Redes de Tierras

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Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

VOLTS

6200

GPR

6000

(V)

ZONA DE SEGURIDAD

5800

LÍMITE INFERIOR ZONA DE ELECTROCUCIÓN

] V [

5600

E J 5400 A T L O 5200 V

PERFIL 5 GP R

5000

LIM INFERIOR 4800 0

DISTANCIA (m)

50

100

1 50

200

DISTANCIA [m]

Curso: SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS. P E R F IL 5

P E R F IL 4

P E R F IL 3

P E R F IL 2

P E R F IL 1

OCTUBRE 2009 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS. http://slide pdf.c om/re a de r/full/re de s-de -tie r ra s

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ÍNDICE

1) 1) INTRODUCCI INTRODUCCIÓN Ó ÓN N 2) 2) FACTORES FACTORES QUE QUE INFLUYEN INFLUYEN EN EN EL EL ATERRIZADO ATERRIZADO O O NO NO DE DE UN UN SISTEMA SISTEMA ELÉCTRICO. ELÉCTRICO. 3) É CTRICO EL CTRICO 3) PELIGRO PELIGRO DE DE CHOQUE CHOQUE ELÉ ELÉCTRICO 4) 4) ATERRIZAMIENTO ATERRIZAMIENTO DE DE EQUIPOS EQUIPOS 5) 5) DISEÑO DISEÑO DE DE REDES REDES DE DE TIERRAS TIERRAS 6) 6) PARÁMETROS PARÁMETROS PARA PARA EL EL DISEÑO DISEÑO DE DE REDES REDES DE DE TIERRA. TIERRA. 77 CALCULO CALCULO DE DE LA LA RESISTENCIA RESISTENCIA DE DE LA LA RED RED DE DE TIERRAS, TIERRAS, STD STD IEEE IEEE –– 80 80 -- 2000. 2000. 8) 8) MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE DE LAS LAS REDES REDES DE DE TIERRA TIERRA CONVENCIONALES. CONVENCIONALES. 2 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS. http://slide pdf.c om/re a de r/full/re de s-de -tie r ra s

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ÍNDICE

9) 9) MÉTODOS MÉTODOS DE DE CORRECCIÓN CORRECCIÓN DE REDES REDES DE DE TIERRA TIERRA CONVENCIONALES. CONVENCIONALES. 10) 10) MÉTODO MÉTODO PARA PARA MEDICIONES MEDICIONES DE RESISTIVIDAD RESISTIVIDAD 11) 11) MÉTODO MÉTODO DE DE MEDICIÓN MEDICIÓN DE DE RESISTENCIA RESISTENCIA DE DE REDES REDES DE DE TIERRA TIERRA 112) 2 ) EXPERIENCIAS EXPERIENCIAS 113) 3 ) CONCLUSIONES CONCLUSIONES 114) 4 ) DEFINICIONES DEFINICIONES

3 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS. http://slide pdf.c om/re a de r/full/re de s-de -tie r ra s

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Los sistemas de tierra se utilizan en los sistemas eléctricos para drenar al terreno las corrientes que se originan por inducción eléctrica, por fallas o por desbalances en los equipos. etc. proporcionando una mejor trayectoria para el paso de éstas, entre menor sea el valor de resistencia de contacto a tierra medido en Ohm, es decir, la red de tierra "ideal" sería aquella cuyo valor de Resistencia fuera cero Ohm, sin embargo se sabe que no existen, por no existir tampoco conductores perfectos que no opongan resistencia al paso de la corriente. El uso de sistemas de tierra está normado en: Norma oficial Méxicana NOM – 001 – sede – 1999 – articulo 250, puesta a tierra, Norma de Referencia; NRF-011-CFE-2004, La guía 80 de IEEE 2000, La Especificación CFE-00JL0-28 en la que se menciona el siguiente objeto de la instalación de sistemas de tierra:

4 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS. http://slide pdf.c om/re a de r/full/re de s-de -tie r ra s

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Los sistemas eléctricos y circuitos conductores son puestos a tierra para limitar las sobretensiones debidas a descargas atmosféricas o maniobras de interruptores, a fenómenos transitorios en el propio circuito o a contactos accidentales con líneas de mayor tensión, así como para estabilizar la tensión a tierra en condiciones normales de operación. Los sistemas y circuitos conductores se ponen a tierra de manera sólida para facilitar la acción de los dispositivos de sobrecorriente en caso de fallas a tierra.

La puesta a tierra de los materiales conductores que encierran a los conductores y equipos o que forman parte de éstos se hace para limitar la tensión a tierra de tales partes conductoras y para facilitar la acción de los dispositivos de protección contra sobrecorriente, en caso de falla a tierra. 5 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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•

Proporcionar Protección y Seguridad al personal que manipula equipos o circuitos eléctricos o que convive en su cercanía, disminuyendo la magnitud de la diferencia de potencial existente entre las partes aterrizadas de los equipos como son motores, hornos, generadores, transformadores, estructuras, televisores etc. Y el suelo, bajo condiciones de falla.

•

Reducir el Voltaje de Toque que se presenta cuando una persona toca una parte o estructura metálica que se encuentre a un voltaje diferente al del suelo sobre el que está parado, lo cual producirá una circulación de corriente a través de su cuerpo.

•

Reducir los gradientes de potencial que se presentan sobre la superficie del terreno próxima a los componentes metálicos de las redes de tierra y que dan origen al Voltaje de Paso, que es el existente entre dos puntos con una separación de un metro.

•

Garantizar el funcionamiento adecuado de los equipos de Protección, Medición, Cómputo y Telecomunicaciones considerados como equipos de alta sensibilidad a las variaciones de potencial.

•

Reducir los indices de salida de las líneas de transmisión por flameo inverso.

