RECURSOS DEL MÓDULO Cuaderno de Apuntes Guías ACP Guías de Taller o Laboratorio App Recursos de Internet Aulas Virtuales BIBLIOGRAFÍA BÁSICA OBLIGATORIA AUTORNOMBRE DEL TEXTOEDITORIAL, AÑO Rogelio García Márquez La puesta a tierra de Instalaciones Eléctricas Alfa omega, 1999 Gobierno de Chile Reglamento de Seguridad de las Instalaciones de Consumo de Energía No aplica, 2020
CONTENIDOS Unidad 1: Antecedentes generales de los sistemas de puesta a Tierra (S.P.T.) Unidad 2: Estudio geo-eléctrico de los suelos Unidad 3: Estudio de las configuraciones de puestas a tierra Unidad 4: Diseño de un sistema de puesta a tierra en baja tensión Unidad 5: Diseño de un sistema de puesta a tierra en alta tensión Unidad 6: Medición y verificación de los sistemas de puesta a tierra RECURSOS METODOLÓGICOS Durante el proceso de enseñanza y aprendizaje se utilizarán las siguientes estrategias: Clases expositivas con apoyo audiovisual. Resolución de ejemplos típicos. Entrega de guías de ejercicios de aplicación. Desarrollo de proyecto en grupos.
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE PUESTA A TIERRA Es una de las medidas complementarias para protección contra tensiones de contacto peligrosas en los sistemas de protección clase B (por contacto indirecto), indicadas por la Norma Eléctrica Chilena vigente e internacionales. Objetivos: I.Proporcionar seguridad a las personas frente a circulación de corrientes por el terreno II.Restringir sobre voltajes en equipos a niveles tolerables por su aislamiento III.Otras
DEFINICIONES CLAVES Tierra de referencia: Electrodo de tierra usado para efectos de medición o comparación, instalado en una zona del suelo, en particular de su superficie, lo suficientemente alejada del electrodo de tierra a medir o del punto de comparación, como para que no se presenten diferencias de potencial entre distintos puntos de ella. Electrodos de tierra: Son conductores desnudos, enterrados, cuya finalidad es establecer contacto eléctrico con el suelo. Línea de Tierra: Conductor que une el electrodo de tierra con el punto de la instalación eléctrica que se quiere poner a tierra. Conectar a tierra: Consiste en unir un punto del circuito de servicio o la masa de algún equipo con el suelo.
PUESTAS A TIERRA (PT) Conceptos Generales 1.En una instalación podrá existir una puesta a tierra de servicio y una puesta a tierra de protección. 2.Se entenderá por tierra de servicio la puesta a tierra de un punto de la alimentación, en particular el neutro del empalme en caso de instalaciones conectadas en BT o el neutro del transformador que alimente la instalación en caso de empalmes en media o alta tensión, alimentados con transformadores monofásicos o trifásicos con su secundario conectado en estrella. 3.Se entenderá por tierra de protección a la puesta a tierra de toda pieza conductora que no forma parte del circuito activo, pero que en condiciones de falla puede quedar energizada. Su finalidad es proteger a las personas contra tensiones de contacto peligrosas.
A. TIERRA DE SERVICIO 1. El conductor neutro de cada instalación de consumo deberá conectarse a una puesta a tierra de servicio. 2. La puesta a tierra de servicio se efectuará en un punto lo más próximo posible al empalme, preferentemente en el punto de unión de la acometida con la instalación. 3. En el conductor neutro de la instalación no se deberá colocar protecciones ni interruptores, excepto que éstos actúen simultáneamente sobre los conductores activos y el neutro. 4. La sección del conductor de puesta a tierra de servicio se fijará de acuerdo a la tabla Nº El conductor de puesta a tierra de servicio tendrá aislación de color blanco, de acuerdo al código de colores establecido en el párrafo
6. En instalaciones de consumo conectadas a la red de media tensión a través de transformadores, se deberá tener puestas a tierra de servicio que cumplan con las siguientes condiciones a. La tierra de servicio se diseñará de modo tal que, en caso de circulación de una corriente de falla permanente, la tensión de cualquier conductor activo con respecto a tierra no sobrepase los 250 V. b. El conductor neutro se pondrá a tierra en la proximidad de la subestación y en distintos puntos de la red de distribución interna en BT, a distancias no superiores a 200 m y en los extremos de líneas, cuando las líneas de distribución excedan dicha longitud. La resistencia combinada de todas las puestas a tierra resultantes de la aplicación de esta exigencia no deberá exceder de 5 Ohm. c. En general, se usará la puesta a tierra de protección de MT en la subestación como puesta a tierra de servicio. En condiciones especiales, determinadas por los requerimientos de un proyecto en particular, se podrá separar la tierra de servicio de BT de la tierra de protección de MT. Esta condición deberá quedar claramente establecida y justificada en el proyecto. Nota: Esta disposición primará sobre cualquier disposición en contrario que aparezca en la Norma vigente NSEC 20 En 78. Subestaciones Interiores
7. La sección mínima del conductor de puesta a tierra de servicio será de 21 mm2, si se usa conductor de cobre. 8. Si dentro de las zona servida por la red interna de distribución considerada en existen redes metálicas de tuberías de agua, se recomienda evitar la unión del neutro de la red con dichas tuberías. Esta unión sólo será aceptable en caso que exista una dificultad física que imposibilite la separación y se deberán adoptar las medidas necesarias para evitar que través de estas tuberías se transfieran potenciales peligrosos. B. TIERRA DE PROTECCIÓN 1. Toda pieza conductora que pertenezca a la instalación eléctrica o forme parte de un equipo eléctrico y que no sea parte integrante del circuito, podrá conectarse a una puesta a tierra de protección para evitar tensiones de contacto peligrosas. 2. La puesta a tierra de protección se diseñará de modo de evitar la permanencia de tensiones de contacto en las piezas conductoras señaladas en , superiores al valor de tensión de seguridad prescrito en
3. La protección ofrecida por una tierra se logrará mediante una puesta a tierra individual por cada equipo protegido, o bien, mediante una puesta a tierra común y un conductor de protección al cual se conectarán los equipos protegidos. Ver hoja de norma Nº La resistencia de cada puesta a tierra de protección en cualquiera de las dos soluciones no deberá ser superior a: Donde VS es la tensión de seguridad de acuerdo a , e I 0 es la corriente de operación de la protección del circuito o del equipo protegido por la puesta a tierra, I 0 =K*I N ; siendo I N la corriente nominal de la protección considerada y K una constante determinada de la tabla Nº
‐ El conductor de tierra de protección deberá cumplir el código de colores indicado en y su sección se fijará de acuerdo a la tabla Nº
‐ Neutralización. Este sistema consiste en unir las masas de la instalación al conductor neutro, de forma tal que las fallas francas de aislación se transformen en un cortocircuito fase ‐ neutro, provocando la operación de los aparatos de protección del circuito. Ver hoja de norma Nº 14. En la implementación de este sistema se pueden adoptar dos modalidades: La conexión directa de las carcazas al neutro de la instalación, figura 1 de hoja de norma Nº 14, o La conexión de las carcazas a un conductor de protección asociado al neutro de la instalación, figura 2 de hoja de norma Nº 14. Sin embargo, para los fines de aplicación de esta Norma sólo se considerará aceptable la Neutralización con un conductor de protección asociado al neutro.
