00JL0-28 REDES DE TIERRAS PARA EST DE LT AÉREAS DE 69 A 400 KV

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REDES REDE S DE TIERRA TIERRA PARA PARA ESTRUCT ESTRUCTURAS URAS DE LÍN LÍNEA EAS S DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

I

ESPECIFICACIÓN CFE 00JL0-28

PREFACIO

Esta especificación ha sido elaborada de acuerd acuerdoo con las Bases Generales para la Norm Normalización alización en CFE. La propuesta inicial fue preparada por la Gerencia de LAPEM. Revisaron y aprobaron la presente

especificación

las áreas siguientes:

COORDIN COOR DINACl AClÓN ÓN DE PROYE PROYECTOS CTOS TERMOELÉ TERMOELÉCTRIC CTRICOS OS COORDINAClÓN DE PROYEC PROYECTOS TOS DE TR TRANS ANSMIS MISlÓN lÓN Y TRANSFORMACI TRANSFORMACIÓN ÓN COORDINADORA COORDINADORA DE TRAN TRANSMIS SMISlÓN lÓN Y TRAN TRANSFO SFORMAC RMAClÓN lÓN GERENCIA DE ABASTECIMIENTOS GERENCIA DE CONTROL DE GESTIÓN GERENCIA DE LAPEM SUBDIRE SUBD IRECCl CClÓN ÓN DE DISTR DISTRIB IBUC UClÓ lÓN N El presente documento normalizado entra en vigora partir de la fecha abajo indicada y será actualizado y revisado las observaciones que se deriven de la aplicación del mismo. Dichas observaciones deben tomando como base las enviarse a la Gerencia de LAPEM, cuyo Departamento de Normalización coordinara la revisión. Esta especificación

revisa y sustituye a todas las relacionadas con redes de tierra para estructuras de líneas de transmisión aéreas de 69 a 400 kV que se hayan publicado dentro del campo de aplicación de la presente.

AUTORIZO:















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

I

ESPECIFICACIÓN CFE OOJ OOJLO LO-28 -28

CONTENIDO

1

2 3 3.1 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 4 5 5.1 5.1 5.2 6 6.1 6.1

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN NORMAS QUE SE APLICAN DEFINICIONES

1

Aluminotermia

1

Bajante Cola de Rata Contra-antena (Electrodo Horizontal)

1

Corriente de Descarga Atmosférica

1

Corriente de Falla Electrodo de Tlerra Electrodo Vertical Estructura

2

1

1 1

2 2 2 2 2 2

Puesta a Tierra Red de Tierra Relleno Resistencia a Tierra Resistividad Sistema de Tierra ALCANCE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA EN LÍNEAS AÉREAS EN CONSTRUCClÓN Medi Medició ciónn de la Resistividad Resistividad del del Suelo en Lineas Lineas Aéreas para el Diseño de la Red de Tierra Medici Med ición ón de la Resi Resisten stencia cia Elé Eléctr ctric icaa de la Red de Tier Tierras ras para para Lineas Lineas de de Transmisión Aéreas en Construcclán MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS EN OPERAClÓN Medició Med iciónn de Res Resist istivi ividad dad

1

del Suel Sueloo

2 2 2 3 3 3 5 7 7















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICAClÓN CFE OO OOJL JLO-2 O-288

7.2 7.3 7.4

Introducción Resistencia de los Elementos Básicos

ll ll

Cálculos de los Electrodos Adicionales a las Patas de las Torres Longitud Efectiva de una Contra-antena ante Descargas Atmosféricas

8 8.1

MANTENIMIENTO DE LAS REDES DE TIERRA CONVENCIONALES Actividades

15 20 21

8.2 8.3

Método de Correción Materiales a Utilizar

9

REFERENCIAS

7.1

APÉNDICE A

21 21 22 23

MÉTODO DE WENNER 0 DE LOS 4 ELECTRODOS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

24

APÉNDICE C

PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LA RED DE TIERRA REQUERIMIENTOS DE CALIBRAC CALIBRAClÓN lÓN DE MEDIDORES DE RESISTENCIA RESISTENCIA

APÉNDICE D APÉNDICE E

DE TIERRA ERRORES FRECUENTES EN LA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA FABRICACIÓN DE ELECTRODOS EN CAMPO PARA SISTEMAS DE TIERRA

APÉNDICE B

TABLA 1 TABLA 2

FIGURA 1 FIGURA 2

26

-

-

Longitud efectiva de una contra-antena para diferentes valores de tiempo de frente y resistividad del suelo Correciones Correciones para mantenimiento mantenimiento de redes de tierra tierra