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SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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La red de tierras cobra mayor importancia respecto a la Seguridad del personal si consideramos a las corrientes eléctricas que circulan por el cuerpo humano cuando se presenta una falla o por fenómenos de inducción así como la capacidad de aguante del mismo para soportar los efectos de dichas corrientes. Los efectos que producen las corrientes eléctricas que circulan por el cuerpo humano están determinados básicamente por la magnitud de éstas así como por el tiempo de duración del choque eléctrico, misma que se determina por la expresión

I = E/Z 7 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Donde: E = Tensión eléctrica aplicada entre dos puntos del circuito del que forma parte el cuerpo humano. (V) Z = Es la impedancia total entre esos dos puntos. ( Ω ) I

= Magnitud de la corriente que circula por el cuerpo humano (A)

La Resistencia del cuerpo humano se comporta de forma diferente ante el paso de corrientes de alta o de baja frecuencia, hasta 100 Hz la resistencia del cuerpo humano se comporta linealmente o sea como una resistencia, se ha demostrado que la impedancia se reduce a menos de un 50% cuando se presentan incrementos de frecuencia de 50 hasta 50,000 Hz, como son las debidas a corrientes generadas por descargas atmosféricas, en este caso el cuerpo humano presenta las características de un circuito resistivo capacitivo. 8 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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La Resistencia de la piel humana a la frecuencia normal de 60 Hz.,

la forma

principalmente la superficie callosa de la epidermis y varía : dependiendo de la parte del cuerpo de que se trate, de la humedad y del peso del individuo. La piel seca puede tener una Resistencia de 100,000 a 300,000 Ohm/cm2 pero húmeda puede reducirse hasta a un 1 % de estos valores. La piel humana se perfora cuando se aplican directamente tensiones de 240V o superiores y dejan con frecuencia una quemadura profunda y bien localizada. En estos casos la impedancia interna es el principal factor que limita la intensidad de la corriente que circula y se hace hipersensible cuando está rasgada o maltratada aún cuando circulen por ella corrientes del orden de miliamperes. Cuando el cuerpo humano recibe pequeñas corrientes continuas las percibe como una sensación de calor en la palma de la mano que sujeta un electrodo y como un cosquilleo cuando son corrientes alternas. El científico: F: Dalziel de la Universidad de California ha realizado experimentos diversos, de los que se desprende los siguientes datos relacionados con las pequeñas corrientes perceptibles por el cuerpo humano:

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•

La media para hombres es de 1.1 mA y para mujeres es de 0.7 mA, a una frecuencia de 60Hz.

•

La media para hombres y mujeres varía de 1.1 hasta 7.0 mA, cuando la frecuencia se incrementa a 5,000 Hz.

•

La sensación de cosquilleo cambia a sensación de calor a frecuencias superiores a 100,000 o 200,000 Hz.

•

Se supone que a frecuencias más altas los únicos efectos son calor y quemaduras. Las pequeñas corrientes de reacción son aquellas que pueden causar un movimiento involuntario de los seres humanos y propiciar algún accidente del personal, están dentro del rango de 0.5 a 0.75 mA. 10 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Las corrientes de soltar son las máximas que un ser humano puede soportar y que el individuo puede soltar voluntariamente algún conductor o electrodo energizado, es decir aquellas que circulan por su cuerpo y que aún permiten cierto control nervio-muscular. Las corrientes de engarrotamiento son aquellas a las cuales un individuo ya no puede reaccionar y soltar voluntariamente un conductor o electrodo energizado, la media para hombres y mujeres en estas corrientes es de 26 y 10.5 mA.

Las corrientes seguras e ininterrumpidas para el 99.5 % de casos en hombres son de 9 mA y en mujeres normales son de 6 mA, hasta el momento no se ha determinado valores de estas corrientes para niños debido a que estos lloran cuando se hacen las pruebas a valores altos. 11 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Las corrientes que producen contracción de los músculos del torax y opresión de los pulmones con la consecuente interrupción de la respiración son ligeramente superiores a los 18 mA, si la exposición a éstas es breve, el individuo recupera sus funciones normales, si el choque eléctrico persiste por varios segundos se presentan convulsiones y seguramente sobreviene la muerte. Las corrientes de fibrilación son otro de los efectos serios que se presentan cuando se produce un choque eléctrico con corrientes mayores, sus consecuencias son; fibrilación ventricular que afecta el funcionamiento del corazón con suspensión de la circulación de la sangre por propiciar su coagulación, estas corrientes son del orden de 50 a 75 mA.

12 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Desde luego, no pueden hacerse experimentos en seres humanos para determinar la magnitud de las corrientes de fibrilación, pero sí se han realizado en animales por lo regular en perros y en algunas ocasiones becerros, cerdos y corderos que tengan el corazón y el peso corporal de tamaño similar al de los seres humanos. Los resultados de estos experimentos fueron analizados, haciendo las extrapolaciones correspondientes a los hombres, correlacionando los factores de peso corporal, magnitud de la corriente y tiempo de duración del choque eléctrico y trayectoria de corriente comparable a la de los humanos durante un accidente, determinaron que no es probable que se presente fibrilación ventricular en un adulto si la intensidad de corriente es menor a 116 / t 1/ 2 mA con t en segundos, lo cual se determina con la expresión.

Ik

≤

116

t

mA 13



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Donde: k = Corriente efectiva a través del cuerpo. en mA

I

t = Tiempo de duración del choque eléctrico en segundos. Ejemplo: si t = 1 segundo, la corriente = 116 mA, frecuencia de 60 Hz. Ejemplo: si t = 0.1 segundos (6 ciclos), la corriente = 367 mA, frecuencia de 60 Hz Ejemplo: si t = 0.2 segundos (12 ciclos), la corriente = 259.38, mA frecuencia de 60 Hz En virtud al desarrollo que se ha tenido en la operación de sistemas con recierres monopolares, es muy probable que una persona se vea expuesta a un segundo choque eléctrico, lo que resultaría en daños mayores, considerando que el corazón requiere de 5 minutos para volver a su ritmo normal, sobretodo si tuvo fibrilación. 14 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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El diseñador de las redes de tierra debe considerar siempre la existencia de los recierres después de las fallas en los equipos considerando que 2 choques seguidos son más severos que uno solo de 0.1 segundo de duración cada uno, pero menos severos que uno solo de 0.2 segundos.