Para utilizar este sistema de protección deben cumplirse las siguientes condiciones: La red de distribución deberá cumplir lo establecido en Los dispositivos de protección deberán ser disyuntores o fusibles. La corriente de falla estimada en el punto será de una magnitud tal que asegure la operación de las protecciones en un tiempo no superior a 5 segundos.
ACEPTADO EN CHILE
Grupos móviles para instalaciones temporales GRUPOS PORTÁTILES PARA INSTALACIONES TEMPORALES
Grupos móviles para instalaciones fijas
Grupos fijos para instalaciones fijas Si el grupo constituye una fuente de sustitución, deberá utilizar el mismo régimen de neutro que la fuente normal. Se comprobarán las condiciones de protección contra contactos indirectos y de activación para los cortocircuitos mínimos, así como para los presuntos cortocircuitos en régimen TN o IT. Notas: Si el grupo constituye una fuente de alimentación de seguridad, el esquema utilizado deberá ser el IT. En los regímenes TN o IT, la protección contra contactos indirectos puede no estar garantizada (valor de Icc demasiado bajo).
OBJETIVOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Evitar diferencias de potencial peligrosos para las personas que trabajan o transitan en las instalaciones, particularmente en condiciones de falla, potenciales que pueden aparecer en el piso o entre partes metálicas y éste. También las partes bajo tensión de una instalación pueden quedar sometidas a potenciales peligrosos que ocasionan fallas de aislación, con el consiguiente riesgo para las personas. Contribuir a establecer valores de tensión adecuadamente bajos entre las fases sanas y tierra, durante fallas residuales en los SEP. Las tensiones entre las fases no comprometidas y tierra al ocurrir un cortocircuito monofásico o bifásico a tierra, dependen de la efectividad del sistema de puesta a tierra del sistema. Esta efectividad es función de los valores relativos de las impedancias de secuencia y del valor de la resistencia de la puesta a tierra, la magnitud de esta tensiones influye en el dimensionamiento de la aislación.
Proporcionar una vía de baja impedancia para la operación correcta de las protecciones tales como fusibles y relés de sobrecorriente. Para relés de distancia de admitancia pueden ocurrir que la combinación de la impedancia del tramo de línea fallada y la resistencia de PT alta de un poste o estructura dé lugar a lo no operación de la tercera zona del relé. Por esto es recomendable el uso de protecciones de distancia tipo reactancia. Conducir a tierra en forma eficiente las corrientes provenientes de descargas atmosféricas, limitando las diferencias de potencial que pudiera producirse en la instalación. Una descarga atmosférica que incide sobre una estructura puede dar lugar a un arco inverso hacia uno o mas conductores de fase, produciéndose la ionización del aire, manteniendo después el arco por la tensión de fase. Antenas de comunicaciones, techos y estructuras metálicas ubicadas en zonas de alto nivel deben conectarse efectivamente a tierra. OBJETIVOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
JUSTIFICACION Es tan grande la masa del globo terráqueo que su potencial se mantiene prácticamente invariable cualquiera sea la entidad de las cargas que se le apliquen. En esta característica se basa el principio de la puesta a tierra. DEFINICION Es el conjunto de elementos (electrodos) que proporcionan un contacto eléctrico conductivo entre el medio en que se haya inmerso (terreno en general) y las instalaciones, los equipos, las estructuras metálicas, etc., que se encuentran fuera de este medio. OBJETIVOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
OBJETIVOS DE UN S.P.T. (SISTEMA DE PUESTA A TIERRA) Evitar voltajes peligrosos entre estructuras, equipos (en general elementos expuestos) y el terreno, durante fallas o condiciones normales de operación
OBJETIVOS DE UN S.P.T. Proporcionar una vía de baja impedancia de falla, lo más económica posible, a un sistema para lograr la operación rápida de los sistemas de protección
OBJETIVOS DE UN S.P.T. Conducir a tierra las descargas provenientes de descargas atmosféricas, limitando los voltajes producidos en instalaciones eléctricas (líneas de Transmisión de potencia, de comunicaciones, etc.) y evitando la producción de efectos secundarios tales como arcos que conduzcan a la desconexión de circuitos. En este punto, el problema de puesta a tierra es un problema de protección contra sobretensiones.
OBJETIVOS DE UN S.P.T. Servir como conductor de retorno a ciertas instalaciones, equipos o consumos, tales como: Puesta a tierra del neutro de instalaciones de distribución Enrollados de transformadores de potencial Circuitos de telefonía por onda portadora Instalaciones de tracción eléctrica Protección catódica
TRANSMISIÓN DE POTENCIA EN CC Sistemas computacionales Sistema de retorno en transmisión monofásica Tierra de protección, mallas equipotenciales
REQUISITOS DE UNA PUESTA A TIERRA Estos se agrupan en requisitos de proyecto que establecen las características generales de la PT, para que cumpla con los objetivos fundamentales perseguidos; requisitos de diseño que contempla las características que deben cumplir los elementos constituyentes de la PT, para que sea efectiva, duradera, y soporte las solicitaciones máximas a que puede verse sometida REQUISITOS DEL PROYECTO Obtener como máximo un cierto valor preestablecido de la RT. Obtener como máximo un cierto valor preestablecido de la Impedancia al Impulso de la PT. Dimensionar la PT de modo de cumplir con el objetivo de seguridad para las Personas. Considerar las acciones necesarias para evitar riesgo de daños a los equipos.
REQUISITOS DE DISEÑO Los diferentes elementos constituyentes de las PT deberán poder conducir las corrientes residuales, durante el máximo tiempo posible, sin sobrecalentar sus partes. Los elementos constituyentes de la PT deberán soportar sin deterioro los esfuerzos mecánicos a que puedan quedar sometidos durante las faenas de su construcción u otras faenas contemporáneas. Debe ser resistente al eventual ataque corrosivo del terreno y atmosfera. No se usaran en la PT materiales que pudieran producir una corrosión galvánica, entre otros, elementos metálicos enterrados e interconectados con la PT, tales como tuberías, bases de estructura, anclajes de estructuras ( Tirantes). Deberán dimensionarse y/o protegerse los conductores de conexión a la PT de la temperatura que puedan adquirir. En zonas de emanaciones gaseosas inflamables deberán evitarse posibles arcos eléctricos entre partes metálicas y el terreno.
