Calculos Malla de Tierra (3)

CALCULOS DE MALLA DE PUESTA A TIERRA

ALVARO ALVARO VALENZUELA VALENZUELA PEREZ PEREZ CURSO TECNICO 3 20 de DICIEMBRE de 2011

MALL MALLA A A TIE TIERR RRA A Pági Página na 1

1. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON Toda instalación eléctrica cubierta en dicho reglamento debe disponer de un sistema de puesta a tierra (SPT), en tal forma que cualquier punto accesible accesible a las personas personas que que puedan puedan transitar transitar o permane permanecer cer allí, allí, no estén sometidas a tensiones de paso o de contacto que superen los umbrales de soportabilidad, cuando se presente una falla, y se debe tener presente presente que el el criterio fundamental fundamental para garantizar garantizar la seguridad de los seres seres human humanos, os, es la máxima máxima corrie corriente nte que puede puede soport soportar ar , debida a la tensión de paso o de contacto y no el valor de la resistencia de puesta a tierra tomado aisladamente. Un bajo valor de resistencia de puesta a tierra es siempre deseable disminuir disminuir para disminuir disminuir el maximino maximino potencial potencial de tierra, tierra, por tanto al diseñ diseñar ar un siste sistema ma de puest puesta a a tierra tierra,, es fundam fundament ental al deter determina minar r tenciones máxima aplicadas al al ser humano en en caso de falla.

OBJETIVO DE ESTE TRABAJO ES:

Realizar los cálculos cálculos de una malla de puesta a tierra con un un valor valor máximo de 0,5 Ω. Dada por el Profesor. Medir en terreno liceo industrial industrial Oscar Corona Barahona, Barahona, la resistividad del del terreno, utilizando el método de Schlumberger. Realizar los ejercicios ejercicios para para poder poder calcular la malla a tierra. Cubicación de la malla a construir.

MALL MALLA A A TIE TIERR RRA A Pági Página na 2

Mediciones de terreno ubicación Liceo Industrial La Calera

MALLA A TIERRA Página 3

Rotulado de mediciones.

Pandereta 4

3

2

1

7

6

25MTS

5

Edificio

25MTS


Método que ocupamos para las mediciones en terreno Disposición de electrodos de la configuración de Schlumberger

R3

R4

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.


Resultados de mediciones con instrumento en terreno

metros 1,1 1,3 1,5 2,1 2,5 3 3,5 4,5 5,5 6,5 8,5 10,5 16,5 20,5

Medición 1 16,9 10,5 7,72 3,63 1,12 1,56 1,23 0,78 0,59 0,45 0,28 0,19 0,1 0,06

Medición 2 19,5 13,18 8,3 3,91 2,92 2,13 1,66 1,33 0,87 0,4 0,52 0,34 0,14 0,08


Medición 3 19,3 12,21 7,87 4,3 3,2 2,56 2,22 1,72 1,33 1,07 0,72 0,52 0,21 0,14

Medición 4 39,9 23,3 14,2 5,4 3,9 2,6 2,1 1,4 1 0,8 0,5 0,3 0,1 0,03 Anulada

Medición 5 14,92 9,09 6,2 2,33 1,56 0,98 0,63 0,41 0,3 0,22 0,14 0,11 0,1 0,01

Medición 6 21,6 13,85 9,93 3,92 2,36 1,78 1,57 1,11 0,85 0,61 0,39 0,28 0,18 0,09

Medición 7 22,7 13,29 8,57 3,77 2,76 2,04 1,64 1,1 0,86 0,72 0,52 0,29 0,12 0,02

De acuerdo a las mediciones obtengo las siguientes curvas


CURVA PATRON


Cálculos resistivos aparente del terreno en un punto específico. (Ω -m) ρ AW =

2π*R*A

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).