Por tal motivo debe reducirse el tiempo de duración de las fallas instalando interruptores más rápidos, reduciendo así la probabilidad de un choque eléctrico y desde luego su severidad, ya que experimentalmente se ha demostrado que la probabilidad de daños severos o la muerte se reduce sustancial mente cuando el choque es de muy corta duración. Las redes de tierra deben diseñarse resistentes con todas sus características, mecánicas, eléctricas y químicas para un período de vida útil de 20 a 30 años. 15 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Problemas básicos de las redes de tierra. Durante una falla en una subestación, el flujo de las corrientes a tierra produce gradientes de tensión dentro y alrededor de la misma, como se muestra en la figura No. 1, para una subestación con una malla de tierra simple rectangular y en un terreno homogéneo.

Sección A-A que muestra el flujo de corriente y potencial con respecto a la tierra remota en la superficie según A-A durante un cortocircuito.

Las líneas puntedas muestran el efecto de diferentes espaciamientos en la malla.

Figura No. 1 16



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La resistencia que ofrece la tierra al paso de la corriente eleva el potencial eléctrico de la malla y a menos que se tomen precauciones adecuadas en el diseño, los gradientes en toda la superficie de la malla pueden resultar tan grandes en condiciones adversas que ponen en peligro a quién camine por ahí. Pueden resultar también diferencias de tensión peligrosas durante alguna falla entre estructuras o equipos conectados a tierra. Generalmente la geometría de un sistema de tierras es más compleja que la mostrada en la figura anterior y por ello no resulta fácil precalcularlas , ya que tampoco pueden determinarse en forma exhaustiva las condiciones del subsuelo. Como se mencionó en las secciones anteriores es primordial y con carácter de obligatorio el aterrizamiento de equipos eléctricos por aspectos de protección del personal, por aspectos de seguridad en el funcionamiento equipos, así como por cumplimiento de especificaciones de fabricantes de equipo. 17 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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En las grandes instalaciones, plantas o subestaciones eléctricas, las redes de tierra deben ser capaces de proteger a todos los seres vivos que se encuentren en el interior o en las partes cercanas a su periferia incluso más allá de las mallas perimetrales, por lo que todos los soportes, carcazas y estructuras de equipos eléctricos, y electrónicos deben estar sólidamente conectados a la red. Además de la necesidad del aterrizamiento de los equipos eléctricos en condiciones normales de operación o bajo fallas, se requiere realizar la puesta a tierra cada vez que se efectúen trabajos con libranza en muerto, con objeto de descargar los equipos o cables conductores de potenciales residuales por efectos capacitivos o por fenómenos de inducción debidos a cercanía de otras instalaciones energizadas con voltajes de operación, o por protección en caso de que se produjera contacto accidental con instalaciones energizadas. De lo anterior se clasifican básicamente dos tipos o conexiones a tierras : •Puesta a tierra para protección •Puesta tierra para

funcionamiento.

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5) DISEÑO DE REDES DE TIERRA

Para el diseño de las redes de tierra se toman en cuenta dos criterios fundamentales que cumplen con las expectativas comentadas de Seguridad tanto para seres vivos como para equipos considerando valores normalizados.

Cuando se inyecta una corriente a la red de tierras a través de un electrodo, se presenta una elevación de potencial del propio electrodo respecto a una tierra remota que se considere de potencial igual a cero. Así mismo, durante la ocurrencia de fallas se presentan gradientes de potencial peligrosos sobre la superficie del suelo. Ambas situaciones representan condiciones de peligro y alto riesgo para las personas que se encuentren en contacto con elementos directamente conectados a las redes de tierra o sobre la superficie ocupada por éstas. 19 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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La elevación de potencial que se presenta en la red de tierras con la ocurrencia de una falla da origen a : los voltaje de elevación de la red, "Voltaje de Toque" y al "Voltaje de Paso" y se definen con la siguiente expresión:

EPG = Rg * Ig A su vez la elevación de potencial de la red da origen al voltaje de malla (Vm), que se presenta sobre la superficie del suelo, en el centro de una de las mallas de la red, por lo que se define el voltaje de toque como sigue. 20 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Potencial de toque o contacto.

Se define de acuerdo a las normas existentes como : El potencial máximo que experimentará una persona que se encuentra de pie dentro del área de la subestación y que durante la ocurrencia de una falla esté tocando con una o ambas manos una estructura o cualquier elemento conductor, directamente unido a la red de tierras el voltaje de toque se define con la siguiente expresión: V(toque) = EPG - V(malla)



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Potencial de toque o contacto

Figura No. 2 22 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Potencial de paso El Voltaje de Paso es aquel que se presenta entre los pies de una persona cuando ocurre una falla y que esta persona se encuentre caminando, es decir prácticamente es el voltaje que existe en el terreno entre dos puntos separados una distancia de un metro sobre la superficie del suelo y se define con la siguiente expresión: V(paso) = V(a) - V(b) Donde: V(a) = Voltaje del punto (a) en relación al punto (b) localizado a un metro de distancia. V(b) = Voltaje del punto (b). 23 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Potencial de paso

Figura No. 3

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Potencial de Transferencia Los potenciales de transferencia son aquellos que se presentan en sitios alejados de la subestación donde ocurre la falla, usualmente esto se debe a la presencia de estructuras enterradas en la cercanía de la subestación como tuberías, cercas metálicas, rieles de ferrocarril, etc,. O bien a neutros e hilos de comunicación que salen de la subestación. Los potenciales transferidos pueden resultar peligrosos si no se analizan y limita sus valores cuando sea necesario. Para esta situación no pueden establecerse recomendaciones generales, pues cada situación deberá estudiarse con atención especial. En forma general, el procedimiento que se aplica para limitar el peligro de potenciales transferidos, consiste en instalar juntas aislantes en las estructuras enterradas o superficiales cercanas a la subestación y para los cables de comunicación, en aplicar transformadores de aislamiento 25 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Potencial de Transferencia