Donde Ir, es la corriente residual dispersada por la puesta a tierra y R, la resistencia de la puesta a tierra. Durante el Cortocircuito se inducen en cualquier punto del terreno, en particular en la superficie de éste, potenciales de valor absoluto inferiores a V 0. Estos potenciales inducidos varían de un punto a otro en la superficie del terreno, dando lugar a personas ubicadas dentro o en los contornos de la puesta a tierra. También se presentan diferencias de potencial entre las estructuras y cuerpos metálicos ubicados sobre la superficie del terreno, que se encuentran conectados a la puesta a tierra y puntos de la superficie del terreno, ver figura
El valor de elevación del potencial de una puesta a tierra y las consecuentes diferencias de potencial proporcionales, son función de dos variables: La corriente residual dispersada por la puesta a tierra y La resistencia de PT. La primera de ellas, en la mayoría de los casos es incontrolable y depende de la magnitud del sistema de transmisión y de la instalación, en algunas situaciones particulares, ésta se limita con resistencias o reactores de puesta a tierra. La segunda variable pueden en algunos casos variar a voluntad dentro de límites técnico- económicos razonables.
EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD EN EL CUERPO HUMANO. El cuerpo humano al ser atravesado por la corriente eléctrica, se comporta como un conductor siguiendo la ley de Ohm. Donde la Intensidad es igual a la Diferencia de potencial / Resistencia. Los factores mas importantes que determinan los efectos del paso de la electricidad a través de una persona son: Intensidad. Resistencia. Frecuencia. Tiempo de contacto. Recorrido de la corriente a través del cuerpo. Tensión.
Intensidad: la intensidad que pasa por el cuerpo humano, unida al tiempo de circulación, es la causa determinante de la gravedad en el circuito eléctrico. Está comprobado que las siguientes intensidades provocan:
Resistencia: La intensidad que circule por el cuerpo humano a causa de un contacto accidental, dependerá única y exclusivamente de la resistencia que se ofrezca al paso de la corriente, siendo esta resistencia la suma de: Resistencia del punto de contacto (piel). Resistencia de los tejidos internos que atraviese la corriente. Resistencia de la zona de salida de la corriente. El punto de contacto con la fuente de tensión es siempre la piel, y su resistencia puede variar entre 100 ohmios para piel fina y húmeda y ohmios en piel rugosa y seca, tejidos internos 500 ohmios. En la mayoría de los casos, la zona de salida de la corriente son los pies, así que la resistencia dependerá también del tipo de calzado y del material del que este fabricado el suelo.
Tiempo de contacto: este es otro de los factores que más influirán en los daños que sufra la persona afectada. Para una frecuencia industrial (50/60 Hz) se distinguen las siguientes curvas de seguridad.
Hay una formula que puede usarse para calcular la cantidad de corriente que pasa a través del cuerpo y es la siguiente: I = K/t En donde: K = es una constante para hombres y mujeres y sus valores son los siguientes: K = para mujeres (50Kg) K = para hombres (70Kg) t = tiempo en segundos
Basados en estudios, se ha logrado llegar a una expresión que nos permite determinar el valor máximo de la corrientepor el cuerpo humano, en base a Que la persona estaría expuesta al efecto de contacto fortuito. En donde se tiene: 0,165 : Constante de Danziel y Lee Raíz de t : Tiempo de circulación de la corriente por el cuerpo. Conforme a últimos estudios, la constante se ha cambiado a un nuevo valor, quedando por lo tanto, la expresión: En cuanto al valor medio de la resistencia del cuerpo humano, éste tiene diferentes valores según las normas que las definen, siendo por ejemplo:
Norma VDE de Alemania: 3000 Ohm Norma UTE de Francia:2500 Ohm Norma AIEE de EEUU:1000 Ohm Las normas Chilenas recomiendan tomar los siguientes valores: Para Contacto en AT :1000 Ohm Para Contacto en BT:3000 Ohm Por Ultimo, tenemos la variable de la tensión, que siendo causal de que por el cuerpo humano circule una determinada corriente, nuestras normas han definido como voltajes máximos que no se deben exceder a los siguientes valores: Para ambientes secos:65 Volts Para ambientes Húmedos :24 Volts Estos valores son aplicables en sistemas de una tensión máxima de 400 Volts.
VOLTAJES TOLERABLES POR EL CUERPO HUMANO t 116 Vm Máximo Voltaje entre las Manos
Naturaleza del Terreno Los terrenos son buenos, regulares o malos conductores en función de su naturaleza, el conocimiento de esta, es el primer paso para la implantación de una adecuada puesta a tierra No existe una clasificación perfectamente definida de terrenos, por lo que hay que limitarse a señalarlos en forma general. En todo caso, un sistema de puesta a tierra que es completamente adecuado para un tipo de suelo, puede no ser adecuado para otro tipo de terreno.
La resistividad del terreno es de importancia decisiva en el diseño de una puesta a tierra y la única forma de conocerla con exactitud es mediante medidas directas de campo. Se considera al terreno formado por capas o estratos homogéneos, de resistividad uniforme y espesor fijo.
Contenido de Humedad del Terreno El agua que contiene el terreno, su estado higrométrico, influye en forma apreciable sobre la resistividad. Siempre que se añada agua a un terreno, disminuye su resistividad respecto a la que tendría en seco. Se dice que un terreno está “saturado de agua” cuando todos sus intersticios están llenos de agua. Una vez pasada la causa de la saturación, el agua contenida en los espacios entre los diferentes agregados, debido a la gravedad, se dirigirá hacia abajo quedando estos ínter espacios ocupados por aire en el interior de los agregados, al ser superior la fuerza de la capilaridad que la gravedad. El agua contenida en ellos no se mueve y, en estas circunstancias, se dice que el terreno está “saturado de humedad”. Por efecto de la evaporación natural de la superficie del terreno, se produce un empobrecimiento del agua contenida en los agregados, fenómeno que se propaga lentamente
desde la superficie hacia los estratos más profundos. Este fenómeno tiene más importancia cuanto más seco sea el clima del lugar y cuanto más superficial es la ubicación de la puesta a tierra. El agua disocia las sales en iones y cationes que se encargan de transportar los electrones por el terreno. Para comprender este fenómeno sólo tenemos que recordar el comportamiento eléctrico del agua. El agua destilada es aislante y aunque introduzcamos unos electrodos en el interior de un recipiente conectados a una batería, no circulará energía eléctrica a través de ella. Si al agua le añadimos compuestos salinos, por ejemplo, cloruro de sodio o sal común, comenzará a circular electricidad y a medida que añadamos más sal, circulara más electricidad; esto es debido a que los electrones se desplazan por el agua gracias a los iones disociados. En los lugares de lluvias estacionales hay que tener muy presente estos fenómenos, debido a que en la época de lluvias el terreno presenta una resistividad muy baja, mientras que en la época seca, la resistividad es muy alta.
Temperatura del Terreno Las características térmicas del terreno dependen de su composición, grado de compactación y grado de humedad. La tierra fundamentalmente puede encontrarse en tres condiciones características invariables: seca, húmeda y congelada. Los casos más desfavorables son: ‐ totalmente seca ‐ totalmente congelada. La tierra seca es un aislador excelente; al aire y al sol, las capas de arena seca de la superficie se acercan mucho a la condición de buen aislador. En general, el grosor de tales capas secas no es muy grande, alcanzan solo entre 10 y 20 centímetros. La escarcha tiene una penetración más profunda, entre 50 y 100 centímetros o más según el estrato, por lo cual, las tomas a tierra deben ser a mayor profundidad dado que el grado de humedad, tal como sabemos, es un factor esencial en la conductividad del suelo.