Arreglos para la medición medición de la resistividad del suelo en líne líneas as aéreas para el dise diseño ño de la red de tierra tierra caída de potencial potencial Método de medición de resistencia por caída

28 29 31

20 22

4 5















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

FIGURA 5 FIGURA 6

ESPECIFICAClÓN CFE OOJ OOJLO-2 LO-288

Dirección de la medición de la resistencia eléctrica Diagrama Diag rama de de fluj flujoo para la medición de resistencia resistenc ia de la red de tierra en en

9

estructuras de lineas aéreas en operación Esquema de un electrodo de puesta a tierra tipo electrodo vertical

10 ll 12

FIGURA 9A

Esquema de un electrodo tipo contra-antena Diseiio de red de tierra para resistividad hasta 300 D-m

16

FIGURA 9B

con cimentación de concreto Diseño de red de tierra para resistividad hasta 300 Q-m con cimentación de acero Diseño de red de tierra para resistividad hasta 500 D-m con cimentación de concreto Diseño de red de tierra para resistividad hasta 500 0-m

16

FIGURA 7 FIGURA 8

FIGURA 10 A FIGURA 10 B FIGURA ll A FIGURA 11B FIGURA 12A FIGURA 12 B FIGURA 13

FORMATO 1 FORMATO 2 FORMATO 3

con cimentación de acero Diseño de red de tierra para resistividad hasta 750 D.rn con cimentación de concreto Disefio de red de tierra para resistividad hasta 750 R-m con cimentación de acero Diseño de red de tierra para resistividad hasta 1000 R-m con con cimentación de concreto Diseiio de red de tierra para resistividad hasta 1000 R-m con cimentación de acero Longitud Longitud efectiva de de la contra-antena contra-antena en fun funció ciónn del tiempo de frente de la corriente de descarga atmosférica para diversas resistividades de terreno

Medición de la resistividad del suelo para líneas de transmición en construcción Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra de la linea de transmisión en construcción Medición de la resistividad del suelo, resistencia de la red de tierra y

17 17 18 18 19 19 21

33 34
















ESPECIFICACIÓN CFE OOJ OOJLOLO-26 26 1 de 35

1

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICAClÓ APLICAClÓN N

Normalizar los criterios para diseñar, construir, instalar, medir, mantener y corregir las redes de tierra destinadas a la protección de líneas de transmisión aéreas de 69 a 400 kV contra descargas atmosféricas. Esta Esta especific especificació aciónn convencionales 2

no aplica ica a estruct estructuras uras que que tengan tengan restric restriccion ciones es de espacio para para la instal instalaci ación ón de redes redes de tierra

NORMAS QUE SE APLICAN CFE

OOJOO-01 OOJOO-01-198 -19800

Recomendaciones para el Cálculo Preliminar de Redes de Tierra en Plantas y Subestaciones Eléctricas.

CFE 56100-16-1996

Electrodos para Tierra.

CFE D8CME-07-1998

Protección Anticorrosiva para Cimentación de Estructuras Autosoportadas de Líneas de Transmisión.

NOM-008-SCFI-1993

Sistema General de Unidades de Medida

NOTA:

modlflcados, ddebe ebe tomarse tomarse en cue cuenta nta la edic edición ión en vigor En caso de que los documentos anterlores sean revisados o modlflcados, o la últlma edició ediciónn en la fecha de ape apertura rtura de las propuestas propuestas de la licitación, salvo que la Comisión Indlque otra cosa cosa

3

DEFINICIONES

Para efectos de esta especificación se establecen las siguientes definiciones:

3.1 3.1

Aluminotermia

Proceso por el cual se libera una gran cantidad de calor para fundir una soldadura mediante una mezcla de pólvora y aluminio en polvo. 3.2

Bajante

Es un conductor metálico que conecta al hilo de guarda con la red de tierra en estructuras no metálicas. 3.3

Cola de Rata

Conexión entre el hilo de guarda y la estructura. 3.4

Contra-antena (Electrodo Horizontal)

















REDES DE TIERRA PARA PARA ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE DE LÍNEAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

3.6 3. 6

I

ESPECIFICACIÓN CF E 0 0 J L -2 8

Corriente de Falla

Es la corriente alterna que fluye durante una falla de corto circuito de los conductores de la línea de transmisión aérea a tierra. 3.7