Figura 4 26 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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El equipo sensible de comunicaciones consta del cableado de control y comunicaciones dentro de una subestación, por lo general tiene un nivel de aislamiento de 5 a 10 kV, por lo que este valor determinará la Resistencia de la red, ya que una elevación de potencial (EPG) mayor dañaría los cables de control y comunicaciones, a partir de este criterio se establece la siguiente expresión donde la limitante del valor de Resistencia de la red es la (EPG): Rg = EPG/ Ig EPG = Rg. Ig EPG = Elevación de potencial de la red de tierras 10 kV Rg = Resistencia a tierra de la red de tierras = (Ohm) Ig = Corriente de falla a través de la red de tierra = (A) 27 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Las expresiones anteriores indican que el valor admisible de la red de tierras Rg estará limitado por la tensión o nivel de aislamiento EPG (10 kV) de los equipos sensibles de comunicaciones, protecciones o control, así como de la corriente de falla Ig (A) esperada en cada instalación. Cuando la continuidad del servicio es muy relevante se emplean transformadores de aislamiento los cuales eliminan las corrientes originadas por diferencias de potencial entre electrodos de conexión a tierra remotos, lo que es una buena medida técnica, sin embargo, debido al alto costo de los transformadores de aislamiento, este esquema resulta demasiado costoso, sobretodo si consideramos que éstos se instalan por cada par de conductores, por lo que resulta más conveniente trabajar en la reducción de los valores de Resistencia de la red de tierras. Donde: EPG = Elevación de potencial de la red de tierras = 10 kV 28 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Las características naturales del terreno y la capacidad de corto circuito de las instalaciones eléctricas determinan los parámetros básicos para el diseño de una buena red de tierras, por lo que los factores indispensables que deben considerarse en un diseño son: •Resistividad

del terreno.- Es prácticamente el parámetro que más influye para la

determinación de las características de la red de tierras, por lo tanto es imprescindible conocer su valor y estructura realizando mediciones en campo en forma exhaustiva lo más precisas posible por las siguientes razones: •Por

la importancia que tiene la Resistividad para determinar el valor de la Resistencia de conexión a tierra de los equipos y de las elevaciones de potencial que se presentarán en la superficie del terreno cuando se presente una falla.



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•Por la necesidad de reducir los tiempos de duración de las fallas.

•Debido

a la importancia de la Resistividad del terreno para la operación de los sistemas eléctricos en los que se considera como trayectoria de la corriente •Área

de la subestación.- El área donde se ubicará la subestación deberá siempre

conocerse al iniciar un diseño ya que, como se explicará , la resistencia de la red de tierra es una función del área donde se instalara ( además de la resistividad), sabemos que la resistencia para un conductor o un área determinada se calcula como : R = ρ L/A •Tiempos

de apertura de interruptores.- Como se indica en valores normalizados de

los potenciales de paso y de toque , el tiempo en el que persiste la falla determinara la magnitud del potencial seguro. Sin embargo, a pesar de que en el presente se usan interruptores rápidos, se sugiere el valor de t = 0.5 segundos. 30 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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•Nivel

de aislamiento de equipo de comunicaciones.- como ya se vio tienen un nivel de

aislamiento de 5 o 10 kV, por consiguiente este valor determinará, en gran parte , la resistencia de la red, ya que una elevación de potencial (EPR) mayor a estos valores dañaría los cables de control y comunicación. .Los valores de corriente de corto circuito monofásicos y trifásicos •Potenciales

de paso y de toque.- Para asegurar la protección de personal dentro del área de la instalación durante la ocurrencia de una falla, es necesario limitar estos potenciales a valores

normalizados, los cuales se han establecido a través de

experimentos. Para calcular los valores máximos tolerables de potenciales de paso y de toque, se establecen las siguientes ecuaciones:



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Vpaso = (116 + 0.7 Cs ρ s)/ √ t Vtoque = (116 + 0.17 Cs ρ s)/ √ t Donde : ρ s = resistividad superficial del terreno t = tiempo de liberación de la falla C s = factor de reducción, debido a la capa superficial del terreno. en general se recomiendan valores de : ρ s = 3000 Ω -m ; cuando se hace uso de roca triturada

t = 0.5 s ( valor conservador) La guía 80 de IEEE recomienda el uso de 1000 Ohms para la resistencia del cuerpo humano.



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Rf = 3Cs ρ s resistencia de un pie Generalmente, la resistencias de contacto entre la mano y el pie se consideran despreciables. Sin embargo, la resistencia del suelo directamente debajo del contacto del

Vc = RcI = 1000 x

0.116 t

pie( Rf) se considera importante. Si tomamos al pies como un electrodo de placa circular, la resistencia aproximada es de 3 ρ s . Estando la persona sobre el terreno natural. El voltaje de contaco seria: Y estando la persona sobre una capa superficial (grava) El voltaje de contacto seria:

Vc = (1000 + 1.5Csρ s )

0.116 t 33



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Rc

Rs

ρs

hs+ +

grava + h +

ρ1

1

ρ2

2

Tierra natural



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7) CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA RED DE TIERRA, STD IEEE – 80 - 2000

1.1 Datos 66 m.

ANCHO Lx LARGO Ly

53 m.

ÁREA DISPONIBLE PARA LA RED (A) TIPO DE MALLA (REGULAR/IRREGULAR) RESISTIVIDAD DEL TERRENO CAPA 1 ( ρ) RESISTIVIDAD DEL TERRENO CAPA 2 RESISTIVIDAD SUPERFICIAL (ρs) ESPESOR DE LA CAPA SUPERFICIAL (hs) CORRIENTE DE FALLA DURACIÓN DE LA FALLA (ts) PROFUNDIDAD DE ENTIERRO (h) CANTIDAD DE VARILLAS LONGITUD DE CADA VARILLA (Lr)

3504 m2 IRREGULAR 319 ohms-m

53m @ 3

18 ohms-m 3000 ohms-m 0.10 m. 25000 A. 0.5 seg. 0.5 m. 41 Pzas. 3.05 m.