Concentración de Sales Como es sabido, la cantidad de agua presente en el suelo es un factor determinante en la resistividad del mismo; y la del agua, está determinada por la cantidad de sales disueltas en ella. Al existir una mayor concentración de sal en el suelo, este mejora su conductividad. En forma general entonces, se podría establecer que a mayor contenido de sal en el terreno, mejor conductor éste es.
Compactación del Terreno Una mayor compactación del suelo disminuye la distancia entre las partículas que lo conforman, logrando así, una mejor conducción a través del líquido contenido en éste. El suelo al estar compuesto de partículas más pequeñas (menor granulometría), son más compactos, densos y osmóticos, en la mayoría de los casos. Al retener la humedad por periodos largos de tiempo, los suelos por lo general, presentan una resistividad casi uniforme, independiente de las temporadas de lluvia y sequía.
‐Tabla de resistividad dependiendo del terreno. Una forma de comenzar a intuir que valores de resistividad va a tener un determinado suelo sin necesidad de medirlo directamente es usar tablas que dan valores aproximados de esta resistividad en función de la clase de naturaleza que lo constituye. Tal como hemos visto, la resistividad de los suelos depende de múltiples factores, razón por la cual, ésta debe medirse para determinar en una zona dada, el lugar más apropiado para la puesta a tierra, y determinar la configuración del sistema de tierra, más favorable para el emplazamiento elegido. El método actualmente utilizado para medir la resistividad del terreno es el de los “cuatro electrodos” en sus dos configuraciones: WENNER y SCHLUMBERGER. En general, este método consiste en inyectar una corriente al terreno mediante un par de electrodos, y medir la diferencia de potencial que se produce en los otros dos.
CONFIGURACIÓN DE WENNER En esta configuración, los cuatro electrodos ubicados sobre una línea recta, están separados a una misma distancia “A” entre ellos.
SI EL VALOR V SOBRE I CALCULADO O MEDIDO DIRECTAMENTE CON UN INSTRUMENTO SE DESIGNA COMO “R” (TIENE LA DIMENSIÓN DE UNA RESISTENCIA PERO CARECE DE SENTIDO FÍSICO REAL), SE TIENE FINALMENTE QUE: Donde: ρ AW : Resistividad aparente del terreno en un punto específico ( Ω -m). R : Valor de la resistencia indicada por el instrumento de medición ( Ω ). A : Separación utilizada entre electrodos de medición (m).
CONFIGURACIÓN SCHLUMBERGER En esta configuración, los dos electrodos de potencial se disponen simétricamente con respecto al centro de medición elegido, a una distancia de separación como mínimo 1, 2 ó 3 metros. Los electrodos de corriente se ubican también simétricamente con respecto al centro de medición y a una distancia de él, variable. Durante la serie de medidas, los electrodos de potencial permanecen fijos, trasladándose sólo los de corriente.
Reemplazando las igualdades anteriores en la ecuación fundamental para la medición de la resistividad, mediante el método de los cuatro electrodos, se resuelve que:
Donde: ρ SH : Resistividad aparente del terreno en un punto específico ( Ω -m). R : Valor de la resistencia indicada por el instrumento de medición ( Ω ). n : Variable auxiliar de calculo. L : Separación utilizada entre electrodos de corriente y el centro de la medición (m). a : Separación utilizada entre electrodos de potencial (m). Separación de los Electrodos de Medida Para la separación “A” de los electrodos en la configuración de Wenner o la distancia “L” entre el centro de medición y los electrodos de corriente en la configuración de Schlumberger, se utiliza normalmente la siguiente secuencia en metros: 0,6 – 0,8 – 1,0 – 1,6 – 2,0 – 2,5 – 3,0 – 4,0 – 5,0 – 6,0 – 8,0 – 10,0 – 16,0 – 20,0 – 25,0 – 30,0 40,0 – 50,0.
Cabe mencionar que la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC), en su resolución N ° 727 de 1979, recomienda una serie de separaciones que son similares a las anteriormente señaladas, no obstante el uso de éstas o las recomendadas por SEC, quedara a juicio del profesional que efectúe las mediciones de terreno. Para SEC: 1,0 – 1,5 – 2,0 – 3,0 – 4,0 – 5,0 – 7,0 – 10,0 – 15,0 – 20,0 – 30,0 – 40,0 – 50,0 Recomendaciones Generales En lo posible, realizar las mediciones directamente en el sitio donde se construirá la puesta a tierra; preferentemente una vez que el terreno haya sido despejado y llevado a su condición definitiva después de las faenas de movimiento de tierra.
Cuando no es posible realizar las mediciones en la zona donde se construirá la puesta a tierra, debe dejarse un sector aproximadamente plano, representativo del terreno de interés, asegurándose que el sector en que se mide es similar. Si por razones de coordinación entre proyecto y faenas, no es posible realizar las mediciones después de dejar el terreno en su condición definitiva, es conveniente obtener datos de la composición del terreno a eliminar o rellenar, para tenerlos presente en la configuración definitiva de la estratigrafía del terreno. Procedimiento para la Realización del Sondeo de Terrenos Para la realización del sondeo de terrenos o también llamado sondeo eléctrico vertical (SEV), se deberá elegir un eje de medición sobre una línea recta, en una dirección tal, que no existan obstáculos importantes (rocas, árboles, edificios, matorrales, etc.), y sobre este eje, establecer un centro de medición mediante un electrodo auxiliar o una estaca.
Las mediciones de resistividad aparente en lo posible deben efectuarse hasta valores de A o L, de 100 metros, contados desde el centro o eje de la medición a un extremo (ala); sin embargo, los instrumentos disponibles en nuestro medio no permiten alas superiores a 50 metros con una precisión aceptable, y en muchos casos por razones de la dimensión del terreno a medir, no es posible alcanzar esta medida. No obstante, la tendencia de la resistividad aparente al aumentar A o L, puede indicar la necesidad o no de continuar la medición para alas mayores a 20 metros. Los electrodos deben enterrarse a una profundidad de 0.1 m, al inicio de la medición, pudiéndose llevar hasta una profundidad de 0.3 m en los últimos tramos del sondeo.
En terrenos muy secos es recomendable “verter un poco de agua” en el contorno mismo de los electrodos, especialmente en los de corriente, es conveniente apisonar un poco la tierra alrededor de los electrodos. Nota: Para la medición de las distancias entre electrodos, se recomienda utilizar huinchas no conductoras. Es conveniente efectuar algunas comprobaciones durante las mediciones para asegurarse que los valores obtenidos no son erróneos. Si se tienen dudas sobre el estado del instrumento puede probarse éste, midiendo resistencias de prueba. Durante las mediciones es conveniente comprobar los valores de resistividad a lo menos en dos escalas diferentes de medición. Si los valores resultan muy diferentes, es posible un mal contacto de uno o varios de los electrodos de terreno, o bien, las baterías están agotadas.
