C) Notes: What do you do if space or the size of the ground system precludes you from placing the Current Probe far enough away from the electrode under test (and, therefore, you cannot identify the “flat” portion of the Fall of Potential graph)? Large substation ground systems may require that you go out thousands of feet to perform a proper Fall of Potential test. Urban areas may make it difficult to place the Current Probe at the proper distance. Resistance in Ohms Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)

65 Importantes Características/Ventajas/Beneficios – de un equipo
Alta resolución. Alta precisión. Monitorea continuamente resistencia de ruido y pico. Frecuencia variable de prueba. Rechazo de ruido para 40V en circuito P, 60V en circuito C. Corriente de prueba conmutable. Filtrado con Software. Rechazo de ruido para 40V. Protección ambiental IP54. Notes: The DET2/2 has the noise rejection capability and the IP54 protection just like the DET5/4 But the DET2/2 adds another decade of resolution – down to 1 milliohm – to provide improved result confidence when measuring large, low value earth resistances. Couple this to a basic 0.5% accuracy and you have precision measurements quickly and easily. The instrument constantly monitors conditions for high spike resistance and excessive noise and indicates if these conditions appear. If noise is excessive you may change the test frequency to avoid interfering frequencies and even the test current may be changed to improve the signal to noise ratio, thereby making it possible to make measurements in the most difficult conditions. You can also increase the software filtering if necessary.

66 Método de Gancho/Sin Electrodo de Prueba
V I Probador de Gancho Notes: When a multiple ground system is installed, the circuit can be considered a loop comprising an individual ground electrode and a return path via all other electrodes and the mass of earth. It is likely that a single ground electrode in this system will have much higher resistance than the remainder of the grounds connected in parallel. Therefore, a measurement can be taken by injecting a voltage using a transformer and measuring the resultant current produced in a “single turn” ground loop.

67 Desventajas del Método de Gancho/Sin Electrodos de Prueba
Efectivo únicamente en situaciones con puestas a tierra múltiples en paralelo (puesta a tierra de poste). No se puede usar en puestas a tierra aisladas. - no ruta de retorno No se puede usar si existe un retorno alterno de baja resistencia que no involucra al suelo. - Torres para Celulares - Subestaciones Requiere de una buena ruta de retorno Notes: The stakeless or clamp-on earth tester is often misused and/or missold in applications where it will not give an effective reading. It is effective in limited situations, and does fill a role as one tool that the technician could have in his “bag”. Since it cannot be used to test isolated grounds, it cannot be used on installation checks or for commissioning new sites.

68 NORMAS INTERNACIONALES
Normas ISO Normas CEI (Comisión electroténica Internacional) Normas Europeas Normas Americanas

69 INDECOPI, en su calidad de Organismo Peruano de Normalización, instalo el Comité Técnico Especializado de Seguridad Eléctrica NORMAS TÉCNICAS PERUANAS ELABORADAS POR EL COMITÉ NTP :1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Materiales que constituyen el pozo de puesta a tierra, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999. NTP :1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Elección de los materiales eléctricos en las instalaciones interiores para puesta a tierra. Conductores de protección de cobre, 1ª Edición el 13 de diciembre de 1999. NTP :1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Enchufes y tomacorrientes con protección a tierra para uso doméstico y uso general similar, 1a Edición el 11 de diciembre de 1999. NTP :1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Sistema de puesta a tierra. Glosario de términos, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999. NTP :1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Electrodos de cobre para puesta a tierra, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999.

70 CONCLUSIONES La resistencia puesta a tierra y la distribución de potencial de la superficie del terrenos son los parámetros principales que caracterizan la propiedades eléctricas de un sistema de puesta a tierra. Los parámetros eléctricos del sistema de puesta a tierra dependen de las propiedades del terreno y de la geometría del electrodo puesta a tierra, las propiedades del suelo están caracterizadas por la resistividad del terreno, dependiendo del tipo de terreno su estructura así como la humedad, lo cual hace difícil el calculo de la resistencia puesta a tierra. Debemos tener en cuenta que para valores de corriente muy elevado reducen la resistencia de puesta a tierra, a causa del fuerte campo eléctrico entre el electrodo y el suelo, mientras que en unos cambios rápidos de corriente aumenta la impedancia de puesta a tierra, a causa de la inductancia del electrodo de la tierra. La profundidad a la que se entierren los electrodos de prueba no afecta el resultado de la medición, pero los electrodos debe hacer un buen contacto. La presencia de objetos metálicos enterrados y tendidos eléctricos afecta la medición.

71 BIOGRAFIA 1.- Para diseño de tensión de contacto y paso
Norma UNE-EN 61008/9 – 20460 2.- Para calculo del método de Schwarz G Alefeld y H. Shneider- Raiz cuadrada de Matrices y aplicaciones de algebra lineal M. Berzi – teoria algebraica y multiplicativa de Schwarz. 3.- Para diseño y calculo de resistividad de terreno Adby P.R: Deempster – Introducción a métodos de optimización Kindermann G y Campoagnolo J.M. – aterramiento electrico Koefoed O. - Medición de resistividad de tierra 4.- Para diseño de puesta a tierra IEEE - 80 y para mediciones IEEEE - 81

72 ¡GRACIAS !


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