66m @ 3



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1.2 Cálculo de las tensiones permisibles Para la determinación de las tensiones de paso y de control máximas permisibles por el cuerpo humano, se debe considerar que el tiempo de exposición de la falla debe ser el máximo tiempo hasta que la falla se libere, normalmente en un intervalo de 0.1 – 1.0 seg. El tiempo de duración de la falla se considera de 0.5 seg. Así mismo, se considera que el paso promedio del personal en la subestación es de 50 kg.



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PARA LA TENSIÓN DE PASO: PARA LA TENSIÓN DE CONTACTO

Epaso = (1000 + 6Cs * ρs)

DONDE:

Cs = 1 −

Epaso = 2297.96 V.

0.116 ts

Econtacto = (1000 + 1.5Cs * ρs)

0.09(1 − ρ/ρs) 2hs + 0.09

=

0.116 ts

0.7227

Econtacto = 697.53 V.



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1.3 Cálculo de longitud del conductor

No. HILOS

LONGITUD SUBTOTAL

21

60

1260

m.

28

46

1288

m.

50

m.

Lc=

2598

m.

LR = L=

125.05 2723.05

Pzas. m.

DISPÁROS SUBTOTAL LONG. VARILLAS LONGITUD TOTAL

SEPARACIÓN ENTRE CONDUCTORES HORIZONTAL D = VERTICAL D=

3 3

m. m.



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1.4 Datos del conductor de la malla: CALIBRE: 500 KCM DIAM: ÁREA:

0.02065 m. 253.4 mm2



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1.5 Calculo de la resistencia de la malla

⎡1

Rg = ρ ⎢

⎣

L

+

1 ⎡ ⎤⎤ + 1 ⎢ ⎥ ⎥ = 2.4834 ohms 20A ⎣ 1 + h 20/A ⎦ ⎦ 1

Considerando el efecto del hilo de guarda, tenemos que: Si el hilo de guarda es de acero de 3/8” φ, su resistencia es de : Z1 = 1.8 ohms/Km Resistencia equivalente del hilo de guarda: base de las torres = 4 x 4 = 16 m2



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1.5 Cálculo de la resistencia de la malla...continua Radio equivalente: r =

16

Π = 2.2557 m

Donde la resistencia de la torre será: ρ

R1 = 2 Π r

=

319 2 x Π x r

Considerando 3 torres por Km.

=

3.17

R2 =

ohms

3.17 3

=

1.06

ohms 41



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1.5 Calculo de la resistencia de la malla...continua La impedancia equivalente hilo de guarda- torre será:

Z = Z1xR2

=

1.38 ohm

Como son 2 alimentadores, entonces llegan a la subestación 2 hilos de guarda, sin embargo, conservadoramente consideraremos un solo hilo de guarda: De donde: Z =

1.38 1

=

1.38


ohms

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1.5 Calculo de la resistencia de la malla...continua

Porción de corriente que circulara por la red de tierras: % 1 =

Z Z + Rg

= 0.3572 = 35.72 % de 1

De donde: I red = 25000

x 0.3572 = 8929.24 Amp.


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1.6 Elevación de potencial de la red (GPR) La corriente máxima de la red se basara en los 8929 A. De corriente de falla, y se calcul mediante la ecuación:

IG = Df * Sf * 3Io Donde: Df = Factor de decremento para la duración completa de la falla para este se considera el valor de 1 Sf = Factor de división de la corriente de falla. En base a la figura C. 21 curvas para factor de falla, nos da un valor de: 0.17


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1.6 Elevación de potencial de la red (GPR)...continua

Por lo tanto IG = 1517.97 A. Ahora, comparando el producto de IG y Rg. o GPR, para el voltaje de toque tolerable, tenemos que:

GPR = IG * Rg

Sustituyendo:

GPR = 3769.7 V.


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1.7 Cálculo de tensión de malla y de paso de la red.

Km = 1 ⎡⎢Ln⎡⎢ D2 + (D + 2h)2 2π ⎢ ⎢⎣16hd 8Dd

⎣

De donde:

− h ⎤⎥ + Kii Ln⎡⎢ 8 ⎤⎥⎤⎥ 4d⎥⎦ Kh ⎣π (2n − 1) ⎦⎥ ⎦

D = Separación de cables

Lp = Longitud del conductor (m) 244

h = Profundidad de entierro d = Diámetro del conductor


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1.7 Cálculo de tensión de malla y de paso de la red...continua Para las mallas sin varillas de tierra a lo largo de su perímetro, o para mallas con varillas de tierra en las esquinas o a lo largo del perímetro y dentro del área de la malla: Kii = 1 n = na * nb * nc * nd

De donde: na = nb = 1 nc = 1 nd = 1

2 Lc Lp

= 21.2951

Para malla cuadrada Para mallas cuadradas y rectangulares Para mallas cuadradas, rectangulares y en forma de “L”


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1.7 Cálculo de tensión de malla y de paso de la red...continua Entonces: n = 21.2951 Por lo tanto: Km = 0.1592 Calculo de Ki:

x 4.3909 +

Ki =

0.148 n

0.644 +

=

0.7937

x

-2.80941

=

0.343962

3.7957

Para mallas con varillas en las esquinas de la malla, así como para mallas con varillas localizadas en el perímetro, la longitud efectiva del conductor enterrado es:

⎡ ⎡ ⎤⎤ Lr ⎢ ⎢ ⎥ ⎥LR = 2797 m. Lm = Lc + 1.55 + 1.22 2 2 ⎢ ⎢⎣ Lx + Ly ⎥⎦ ⎥⎦ ⎣ SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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1.8 tensión de la malla:

Em

=

Km x Ki x

ρ

x IG

= 226.0013 V.

Lm

1.9 Tensión de paso: Para mallas con o sin varillas de tierra, la longitud efectiva del conductor enterrado es:

Ls = 0.75 Lc + 0.851 =

2054.7925 m.


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1.9 Tensión de paso...continua

Ks

=

⎡ 1 1 1 [1 - 05 n-5 ]⎤ = 0.4623 Π ⎢⎣ 2h D + h D ⎥⎦ 1

G

Es

x = Ks x Ki Ls

ρ

x I

= 413.5284 V.