Información Obtenida de las Mediciones de Terreno Los datos que entrega el instrumento que se utiliza para el sondeo de terrenos, son valores de resistencia en ohm del suelo, en función de la separación de electrodos. Dependiendo de la configuración utilizada (Wenner o Schlumberger), los datos de separación de electrodos y resistencia indicada por el instrumento, deben insertarse en las ecuaciones que permiten determinar una resistividad que no representa la definitiva del terreno, sino que un valor aparente (ecuaciones descritas mas arriba). Si la medida de terreno, se efectúa en un medio homogéneo, entonces el valor de resistividad obtenido mediante los cálculos pertinentes, corresponderá al valor único de resistividad presente en el suelo. Si el medio no es homogéneo, el valor de la resistividad tendrá un valor ficticio, que no corresponderá en general, a ninguna de las resistividades presentes, sino a una cierta combinación de ellas. A este valor ficticio de resistividad se le llama Resistividad Aparente.
La forma en que cambia la resistividad aparente, al variar la separación entre electrodos, da la pauta para interpretar y determinar la constitución del terreno investigado. Los terrenos, en general, se componen de varios estratos horizontales o con cierta inclinación, compuestos de materiales de distinta constitución por lo que su resistividad varía notoriamente con la profundidad. Es importante entonces que el lugar de medición esté alejado de zonas con pendientes pronunciadas debido, a que esto podría inducir un alto grado de error en la interpretación de los datos obtenidos, lo que podría derivar en un mal diseño del sistema de puesta a tierra. De no existir otra alternativa de medición, es recomendable realizar la medición en una línea perpendicular a la dirección de la pendiente, alejándose lo más posible de ésta.
Interpretación de los Datos de Terreno Los métodos de interpretación de las mediciones de un terreno se han basado y se basan actualmente, en técnicas desarrolladas por los geofísicos, para el conocimiento de los suelos a través de la variación de su resistividad. El proyectista de puestas a tierra utiliza dichas técnicas de interpretación para concluir los parámetros del terreno que requiere en el proyecto de la puesta a tierra a calcular. En los inicios de la prospección geoeléctrica existía una gama variada de métodos empíricos de interpretación de las mediciones de resistividad aparente, escuela que perduró un largo tiempo en países como USA, Canadá e Inglaterra.
Gracias a los aportes de Stefanesco, Maillet y Schlumberger (1932), se desarrollan los métodos científicos, los cuales desplazan rápidamente a los métodos empíricos en Europa. Recién a partir de la década del 60, se comienzan a utilizar en USA. El método actualmente en uso tanto en nuestro medio como en el extranjero, es el “Método de las Curvas Patrones”. Esta forma de interpretación de las medidas de resistividad de un terreno, es la más exacta y recomendada. Consiste en realizar una comparación entre una gráfica confeccionada con los datos obtenidos de las mediciones de terreno, versus, un set de curvas patrones o standard construidas para diversas combinaciones de diferentes estratos. Existen curvas patrones adecuadas solo para la configuración de Wenner, y otras, solo para ser utilizadas cuando el SEV se realizo mediante la configuración de Schlumberger. Si se obtiene un calce perfecto entre la curva de terreno y una curva patrón, se supone que la estructura del terreno es idéntica a la teórica en cuanto a resistividad de los estratos y sus espesores.
Metodología de Interpretación Para poder interpretar los datos obtenidos de las mediciones de terreno mediante el método de las curvas patrones, primero se debe confeccionar una gráfica de terreno. La información global obtenida de las mediciones de campo son: separación de electrodos y resistividad aparente (esta última calculada, dependiendo de la configuración utilizada). Estos datos se deben graficar sobre un papel logarítmico, el que debe tener una modulación de 62,5 milímetros por década. Se deberá representar la separación de los electrodos versus la resistividad aparente.
EJERCICIOS DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD RESISTIVIDA D DEL TERRENO Proyecto: Ubicación: Fecha: M ETO DO :SCHLUM BERG ER PCCP | NA | A- |NA | |L-|L-| NA= L-A ap= PI*R *(N +1)*N ANA= L-A ap= PI*R *(N +1)*N A Lan= ( L-a/2)/aRRho Ap 0,610, ,810, , ,611, ,53,440 2,5121, ,52, ,50, ,50, ,50, ,50, ,50, ,50, ,50,58728
GRAFICO DE UNA MEDICIÓN CUALQUIERA DE RESISTIVIDAD DE TERRENO Nota: No corresponde a datos anteriores
EL PASO SIGUIENTE QUE SUGIERE EL MÉTODO, ES IDENTIFICAR LA CANTIDAD DE ESTRATOS QUE TIENE EL TERRENO SONDEADO, Y ESTABLECER COMO VARÍAN LAS RESISTIVIDADES DE ESTOS ENTRE SÍ. Para lograr lo anterior, se deben buscar los puntos de inicio y termino de la curva de terreno, además de los puntos en donde ésta cambia de sentido. Conocido lo anterior, se debe establecer como se relacionan las resistividades de los diferentes estratos presentes en el suelo.
Según la figura, los estratos se relacionan de la siguiente manera: Ρ 1 ρ 3 < ρ 4 Con la relación anterior (que en el método se define como la razón de resistividad), se procede a clasificar el terreno sondeado en una familia perfectamente definida. La familia se determina en función de la información siguiente. Familias para terrenos de dos capas En un sistema de dos capas existen dos posibles combinaciones de valores relativos de resistividad: ρ 1 ρ 2
Familias para terrenos de tres capas En un sistema de tres capas existen seis posibles combinaciones relativas de resistividades, que se acostumbra agrupar en cuatro tipos, como los indicados a continuación: Tipo H : ρ 1 > ρ 2 ρ 3 Tipo Q : ρ 1 > ρ 2 > ρ 3 Tipo A : ρ 1 < ρ 2 < ρ 3
Familias para terrenos de cuatro capas Para un sistema de cuatro capas existen 24 posibles combinaciones relativas de resistividad, las que se acostumbra agrupar en los 8 tipos siguientes: Tipo AA : ρ 1 ρ 4 Tipo HA : ρ 1 > ρ 2 < ρ 3 < ρ 4 Tipo HK : ρ 1 > ρ 2 ρ 4 Tipo KH : ρ 1 ρ 3 ρ 3 > ρ 4 Tipo QH : ρ 1 > ρ 2 > ρ 3 ρ 2 > ρ 3 > ρ 4
El procedimiento siguiente es contrastar la gráfica de terreno con la curva patrón que más se asemeje a ésta. La selección de la curva más “similar” a la gráfica de terreno, se realiza por inspección visual de las curvas patrones, teniendo como base de búsqueda la cantidad de estratos y la familia a la cual pertenece el suelo en estudio. El siguiente paso consiste en determinar el valor de la resistividad y el espesor de los estratos componentes del terreno en estudio.
Procedimiento de Interpretación a) Interpretación de un Sistema de Dos Capas 1.- Trazar la curva de terreno con los datos obtenidos en el SEV, e identificar la razón de resistividad correspondiente. 2.- Superponer la curva de terreno sobre el gráfico patrón que visualmente más se asemeje a ésta. 3.- Deslizar el gráfico de terreno sobre el gráfico patrón, para obtener un calce lo más perfecto posible entre ambas curvas. Durante este proceso deben mantenerse paralelos los ejes de ambos gráficos.