Aplicando la formula los queda las medidas de la siguiente forma:

ρ AW 1

ρ AW 2

116,7452

134,706 107,6015 2 78,186 51,56508 45,844 40,1292 36,4868 37,5858 30,0498 16,328 27,7576 22,4196 14,5068 10,2992

85,722 72,7224 47,87244 17,584 29,3904 27,0354 22,0428 20,3786 18,369 14,9464 12,5286 10,362 7,7244 503,4236 4 653,4654

ρ AW 3

ρ AW 4

ρ AW 5

ρ AW 6

ρ AW 7

103,0673 133,3244 275,6292 6 149,2128 156,8116 108,4995 99,68244 190,2212 74,21076 113,0714 6 74,1354 133,764 58,404 93,5406 80,7294 56,7084 71,2152 30,72804 51,69696 49,71876 50,24 61,23 24,492 37,052 43,332 48,2304 48,984 18,4632 33,5352 38,4336 48,7956 46,158 13,8474 34,5086 36,0472 48,6072 39,564 11,5866 31,3686 31,086 45,9382 34,54 10,362 29,359 29,7044 43,6774 32,656 8,9804 24,9002 29,3904 38,4336 26,69 7,4732 20,8182 27,7576 34,2888 19,782 7,2534 18,4632 19,1226 21,7602 10,362 10,362 18,6516 12,4344 18,0236 3,8622 1,2874 11,5866 2,5748 761,8456 380,5177 667,7649 665,6423 4 6 6 2

El cálculo de la resistividad del suelo elijo la medición total más baja, ρ AW la suma total y divido por las 14 medidas: ρ AW =

380,51776

14


ρ AW

= 27,17984 (Ω -m)

CALCULO MALLA PUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACION ELECTRICA

Datos: I = 1000 A (corriente máxima de falla) Ta = 26,5 Cº (Temperatura ambiental promedio atmosférica) T = 1 S (duración máxima de una falla en segundo) ρ AW = 27,17 (Ω -m) resistividad del suelo φs = 1500 (Ω -m) resistividad de la superficie tipo p edregoso

Tensión de paso permisible Es la diferencia de potencia entre dos puntos de un terreno que pueden ser tocados simultáneamente por una persona; su valor permisible esta dado por:

EP = 165 + φs √T Donde: Ep = Tensión de paso permisible en voltios φs = Resistividad de la superficie del terreno (Ω-m) T = Duración máxima de la falla en segundos

Reemplazo: EP= 165 + 1500 √1 EP= 1665 V


Calculo tensión de contacto Es la diferencia de potencia entre un punto en la superficie del terreno y cualquier otro punto que se pueda ser tocado simultáneamente por una persona; su valor permisible esta dado por:

ET = 165 + 0,25 φs √T

Donde: Et = Tensión de contacto permisible en voltios Reemplazamos: ET = 165 + 0,25* 1500 √1 ET = 540 V DISEÑO DE UNA MALLA A TIERRA El diseño de una malla a tierra está afectado por las siguientes variables: • • • • • • •

Tensión permisible de paso. Tensión permisible de contacto. Configuración de la malla. Resistividad del terreno. Tiempo máximo de despeje de la falla. Conductor de la malla. Profundidad de instalación de la malla.


SELECCIÓN DEL CONDUCTOR DE LA MALLA

Para calcular la sección del conductor se aplica la siguiente ecuación: AC=

I

33 . Tm- Ta Log 234+Ta +1

½

En donde: AC = Sección del conductor (CM) I = Corriente máxima de falla (Amp.) Tm = Temperatura máxima en los nodos de la malla (450ºC con soldadura y 250ºC con amarre apernado.) Ta = Temperatura ambiental de la zona en este caso es 26,5ºC T = Tiempo máximo de despeje de la falla (seg) Remplaso: AC=

1000

33 +1 450- 26, 5 Log 234+26, 5

.

½

+1

AC = 6159 CM 1 CM = 5*10-4 mm2 6159 CM = 3,07 mm 2 (sección) 1,97 mm (dímetro) Aproximando al calibre mínimo permitido por la norma se elije el conductor 2/0 AWG que tiene un diámetro igual a 67,43mm para la malla y barras de 5/8. 2/0 AWG = 67,43 mm2 (sección) 9,26mm (diámetro)


Si tuviésemos la sección 67,43 mm 2 se aplica

S = π * D2 4 D2= S*4 Π 5* 4 D = √ π 5* 4 D = √ π 67,43* 4 D = √ π D = 9,26 mm D = 9,3 mm