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1.10 Criterios de aceptación:

Ks

= 1 ⎡⎢ 1 1 1 [1 - 05 n-5 ]⎤⎥ = 0.4623 Π ⎣ 2h D + h D ⎦

Es

= Ks x Ki x

Ls

ρ

x IG

= 413.5284 V.


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1.10 Criterios de aceptación:

Em

226.0013 <

Econtacto 697.53

Es

413.5284 <

Epaso


2297.96

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S. E. Zapotlanejo ZAP-EM-018-21 Rev.: 1 red de tierras memoria de calculo Dimensionando el conductor La tabla 2 de la Norma IEEE 80 pag. 44 indica dos valores para la temperatura máxima posible del conductor de cobre estirado en frío 1084° C y 250° C, aclarando en el punto 11.3.3.b de la pagina que “sería prudente no exceder los 250° C para prevenir el recocido o destemple de los conductores”. Esta recomendación resulta lógicamente aplicable a aquellos conductores sometidos a esfuerzos mecánicos, donde la elevación de su temperatura por sobre los 250° C, modificaría su resistencia mecánica, alterando las condiciones de diseño, como podría resultar por ejemplo en el caso de un tubo soportado por aisladores, donde el calculo mecánico forma parte del diseño. Esta situación no es aplicable a nuestro caso.


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S. E. Zapotlanejo...continua Como puede observarse en los distintos ejemplos de la Norma, la temperatura máxima adoptada para el cálculo de los conductores de cobre es de 1084° C, recomendándose lógicamente no llegar a este valor, adoptándose secciones de conductores mayores a las calculadas, no solamente por razones térmicas, sino por adecuaciones comerciales, corrosión, seguridad, etc.


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Conexión a la red de tierra

Todos los equipos y estructuras se encuentran aterrizados en dos puntos conectados a distintas ramas de la red de tierras, con lo que la distribución de la corriente, en caso de falla a tierra, responderá aproximadamente al siguiente esquema.


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Conexión a la red de tierra...continua

If = 35.80 KA

If / 4 If / 2

If / 4

If / 2

If / 4 If / 4

Como se puede observar, el conductor mas comprometido es el de los disparos de conexión, donde podemos asumir que la corriente que circulará por los mismos es aproximadamente la mitad de la corriente de falla (If/2). Para los conductores de la malla propiamente dicha, la corriente circulante, será del orden de la cuarta parte de la corriente de falla. SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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Verificación de los disparos de conexión

Se aplicara la fórmula simplificada.

A KCM = 1. Kf . tc

(Fórmula 42 IEEE 80)

Kf = 7,06 (Para Tm = 1084° C) (Tabla 2 – Pag. 44) If 35,80KA I= 2 = 2

= 17,90KA

tc = 0,5 seg.


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Verificación de los disparos de conexión...continua A

= 17,90 . 7,06 0,5

A = 89,36 KCM Siendo esta sección mínima requerida para cada uno de los dos disparos que se deben utilizar para conectar los equipos a la malla (sustancialmente menor a la sección adoptada, 211 KCM)


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Verificación de los disparos de conexión...continua Ahora bien y de acuerdo también a ejemplos de la Norma nos fijamos como temperatura máxima posible 700° C y calculamos la sección necesaria. A = I x

(33 x t) / log (1

+ (Tm - Ta) / (234 + Ta)

I = 17900 A Tm = 700° C


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Verificación de los disparos de conexión...continua Ta = 39° C t = 0,5 seg. A = 99,48 KCM Como podemos observar esta sección resulta del orden de la mitad de la sección adoptada (211 KCM) Finalmente y a pesar de no estar de acuerdo haremos la verificación térmica de los disparos de cobre “que no se encuentran sometidos a esfuerzo mecánico alguno” con una temperatura máxima de 250° C.


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Verificación de los disparos de conexión...continua A KCM = I . Kf . tc

Kf = 11,78 (Para Tm = 250° C - Tabla 2) Tc = 0,5 seg. I = 17,90 KA A = 149,10 KCM

Sección adoptada 4/0 AWG = 211 KCM

Por lo tanto la sección adoptada supera en más de un 40% a la sección necesaria, aún con la consideración de tomar una temperatura máxima de 250°C.


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Tensión de toque Los valores indicados en la especificación de diseño de SE’s (60/120Volts), entendemos son simplemente indicativos, ya que resultan de condiciones diferentes a las que nos ocupan (patio de la S.E. sin cubierta de material aislante, tiempo de falla elevado, etc.) Creemos oportuno destacar, que las condiciones de riesgo para el ser humano, no pasan por un determinado valor de tensión, sino que están dados por la corriente que puede circular por el cuerpo humano, el tiempo y la frecuencia; debiéndose evitar la fibrilación ventricular con el consiguiente daño cardíaco. (Ver adjunto perteneciente a “Diseño de S. E’s Eléctricas” del Ing. José Raull Martín). Según se determina con la fórmula de Dalziel la corriente tolerada por una persona de 50 Kg, sin riesgo alguno viene dada por la fórmula:


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Tensión de toque...continua

Ic

=

0,116 t

Donde: Ic = Valor de la corriente que circula por el cuerpo (A) T = Duración del choque eléctrico (seg.) Para nuestro caso tendremos una corriente máxima aceptable De Ic

=

0,166 0,3

= 0,211 A


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Tensión de toque...continua La tensión de contacto admisible resulta entonces: Econt

Rt ⎞ = ⎛ ⎜ Rc + ⎟ Ic 2 ⎠ ⎝

Donde: Rc = 1000 Ω Resistencia del cuerpo humano Rt =

Resistencia del terreno

Se asume a los fines prácticos que Rt = 3ρs (ρs = 3000

Ω.

M - Ver M.C.)

Por lo tanto tendremos que SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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Econt = (1000 + 1,5 ρs ). Ic

Ajustando por coeficiente de capa (Cs = 0,7 . ver M.C.)