4.- Marcar sobre la gráfica de terreno, una cruz correspondiente al origen (1:1) del gráfico patrón. Esta cruz se denomina en el método como la “cruz de campo”.
5.- Leer en el eje vertical del gráfico de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corresponde a la resistividad ( Ω -m), de la capa superior ( ρ 1).
6.- Leer en el eje horizontal del gráfico de terreno la ordenada de la cruz de campo. Este valor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1).
7.- Leer el número que indica la curva patrón seleccionada. 8.- La resistividad de la segunda capa se determina por medio de la siguiente expresión: Si el número que indica la curva es un parámetro señalado como “k”, el valor de la resistividad del segundo estrato se calcula como: 9.- El espesor del segundo estrato, se considera de un valor infinito.
Interpretación de un Sistema de Tres Capas 1.- Trazar la curva de terreno con los datos obtenidos en el SEV, e identificar la razón de resistividad correspondiente, para conocer la familia a la cual pertenece el terreno en estudio.
2.- Superponer el gráfico de terreno sobre el gráfico patrón, que visualmente más se asemeje a ésta. 3.- Deslizar el gráfico de terreno sobre el gráfico patrón, para obtener un calce lo más perfecto posible entre la curva de terreno y una de las curvas patrón. Durante este proceso deben mantenerse paralelos los ejes de ambos gráficos.
4.- Marcar en el gráfico de terreno una cruz correspondiente al origen (1:1) del gráfico patrón (cruz de campo).
5.- Leer en el eje vertical del gráfico de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corresponde a la resistividad ( Ω -m), de la capa superior ( ρ 1).
6.- Leer en el eje horizontal del gráfico de terreno la ordenada de la cruz de campo. Este valor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1).
7.- PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD DEL SEGUNDO ESTRATO, SE UTILIZA LA SIGUIENTE EXPRESIÓN: 8.- Para determinar la resistividad del tercer estrato, se utiliza la siguiente expresión: 9.- El espesor de la capa intermedia (segundo estrato), se determina multiplicando el número que indica la curva con el espesor del primer estrato, es decir: 10.- El espesor del tercer estrato, se considera de un valor infinito.
Interpretación de un Sistema de Cuatro Capas 1.- Trazar las curvas de resistividad aparente con los datos obtenidos en terreno, mediante la configuración de Wenner o Schlumberger, e identificar la razón de resistividad correspondiente para la gráfica de terreno, lo que indicara el tipo de familia presente.
2.- Superponer el gráfico con la curva de terreno sobre el gráfico patrón. 3.- Deslizar el gráfico de terreno sobre el gráfico patrón, para obtener un calce lo más perfecto posible entre la curva de terreno y una de las curvas patrón. Durante este proceso deben mantenerse paralelos los ejes de ambos gráficos.
4.- Marcar en el gráfico de terreno una cruz correspondiente al origen (1:1) del gráfico patrón (cruz de campo).
5.- Leer en el eje vertical del gráfico de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corresponde a la resistividad ( Ω -m), de la capa superior ( ρ 1).
6.- Leer en el eje horizontal del gráfico de terreno la ordenada de la cruz de campo. Este valor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1).
7.- Para determinar la resistividad del segundo, tercer y cuarto estrato, se utilizan las siguientes expresiones:
8.- EL ESPESOR DE LA CAPA INTERMEDIA (SEGUNDO ESTRATO), SE DETERMINA MULTIPLICANDO EL PRIMER NÚMERO (N ° 1) QUE ACOMPAÑA A LA LETRA (X) QUE INDICA LA CURVA, CON EL ESPESOR DEL PRIMER ESTRATO, ES DECIR: 9.- El espesor de la tercera capa (tercer estrato), se determina multiplicando el segundo número (n ° 2) que acompaña a la letra (x) que indica la curva, con el espesor del primer estrato, es decir: 10.- El espesor del cuarto estrato, se considera de un valor infinito.
Resistividad Equivalente. En los cálculos, relacionados con el dimensionado de una malla de puesta a tierra, necesitamos conocer un valor de resistividad del terreno equivalente a la acción conjunta de las distintas resistividades de los diferentes estratos presentes en el área a ocupar por dicha malla. En la actualidad se determina esta resistividad equivalente de un terreno mediante el criterio de Burgsdorf‐Yakobs, en una versión simplificada. Este método simplificado reduce un sistema de "n" capas a una sola capa equivalente de acuerdo a la siguiente ecuación: i e Fi Fi FnFn ni 1ni 1 Fi 1Fi 1 1 1
n e FnFn 3 3232 2 2121 1 1010 nn1nn1 F FF F .... F FF F F FF F F FF F Fo 0Fo 0 2222 0i0i i FrVFrV 2222 i0i0i F 1(V/r)F 1(V/r) donde los F i son parámetros que dependen de las dimensiones de la malla de puesta a tierra, profundidad de sus elementos y profundidad de los diferentes estratos de acuerdo a las siguientes fórmulas: ó Es decir esta ecuación se representa mejor así:
SUPERFICIE DE LA MALLA Para determinar la superficie de la malla de puesta a tierra, no existe una ecuación general que sirva para este efecto, principalmente la definición de la superficie de la malla depende del área disponible, tipo de terreno y la experiencia del proyectista. A continuación se presentan algunas recomendaciones de superficie de mallas, en función del tipo de terreno en el caso de querer conseguir una resistencia máxima de 5 ( Ω ). ‐ Para terrenos con una resistividad promedio de 50 ( Ω ‐m): 16 m2. ‐ Para terrenos con una resistividad promedio de 100 ( Ω ‐m): 25 m2. ‐ Para terrenos con una resistividad promedio de 150 ( Ω ‐m): 100 m2.
2222 0 2222 0 2222 0 22 0 2222 0 22 V iii r r r) 4 q r) 4 q hh (q(q rr hh q q 2020 q 2 r(r b) 2 r(r b) 222222 0 r r b r b Sup.malla r r h eh e e 3 e 3 ... e n h2 e1 e2h3 e1 e2hn e1 e2h2 e1 e2h3 e1 e2hn e1 e2 1
N° de la Curva 1200,1 Fact.de la Curva 2 MallaABFact. 1Fact. 2Fact. 3Fact. 3 5,005 Largo 30,00 Sup.Malla25r2,821MtsProf.de Enterramiento,6 MtsDiametro0,00588 q19,301 r2r2 7,598 h1h2h3h1h2h3,3 0,9 1000,9 Mts Mts E1E2E3E1E2E3,3 0, ,7459 2,6691 Equi. 60,5436 mm 2,6691 Equi. 60,5436 mm 0,0121 V1F1V2F2V3F3V1F1V2F2V3F3 7,5400 0,2402 7,1239 0,6884 0,0001 2,7564 V1F1V2F2V3F3V1F1V2F2V3F3 7,5400 0,0871 7,1239 0,2497 0,0001 1,0000 TRES CAPAS CALCULO DEL RHO EQUIVALENTE DEL TERRENO
Método de Laurent y Nieman. En base al diseño preliminar de la malla de tierra puede calcularse un valor aproximado de su resistencia a tierra (usualmente no puede esperarse una alta precisión, especialmente donde los datos son incompletos o falla la homogeneidad del terreno). Laurent y Níeman usan un método muy simple, que está determinado por la siguiente ecuación: eq R R 4rL4rL donde: r= radio en m de un circulo que tiene la misma superficie que la ocupada por la malla. L= longitud total del conductor enterrado en m resistividad del terreno en ohms‐m. El segundo término reconoce el hecho que la resistencia de una malla es mayor que la de una placa sólida y que esta diferencia disminuye a medida que aumenta la longitud "L" del conductor.