. d = diámetro de conductor en metro Conductor mínimo permitido 2/0 AWG = 67,43mm2 ( sección) 9,26mm (diámetro) . d = D (mm) 1000

d = 9,26 1000


d = 0,0093m

Determinación de los coeficientes Para esto necesitamos el diseño de la malla

n = 14 39 mts Longitud A 3mts

Longitud B 24mts 3mts

- A = longitud 39mts - B = ancho 24mts - L = m*A + n * B 9* 39+14 *24 - L = longitud total del conductor 687mts - n = nº de conductores en paralelo de longitud A 14 -m = nº de conductores en paralelo de longitud B 9 -D = espaciamiento de conductores (m) 3mts - h = Profundidad de enterramiento 1mts - d = diámetro de conductor 0,0093m


m=9

DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES KM, KI, KS.

Calculo de Km: Km = coeficiente que tiene en cuenta las características geométricas de la malla Km = 1 * 1n 2π

D2 16nd

+ 1 * 1n π

3 * 5 * 7 * 9 * 11 * 13 ……. 4 6 8 10 12 14 n-2 Términos n = 14

Km = 1 * ln 2π

32 + 1 * ln 16*1*0,0093 π

3 * 5 * 7 * 9 * 11* 13*15*17*19*21 *23*25 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Km = 0,28 Calculo de Ki: Ki = coeficiente de irregularidad del terreno. Ki = 0,65 + 0,172* n Ki = 0,65 + 0,172*14 Ki = 3,05


Ki = 3,05 cuando n > 7 entonces Ki = 2 n= 14

Ks = Coeficiente que tiene en cuenta, la influencia combinada de la profundidad y del espaciamiento de la malla Ks = 1 Π

1 + 1 + 1 + 1 +…….. 2h D+h 2D 3D

Ks = 1 π

1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 2*1 3+1 2*3 3*3 4*3 5*3 6*3 7*3 8*3 9*3 10*3 11*3 1 + 1 12*3 13*3

1 14*3

Ks = 0,47


CALCULO TENSION DE PASO

La tensión de paso real en una subestación esta dada por: P* I Ep= Ks* Ki * L

27,17*1000 Ep = 0,47* 2 * 687

Reemplazo Ep= 37,17 v

˂

Tensión de paso permisible Ep= 1665v

CALCULO TENSION DE CONTACTO La tensión de contacto real está dado por: P* I Et= Km* Ki * L

Reemplazo

27,17*1000 Et = 0,28* 2 * 687

Et = 22,14 v < Tensión de contacto permisible Et = 540 v VALORES DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.

El cálculo de la resistencia de puesta a tierra se puede hacer por el método de Laurent y Niemann o por método de Dwinght.


Método de Laurent y Niemann Este método es bastante aproximado y a la expresión para el cálculo es:

R= 0,443* p

1 + 1 √Ay L

Donde: R = Resistencia en ohmios Ay = Área de la malla de puesta a tierra en m2 P = Resistividad del suelo (Ω-m) L = Longitud total del conductor (m). Remplazo

R= 0,443 * 27,17

1 + 1 √Ay 687

R = 0,41 Ω

OTRA FORMA MEDIANTE EL METODO DE SCHWARZ

A= Área (936 m2) a = 39 m

L=Longitud de la malla ( 687 m ) b= 24 m


h=1m

K1= 1.43 K2= 5.43 Rms = 0,45 Ω


LISTA DE MATERIALES

PROYECTO: PROYECTO MALLA A TIERRA AT PROFESOR Materia:

COTIZACIÓN

Fecha:

30 DICIEMBRE DEL 2011

ITEM

DESCRIPCION

UN

CANT

P.U.

TOTAL $

350000

350000

90000

1

EXCAVACION RETRO

GL

1

2

CONDUCTOR DESNUDO 2/0

KG

687

3

CAMARA DE REGISTRO

GL

2

45000

4

CARGA DE SOLDADURA 90

UN

38

3800

5

CARGA DE SOLDADURA 115

UN

74

4800

6

MANO DE OBRA

GL

1

380000

7

ERICOGEL

KG

55

8

MOLDE CADWELD CRUZ

9

MOLDE CADWELD TE

UN UN

1

125000

63500

1

110000

63500

COSTO DIRECTO GASTO GENERALES

0%

UTILIDADES

0%

NETO IVA

TOTAL


19,00%

Calculos Malla de Tierra (3)

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