Electrodo de Tierra

Cuerpo conductor o conjunto de elementos conductores agrupados y en contacto intimo con la tierra a establecer una conexión con la misma. 3.8 3. 8

y

destinados

Electrodo Vertical

Cuerpo conductor o relleno de forma cilíndrica, enterrado yen posición vertical tal como: electrodos, tubos metálicos y mezclas de carbón. 3.9 3. 9

Estructura

La unidad principal soporte, generalmente un poste, torre o marco que soporta los aisladores, conductores y accesorios de una línea de transmisión aérea. 3.10

Puesta a Tierra

Conectar intencionalmente a la red de tierra estructuras y/o y/o equipos. 3.11

Red de Tierra

Conjunto de electrodos y contra-antenas enterrados de un sistema de tierra que drena a tierra las corrientes de descarga atmosférica y de falla, y es un punto de conexión seguro de aterrizamiento para el personal durante maniobras con líneas de transmisión aéreas energizadas o desenergizadas. 3.12

Relleno

Aportación de un material diferente al suelo natural en las inmediaciones de los electrodos de tierra.

















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LíNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICAClÓN CFE OOJ OOJLOLO-28 28

I 3 de 35 -

hilos de guarda, cola de rata, estructura,

-

conductor de puesta a tierra,

-

red de tierra,

-

tierra natural 0 relleno, conectores.

ALCANCE

4

Esta especificación tiene el siguiente alcance, pudiéndose cumplir en partes a petición de la Comisión: a)

Medición de la resistividad del suelo.

b)

Diseño de la red de tierra.

c)

Memoria de cálculo.

d)

Dibujos de instalación.

e)

Suministro de materiales.

f)

Instalación de la red de tierra.

g)

Medición de la resistencia de la red de tierra, al pie de la estructura.

h)

Corrección de la red de tierra.


















ESPECIFICACIÓN CFE OOJ OOJLO LO-26 -26 4 de 35

La selección del ‘Arreglo A” o “Arreglo B” para las mediciones debe ser en función de las mejores condiciones o facilidades que ofrezca el terreno para el indicado de los electrodos verticales. Para otro tipo de estructuras (poste Tipo H, poste de madera, poste troncocónico) el procedimiento debe sera partir del centro de la base siguiendo la misma metodología (en diagonal.). En zonas urbanas las mediciones se harán a partir del centro de la base en el sentido de la instalación de la red de tierra. En cualquiera de los arreglos, se deben realizar siete mediciones en cada dirección para dar un total de 14 mediciones. La primera lectura se debe hacer con una separación entre electrodos de 1,6 m, aumentándose la misma en incrementos de 1,6 m, hasta alcanzar un total de ll ,2 m. Los valores obtenidos se deben anotar en el formato 1 de esta especificación y el o los valores valores represent representativos ativos de la resistividad resistividad del suelo suelo para el diseño diseño de la red de tierra son responsabilidad del diseñador. Las mediciones se deben realizar manteniendo el electrodo Cl instalado en el centro de la estructura, por lo cual sólo variarán de posición los electrodos P1, P2 y C2.

Sentido de la

transmisión

Arreglo A-Patas amedir 1

y3

















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE LÍNEAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN CFE OO OOJL JLO-2 O-266 5 de 35

5.2 5. 2

Medición Medici ón de la Resi Resisten stencia cia Elé Eléctr ctric icaa de la la Red Red de Tier Tierras ras para para Líneas Líneas de Transmisión Aéreas Aéreas en Construcción

Para la medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra, se debe utilizar el método de caída de potencial y SU valor máximo aceptable es de 10 Este Este métod métodoo se basa basa en en la inyección de una corriente corriente de prueba en el electrodo bajo análisis (red de tierra). Se toman mediciones de la tensión a diferentes distancias entre el electrodo bajo análisis E y el electrodo auxiliar de potencial P, el valor representativo de la resistencia se tendrá cuando la diferencia entre dos o tres mediciones sea despreciable (véase figura 2). El procedimiento para la realización de las mediciones con el método de caída de potencial se debe realizar con el hilo de guarda desconectado y con un medidor de resistencia de baja frecuencia (aproximadamente 120 a 150 Hz) y que la corriente de inyecció inyecciónn sea mayor a 1 mA, mA, de acuerdo a lo siguiente: a)

Primero Primero se selec seleccion cionaa la dirección dirección en que se realizar realizaráá la medición medición y ésta, de preferencia, preferencia, que que sea perpendicular a la línea aérea, como se ilustra en la figura 3.