1 1 K2 K2 S h dh d 2 L K.L 2 L K.L Ln RR eq L L 1 1 N 1 N 1 S 2K L2K L Ln 4 L 1 RR 2 L N a2 L N a eq S 2.3 hA2.3 hA K 1 1.43 B S hAhA 0.15 S B 8 h8 h K 2 5.50 Método de Schwarz. Un método más exacto de calcular la resistencia de una malla de tierra, generalmente usado en cálculos computarizados es el método de Schwarz. Mediante este método sé, determina separadamente la resistencia a tierra del reticulado y la del conjunto de barras y la resistencia mutua reticulado‐barras. Las fórmulas básicas son: Reticulado: Conjunto de barras: Donde K 1 y K 2 son coeficientes que dependen de la configuración de la malla y se han obtenido en forma experimental en modelos. Cuando las expresiones de Schwarz se usan en pequeños programas de computación, una aceptable aproximación para el cálculo de K 1 y K 2 en mallas rectangulares se obtiene de las fórmulas:
1h d1h d L1L1 R 12 R 1 L Ln eq 1221 R pt R R 2RR R 2R R R R 2R R R 2 1212 La resistencia combinada del reticulado y los electrodos o barras de tierra es: siendo: S=superficie cubierta por la malla, en m 2 h=profundidad de enterramiento del reticulado, en m A=lado mayor de la malla, en m B=lado menor de la malla, en m eq = resistividad promedia del terreno en ohms‐m. L= longitud total del conductor de la malla en m d= diámetro de conductor de la malla en m N= número de electrodos verticales. L 1 = longitud de cada electrodo en m a= radio de cada electrodo en m Si la malla no es de forma rectangular exacta puede aproximarse a esta condición sin errores de importancia. La resistencia mutua entre el reticulado y el conjunto de barras es:
Valores de resistencia de electrodos típicos de puesta a tierra. 1.- Barra Cooperweld Donde: = largo de la barra en metros a= radio de la barra en metros eq = resistividad equivalente en ·m 2.- Conductor horizontal a RR Ln 2 l eq 2 l l 2l 2 R Ln 2 ld h eq 2a h (m) d
3.- Dos barras paralelas 4.- Dos conductores en paralelo a Da D Ln Ln R R eq D2 D2 2l(l l22l(l l2 4 l4 l 4h 2 D 2 d h Dd h D l 2 (l 2 D 2 ) Ln R R eq 4 l D 2a D h h h h d
9..- Malla cuadrada L 4 lL 4 l Ln h dh d 4.25 L 2 R R eq 2 L hh l l hh 10.- Malla Rectangular con reticulado h A B h dh d K 2 K 2 S 2 LK 1 L2 LK 1 L R L Ln eq
B S K 2.3 h A 1 hAhA S B S 8 h8 h K 2 Donde: L= Largo total del conductor enterrado en metros h= Profundidad de enterramiento en metros S= Superficie de la malla en metros cuadrados d= Diámetro del conductor en metros A= Lado mayor de la malla en metros B= Lado menor de la malla en metros K 1 y K 2 = coeficientes que dependen de la geometría de la malla.
Malla de Alta Tensión
1 3xZ Vff Icc 33 1 22 CC 3 2xZ Icc 0,85xI Vff 3 (2xZ Z 3xR ) 3x 10f Vff Icc 11 CALCULOS DE NIVELES DE CORTOCIRCUITO EN REDES DE DISTRIBUCIÓN E INDUSTRIALES Las ecuaciones mas usadas en el calculo de cortocircuito para sistemas de distribución son Las siguientes: Rf= 0 Ohm para falla Máxima Rf= 40 Ohm para falla Minima Cuando Z1>Zo ( Cerca de los Transformadores ) la Icc 1 es mayor que la Icc3 Cuando Z1<Zo ( Alejado de los Transformadores ) la Icc 3 es mayor que la Icc1
Ejemplo 1: Calcular la Impedancia de falla en barras de 14.8 kv, de SSEEPP Bonita La ZL en barras de 66 Kv de la SSEEPP Bonita, en o/1 base 100 MVA, 66 Kv: El transformador instalado es el T‐5321, cuyos datos aparecen en la placa respectiva. Z1T = 7.15% base propia (potencia régimen OA = 7.5 MVA) Para calcular la impedancia en barras se puede continuar de dos formas: expresar las impedancias citadas en ohms referidos al lado de 14.8 kV y luego sumarlas; o bien sumar las impedancias en ° /1 (convertidas previamente a una base común), y luego expresar la suma en ohms referidos a 14.8 kV.
En este ejemplo se utilizará el segundo método, adoptando como base común 100 MVA y voltajes nominales del transformador (66 KV para el primario y 14.8 KV para el secundario). Secuencia positiva: Z1 (ENDESA) = j ° /1 Z1 (TRANSF) =j *(100/7,5) ° /1 Z1 (BARRAS) = j ° /1 base 100 MVA, 14.8 kV Secuencia cero: Los transformadores conectados en delta / estrella y en estrella / zig‐zag interrumpen la malla de secuencia cero, por lo que las impedancias de secuencia cero del sistema de alimentación no se reflejan en el secundario. La única componente en barras, es la propia impedancia de secuencia cero del transformador, y la eventual resistencia de la malla de tierra.