⎛ ⎞ Econt = ⎜ 1000 + 1,5 ρs . Cs ⎟ . Ic ⎜ ⎟ R cuerpo R sistema PAT ⎠ ⎝ 1 2 3

14 243

R sistema = 1,5 . 3000 . 0,7 = 3150

Ω


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Rc = 1000 W

Rsist. = 3150 W

Ic

Para el caso de la máxima corriente aceptable tendremos: Econt. Admisible= (1000 + 3150). 0,211 = 878,90 Volts SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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Tensión de toque...continua En caso de falla, el valor obtenido de la tensión de contacto es Em = 669 Volts (ver M.C.) Con esta tensión y volviendo a circuito equivalente anterior, tendremos: Em = (Rc + Rsist) Ic

Ic

=

Em Rc + Rsist

Ic = 0,161 A < 0,211 A Siendo esta la corriente a circular por el cuerpo de una persona de 50 Kg en caso de falla, menor a la calculada como aceptable, aún en condiciones conservativas. SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

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Conclusiones Entendemos que el diseño efectuado resulta satisfactorio, ofreciendo condiciones óptimas de seguridad, tanto para el personal como para las instalaciones, a pesar del planteo sumam ente conservativo con el que se realizó el cálculo:

•

Se incrementó la corriente de falla por posibles crecimientos de la instalación, no tomando en cuenta la consecuente ampliación de la malla con dicho crecim iento de la instalación.

•

Se consideró que toda la corriente de falla pasa a la red de tierras, no teniendo en cuenta la parte de la misma que se deriva por los hilos de guarda de las líneas.


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1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra en las líneas de transmisión...continua donde

ρ

= resistividad del terreno (Ω - m) l = longitud del electrodo o varilla (m) a = radio de la varilla El valor de la resistividad del terreno

ρ

se obtiene de mediciones, de manera

que una vez definida la trayectoria de la línea, se muestrea el terreno y se localizan los puntos de medición.


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1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra EN SISTEMA SENCILLOS

Por lo general, esta solución se aplica en sistemas de tierras construidas en terrenos de resistividad relativamente baja. El valor de la resistencia obtenido por medio de electrodos se determina

de acuerdo a la

expresión:

⎛ 2l ⎞ R = 2π l ln⎜ ⎝ a ⎠⎟ [Ω] ρ



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7) CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA RED DE TIERRA, STD IEEE – 80 - 2000 Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra...continua

Se hacen al menos 4 mediciones por punto localizado separando los electrodos en múltiplos de 0.60 cm o de 0.80 cm. Una idea de los valores de resistividad del terreno de acuerdo a sus características se da en la tabla siguiente: Tipo de terreno Terreno de cultivo Terreno seco Terreno rocoso Roca

Resistividad (Ω - m) 10 – 100 100 – 1000 103 – 106 108



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1.


Aún cuando los electrodos se aplican en terrenos de resistividad relativamente baja, para obtener valores menores en un mismo terreno se pueden usar electrodos en paralelo. El valor de la resistencia al pie de la torre se determina con las siguientes expresiones:



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1.


♦

Dos electrodos en paralelo. 2a

El radio equivalente es A = donde

a • d

d

d = separación entre electrodos a = radio del electrodo la resistencia al pie de la torre es R

=

⎛ 2l ⎞ ln⎜ ⎟ [Ω] 2π l ⎝ A ⎠ ρ



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1.


♦

Tres electrodos en paralelo.

El radio equivalente es A

=

3

a

• d 2

d

d

d

la resistencia al pie de la torre es

R

=

⎛ 2 l ⎞ ln ⎜ ⎟ [Ω ] 2π l ⎝ A ⎠ ρ



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1.


Ejemplo.- Calcular la resistencia al pie de la torre para las estructuras de una línea de transmisión de 230 kV, con dos conductores de guarda de 5/8” de diámetro y que se localiza en un terreno con resistividad de 300 Ω - m. Se usan electrodos estándar de 3.05 m de longitud y diámetro de 3/8”. Se analizan los siguientes casos:

a)

Con un electrodo.

b) c) d) e)

Con dos electrodos separados 0.6 m entre si. Con dos electrodos separados 1.0 m entre si. Con cuatro electrodos separados 0.6 m entre si. Con cuatro electrodos separados 1.0 m entre si. 75 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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1.


a) Con un electrodo.

ρ

= 300 Ω - m l = 3.05 m

a

=

2.54 × 5 / 8

= 0.79375

2

300 ⎛ 2 × 305 ⎞ = 15.6545 ln(768.74) = 104.02 Ω R = ln⎜ ⎟ 2π (3.05) ⎝ 0.7935 ⎠ 76 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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1.


Cuatro electrodos en paralelo.

♦

2a

El radio equivalente es A =

4

2

2 • a •d

la resistencia al pie de la torre es R

=

ln⎛ ⎜ 2l ⎞⎟ [Ω] 2π l ⎝ A ⎠

d

d

d

ρ

d



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1.


b) Con dos electrodos separados 0.6 m entre si. A =

R =

a × d =

0.7935 × 60 = 6.9 cm

300 ln⎛ ⎜ 2 × 305 ⎞⎟ = 70.16 Ω 2π (3.05) ⎝ 6.9 ⎠ 78 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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1.


c) Con dos electrodos separados 1.0 m entre si.

A = a × d =

R =

0.7935×100 = 8.9 cm

⎜ 2 ×8.305 ⎞⎟ = 66.18 Ω 2π 300 (3.05) ln⎛ ⎝ 9 ⎠ 79 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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1.


d) Con cuatro electrodos separados 0.6 m entre si. A = 4

R

2 × a × d 2 = 4 2 × 0.7935 × 60 2 = 7.97 cm

305 ⎞⎟ = 67.9 Ω = 2π 300 ⎜ 27×.97 (3.05) ln⎛ ⎝ ⎠



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1.


e) Con cuatro electrodos separados 1.0 m entre si.