b)

Instalar el electrodo auxiliar de corriente C, y su cable asociado en la dirección seleccionada a una distancia de 75 m del electrodo E.

c)

Colocar el electrodo auxiliar de potencial P y su cable asociado en la dirección dirección al electrodo de corriente, a una distancia de 39 m del electrodo E como lo muestra la figura 2.

d)

Se realiza la primera medición de la resistencia del electrodo E, conectando el medidor de resistencia de acuerdo a la figura 2 y a las instrucciones del equipo de medición empleado.

e)

La segunda medición se realiza instalando el electrodo P, a 46,5 m del electrodo E y finalmente la tercera medición se efectúa instalando el electrodo P, a 54 m del electrodo E.

f)

mediciones correspo corresponden nden al 52,62 52 ,62 y 72 % de la distancia entre los electrodos E y C Las tres mediciones respectivamente y se deben registrar en el formato 2.


















ESPECIFICACION I

CFE OOJ OOJLOLO-28 28

6 de 35

Medida de resistencia de tierras

I

Red de . . . . Tierras

FIGURA 2- Método de medición de resistencia por caída de potencial

Sentido de la linea

1



















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS LÍNEAS DE TRANSMISlÓN ÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV kV

ESPECIFICACIÓN CFE OOJLO-2 OOJLO-288 7 de 35

6

MEDIClÓN DE LA RESISTIVIDAD RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA TRANSMISlÓN AÉREAS EN OPERACIÓN

6.1 6.1

Medición de Resistividad del Suelo

EN LÍNEAS DE

Para medir la resistividad del suelo, se debe utilizar el método de Wenner ilustrado en el Apéndice A de esta especificación. Se debe medir la resistividad resistividad del suelo colocando colocando el instrumento instrumento de medición medición en el centro de la estructura (mojonera), y los electro electrodos dos vertical verticales es se deben deben colocar colocar paralelos elos alal sentido do de la linea linea de transmisi transmisión ón aérea, aérea, con una separa sep aració ciónn de 1,6 m para la primera medición y 3,2 m para para la segund segundaa medi medición ción (véase figura 4.) Cuando Cuando no sea prácti prác tico co colocar colocar los electrod electrodos os verticales verticales paralelos paralelos al sentido sentido de la línea ínea de de transmisi transmisión ón aérea, aérea, la medici medición ón se puede puede realiza realizaren ren sentid sentidoo perpendicular. Los valores obtenidos se deben asentar en el formato 3.

Cl

Pata 2 a

Cl

Pata3


















ESPECIFICAClÓN CFE OOJ OOJLOLO-26 26 8

Perpendicular a la linea

___---

Pergendiarlar ---m-e-a la línea

de 35

















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE TRANSMISlÓN TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN CFE OOJLO-2 OOJLO-266 9 de 35

La red de tierra es adecuada si la resistencia eléctrica a tierra es menor menor o igual a 10 f2. En caso contrario se debe verificar y/o mejorar. Para el caso de estructuras que estén ubicadas en zonas de alta incidencia de descargas atmosféricas o en suelos con resistividad mayor de 300 R.m, se debe realizar la medición de resistencia eléctrica a tierra de acuerdo al inciso 5.2 5.2 y al formato 2 de esta especificación. 6.2.1

Medición de la resistencia con resistividad del suelo menor de 100 n-m

Por lo general cuando la resistividad del suelo es menor de 1 OO n-m, el valor de la resistencia eléctrica de la red de tierra es menor de 10 R, por esta razón se mide la resistencia con equipo de baja frecuencia e hilo de guarda conectado y si ésta es menor de 5 se anota en el formato 3 de esta especificación, si la resistencia eléctrica es mayor a 5 se identifica identifica el tipo po de cimentac cimentación ión de la estructura estructura y si ésta es de concreto, se verifica que las conexiones conexiones a tierra se encuentren instaladas, de lo contrario se corrigen y se vuelve a medir la resistencia, la cual seguramente dará un valor menor de 5 0, en caso contrario, lo mas probable es que la medición se realizó en forma incorrecta y tendrá que repetirse. Si la resistencia resulta mayor de 5 se desconecta el hilo de guarda y se vuelve a medir, si el valor es mayor de 10 R, se debe mejorar la red de tierra. En caso de utilizar equipo de alta frecuencia, la medición se realiza sin desconectar el hilo de guarda y si la resistencia es menor de 10 este valor se anota en el formato 3, en caso de que el valor sea mayor a 10 f2, se debe mejorar

