PARA LOS EFECTOS DE CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS, ACEPTAREMOS PARA TRANSFORMADORES DELTA / ESTRELLA UN Z0 IGUAL AL 85% DE SU IMPEDANCIA DE SECUENCIA POSITIVA. PARA LOS YZ NO SE PUEDE DAR UNA RECETA GENERAL, Y DEBE CONSULTARSE CADA CASO. ZoTF = j * 0.85 * (100/7,5) ° /1 = j ° /1 Por lo tanto, las impedancias de falla en barras de 14.8 KV de SE Bonita son: Z 1 = j ° /1 Z 0 =+ j ° /1base 100 MVA, 14.8 KV Referidas a Ohms en el lado de 14.8 KV, resultan: Z 1 (0,0762 j1,2524x(14,8/100) 0,167 j2,743( ) 2 Z 0 (0,0000 j0,8103x(14,8/100) 0,000 j1,775( ) 2
cc 1cc 1 II 2 Z Z 3 10 Icc 3 3 Z3 Z 86.5º Z 1 j 3 2Z1 Z02Z1 Z0 j º 1 IccIcc A 3 Ejemplo 2: Calcular Cortocircuitos Monofásicos y trifásicos máximos en barras de 14.8 KV de SSEEPP Bonita: Solución: Del ejemplo anterior conocemos Z 1 y Z 0 en las barras de 14.8 KV, en º/1y en ohms referidos a 14.8 KV. Luego:
Corriente de Cortocircuito Potencia Traffo300KVA Tensión380V I Nominal Secundaria456Amp. Impedancia Coci4,0% Z B20,005Ohms Impedancia Coci0,01925Ohms Icc211,395kA Scc24.330KVA En estricto rigor, debemos determinar las impedancia de los conductores aguas Arriba del Transformador, pero si esta “carga” esta cerca de la SSEE PP, el error Introducido no es muy grande, pero si el circuito desde la SSEEPP es muy largo Debemos calcular las impedancias de la linea de MT. LA NORMA CHILENA ENTREGA COMO DATO LA IMPEDANCIA DE CORTOCIRCUITO EN % DE LA BASE PROPIA.
RESISTENCIA MÁXIMA DE LA PUESTA A TIERRA La resistencia máxima de la puesta a tierra representa el máximo valor de resistencia que deberá presentar esta, para que su diseño cumpla con los parámetros de seguridad que le impone el sistema eléctrico. Su valor se determina por medio de la siguiente expresión: max X X) 2 (R R R ) 3xV xx RR I 2 CC1FAux FF ( X
Tiempo Real de Operación de la Protección Tal como se mencionó, para determinar el tiempo real de operación de la protección del arranque, se deberá conocer la magnitud de la corriente de falla monofásica. Conocida la corriente de falla anterior, se procede a ubicarla en la gráfica representativa del fusible del arranque, para conocer el tiempo real de operación de este. 3 1 R R R 3 R X X XR R R 3 R X X X 3V3V 120F1120F1 FF Icc1 fIcc1 f
Voltaje de Paso Es la diferencia de potencial entre dos puntos del terreno, separados por la distancia de un paso, el que se supone de un metro, en el sentido de la máxima gradiente de potencial.
VOLTAJE DE CONTACTO Es la diferencia de potencial entre una estructura metálica puesta a tierra y un punto de la superficie del terreno, a una distancia horizontal respecto a la estructura igual al alcance de una persona, el que se supone de un metro.
VOLTAJE DE MALLA Es la diferencia de potencial que se origina entre un punto del terreno, situado al centro del reticulado y un punto situado sobre el conductor del reticulado. La ecuación para su calculo es la siguiente: Donde: V M : Voltaje de malla (V). I F1 φ : Corriente de falla monofásica (A). K M : Factor de forma de la malla. K i : Factor de irregularidad de la malla. F D : Factor de decremento de la falla. ρ eq : Resistividad equivalente del terreno sondeado ( Ω ‐ m). L m : Longitud total del conductor de unión de la malla (mts).
2n 22n 2 2n 3 ; n Na 2 FACTOR DE FORMA DE LA MALLA (K M ). Depende de la forma y dimensiones de la malla. La serie para el segundo término será : Donde: D : Distancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla (m). h e : Profundidad de enterramiento de la malla (m). d : Diámetro del conductor de la malla (m). N A : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
Factor de irregularidad de la malla (K i ). Considera la no uniformidad en el flujo de corriente desde los diferentes puntos de la malla. Donde: N A : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
Tiempo de operación de la protección (seg) Factorde decremento recomendado 0,01 0,02 0,04 0,08 0,10 0,25 0,50 ó más 1,70 1,62 1,50 1,32 1,25 1,10 1,00 Factor de decremento de la falla (FD). En un sistema eléctrico los cortocircuitos ocurren, con respecto a la onda de voltaje, en cualquier punto de ella. La asimetría inicial se origina en la presencia de reactancias inductivas en el circuito de falla, lo que hace que el circuito se comporte como si existiera una componente de C.C. en la corriente de falla. Esta componente continua desaparece más o menos rápidamente dependiendo de la relación X/R. El efecto práctico que esta situación acarrea, es que las protecciones deben dimensionarse para corrientes de falla asimétricas, y como los cálculos nos entregan el valor simétrico, se han establecidos factores de asimetría en función de la relación X/R. Tabla 1 Factores de decremento Según IEEE 80
Voltaje de Paso por la Periferia Corresponde a la diferencia de potencial entre un punto situado en el conductor extremo de la malla y un punto del terreno situado a un metro fuera de la periferia de la malla. Para calcular esta variable, se deberá utilizar la ecuación siguiente. Donde: V pp : Voltaje de paso par la periferia (V). I F1 φ : Corriente de falla monofásica (A). K S : Factor de superficie de la malla. K i : Factor de irregularidad de la malla. F D : Factor de decremento de la falla. ρ eq : Resistividad equivalente del terreno sondeado ( Ω ‐ m). L m : Longitud total del conductor de unión de la malla (mts).
Factor de superficie de la malla (K S ). Definido bajo la siguiente expresión Depende de la forma y dimensiones de la malla. Una buena aproximación es la que acontinuación se muestra: Donde: N A : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla. D : Distancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla (mts). h e : Profundidad de enterramiento de la malla (mts).
Evaluación Final del Diseño Una malla a tierra en AT, debe cumplir con los siguientes requerimientos en relación a los gradientes de potencial: 1. ‐ El voltaje de malla debe ser menor o igual al voltaje de contacto (V M ≤ V C ). 2. ‐ El voltaje de paso de periferia debe ser menor o igual al voltaje de paso (V PP ≤ V P ). Sección Mínima del Conductor de la Malla El IEEE Std. 80‐1976, Guide for Safety in Substation Grounding, la norma aceptada por la industria eléctrica internacional, usa la ecuación de Onderdonk como base para seleccionar el mínimo tamaño del conductor que se funda bajo condiciones de falla. El factor de conexión K varia a causa de la máxima temperatura admisible para los varios tipos de conexiones.
De cualquier forma, la sección mínima a utilizar para el conductor de la malla en AT, según normativa nacional, debe ser de 16 mm 2. Tipo de unión T ° máxima admisible ( ° C) Valor de K Conductor solo Conexión soldada Conexión apernada ,96 9,12 11,54 Tabla 2 Factores k para el cálculo de la sección mínima Según IEEE 80
MEDICION DE PUESTA A TIERRA Procedimiento de Medición de la Resistencia de una Puesta a Tierra Para efectuar la medición de la puesta a tierra, se utiliza el mismo instrumento empleado para medir la resistividad del terreno. Las precauciones a tener presente en la medición de la resistencia de la puesta a tierra son: a)La instalación eléctrica debe estar desenergizada. b)Se deben retirar todas las conexiones a la puesta a tierra. Para conocer el valor de la resistencia de una puesta a tierra ya instalada, se deberá seguir el siguiente procedimiento:
La Norma Nch. Elec.. 4/2003 indica que la resistencia de puesta a tierra puede medirse utilizando un volt í metro y un amper í metro; (hoja de norma N º 17).