ESPECIFICAClÓN


CFE OOJ OOJLOLO-28 28 10 de 35

de baja frecuencia con hilo de guarda conectado

Medir resistencia con equipo dealtafrecienciacon cimentación y conexbnea

















REDES DE TIERRA TIERRA PARA ESTRUCTUR ESTRUCTURAS AS DE LINEAS LINEAS DE TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN CFE OO OOJL JLO-2 O-266 11 de35

7

GUÍA DE DISEÑO PARA CONSTRUCClÓN TIERRA CONVENCIONALES

7.1 7.1

Introducción

Y MANTENIMIENTO CORRECTIVO DE REDES DE

El diseño de redes de tierra para construcción debe ser para obtener un valor menor o igual a 10 de la resistencia de tierra medida en campo, tomando como base la resistividad del suelo determinada de acuerdo al capítulo 5 de esta especificación. El cálculo aproximado de la resistencia de puesta a tierra de estructuras de líneas aéreas tiene la finalidad de servir de herramienta para poder visualizar rápidamente los valores esperados de una configuración típica. Los elementos básicos en la instalación de una red de tierra en estructuras de líneas aéreas son: a)

Electrodos verticales.

b)

Contra-antenas.

c)

Patas de las torres.

7.2

Resistencia de los Elementos Básicos

7.2.1

Electrodo vertical



















REDES DE TIERRA TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS LÍNE AS DE TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

Para efectos prácticos se puede simplificar por la relación (2), la cual considera que hay muy poca variación en la resistencia para los diferentes diámetros de los electrodos verticales comerciales (13,16 y 19 mm) y para la longitud típica de 3,05 m. Esta poca dependencia del radio, se observa porque dicho radio influye solamente en el término logarítmico, el cual requiere muy grandes variaciones para que pueda afectar en el resultado total. R=---

L 7.2.2

Contra-antena (Electrodo Horizontal)

3

(2)

















PARA ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE LÍNE L ÍNEAS AS DE REDES DE TIERRA PARA TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN CFE

00JL0-29

13 de 35

7.2.3

Patas

de la torre o estructura

Todas las estructuras autosoportadas de líneas de transmisión tienen 4 patas como cimentación, pudiendo ser que estén embebidas en concreto, conocida como cimentación de concreto o enterradas directamente en el suelo, conocida como cimentación de acero. 7.2.3.1

Cimentación de acero

Podemos aproximar cada una de las patas, considerando un modelo de un electrodo enterrado con las siguientes dimensiones: L=3m


















ESPECIFICAClÓN CFE OOJ OOJLOLO-26 26

14 de 35

R

2n

D

8L

D

1

L

PC

-1

In

D

ll

= diámetro del envolvente de concreto, m

= diámetro del conductor (equivalente) embebido en el concreto, m pc = resistividad del concreto, R.

(7)


















7.3

I

ESPECIFICACIÓN CFE 00JL0-28

Cálculos de los Electrodos Adicionales a las Patas de las Torres

Para dar el valor especificado de 10 de resistencia a tierra de las torres, se requiere una resistencia adicional en paralelo con la resistencia de las patas. Esta resistencia adicional, simbolizada como R,, se cubrirá con la instalación de contra-antenas y electrodos verticales. Para las resistividades de terreno y resistencias dadas en (6a), (6b), (6c) y (6d) se tiene: = 100R.m = 300 fkrn = 500

(no requiere electrodos adicionales para cimentaciones de acero) %d

= 30 = 16,7

(10a) (10b) (10c)

















ESPECIFICACIbN

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE L/NEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

CFE OOJLO-28 16de35

En el caso de estructuras con

cimentacibn

en concreto:

por cada 6 m de contra-antena (o de un electrodo de 3 m), co considerando la la fó fórmula 4b 4b se se titiene: 300 3

= 100n

para 24 m de conductor horizontal

(100) (24 (24 6)

= 25

para 8 electrodos verticales

10018

= 12,s

el paralelo de ambos elementos

[(25)(12,5)1!37,5

= 8,33



















































REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE TRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPPZIFICKI~

19de35

7.3.5

Para 750 p

1000 R-m

















REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE TRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN CFE

OOJLO-26 20 de 35

7.4 7. 4

Longitud Efectiva de una Contra-antena ante Descargas































































































































































































00JL0-28 REDES DE TIERRAS PARA EST DE LT AÉREAS DE 69 A 400 KV

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