A = 4

R

2 × a × d 2 = 4 2 × 0.7935 × 100 2 = 10.3 cm

ln⎜ 2 × 305 ⎞⎟ = 63.89 Ω = 2π 300 (3.05) ⎛ ⎝ 10.3 ⎠



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1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra en las líneas de transmisión...continua Número de electrodos 01

Separación [m] Resistencia [ Ω ] 104.02

02

0.6

70.16

02

1.0

66.18

04

0.6

67.9

04

1.0

63.89



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1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra en las líneas de transmisión...continua Suponiendo que la separación entre patas de la torre es de 7.00 m y se usa un electrodo por pata, entonces se consideran en paralelo solo si la resistividad del terreno es inferior a 550 Ω - m. d = 7.00 m a = 0.7935 cm ρ

= 300 Ω - m



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7) CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA RED DE TIERRA, STD IEEE – 80 - 2000 5/16/2018


1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra en las líneas de transmisión...continua

a) Con cuatro electrodos en paralelo se tiene 7.0 m

A = 4

2 × a × d 2 = 4 2 × 0.7935 × 700 2 = 27.23 cm 7.0 m

R =

300 ln⎛ ⎜ 2 × 305 ⎞⎟ = 48.67 Ω 2π (3.05) ⎝ 27.23 ⎠



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1.

Uso de varillas o electrodos para la red de tierra en las líneas de transmisión...continua b) Consideremos que se usan dos electrodos localizados en forma diagonal d

=

7

2

+ 7 2 = 9 .9 m 7.0 m

a = 0.7935 cm

d A =

4

2

× 0 . 7935 × 990 2 =

32 . 38

7.0 m

cm

R =

300 ⎛ 2 × 305 ⎞ = ln ⎜ ⎟ 2π (3.05) ⎝ 32 . 38 ⎠

45 . 96

Ω 85



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2.

Red de tierras en las líneas de transmisión por medio de contrantenas.

Esta red de tierras se hace con conductores que pueden ser de acero (en terreno no corrosivo, como son los terrenos de cultivo o seco), cobre o aluminio (solo se utilizan en terrenos corrosivos). Este tipo de redes busca mayor área de contacto con el terreno y por eso se diseñan como trayectorias horizontales, no se entierran a gran profundidad (50 – 60 cm) y es deseable que el calibre del conductor o su diámetro sea el mismo que el del cable de guarda. 86 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


86/133



2.

Red de tierra en las líneas de transmisión por medio de contrantenas....continua

0.50 - 0.60 cm Contrantena

Contrantena

Derecho de vía 87



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2.

Red de tierra en las líneas de transmisión por medio de contrantenas....continua La resistencia al pie de la torre se calcula de acuerdo con la expresión:

2l ⎛ ⎞ R = π l ⎜⎝ ln 4 ad − 1 ⎠⎟ [Ω ] ρ

donde l = longitud total de la contrantena (m) (en forma independiente de en cuantas secciones se divide. d = profundidad a la cual se entierra la contrantena (m). a = radio del conductor de la contrantena (m) ρ

= resistividad del terreno ( Ω - m ) 88 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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2.

Red de tierra en las líneas de transmisión por medio de contrantenas....continua Ejemplo.- Calcular el valor de la resistencia al pie de la torre que se obtiene para una línea de 230 kV, que se construye en un terreno de 300 Ω - m de resistividad, usando contrantenas de conductor de acero de ½” de diámetro, enterrada a 50 cm de profundidad. Se considera para la contrantena una longitud total de 200 m.



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2.


0.50 cm Contrantena 50 m

50 m

50 m

50 m 90 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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2.

Red de tierra en las líneas de transmisión por medio de contrantenas....continua Solución La resistencia al pie de la torre se obtiene con la expresión R =

⎛ ln 2l 1 ⎞ [ ] − ⎟ Ω ⎜ π l ⎝ 4ad ⎠ ρ

donde: l = 200 m ρ

= 300 Ω - m

d = 0.5 m 91 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


91/133



2.


a) a

=

0 .5

× 2.54 2

= 0.635 cm

300 ⎛ R = ⎜ ln π (200) ⎝

× 200000 400000 − 1 ⎞⎟ = 0.477 ⎛ − 1 ⎞⎟ = 4.52 Ω ⎜ ln 4 × 0 .635 × 50 ⎠ ⎝ 11 .269 ⎠

2

b) Suponga ahora que la longitud total de la contrantena es de 50.0 m. R

=

300 ⎛ 2 × 5000 ⎞ − 1⎟ = 11.05 Ω ⎜ ln π (50 ) ⎝ 4 × 0.635 × 50 ⎠ 92 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


92/133



2.


c) Si l = 50.0 m y el diámetro de ¾”.

a=

0.75

× 2.54 2

300 ⎛ R = ⎜ ln π (50) ⎝

= 0.9525 cm × 5000 10000 − 1 ⎞⎟ = 1.9098⎛ − 1 ⎞⎟ = 10.67 Ω ⎜ ln 4 × 0.9525 × 50 ⎠ ⎝ 13.802 ⎠ 2

d) Usando l = 50.0 m y diámetro de ½” , con una profundidad de 70 cm. R =

300 ⎛ 2 × 5000 10000 ⎞ ⎞ − 1⎟ = 1.9098⎛ − 1⎟ = 10.73 Ω ⎜ ln ⎜ ln π (50) ⎝ 4 × 0.635 × 70 ⎠ ⎝ 13.334 ⎠



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2.

Red de tierra por medio de contrantenas....continua

e) Si el terreno tiene ρ = 1000 Ω - m, d = 0.5 m, a = 0.635 cm y l = 200 m.

R =

1000 ⎛ ⎜ ln

2 × 20000

(200) ⎝

4 × 0.635 × 50

π

40000 ⎞ ⎞ − 1⎟ = 1.5915⎛ − 1⎟ = 11.42Ω ⎜ ln

⎠

⎝ 11.269 ⎠

Ejemplo.- Suponga que se tiene un terreno con resistividad de 500 Ω - m y que se instala una línea que usa contrantenas como red de tierras, con conductor de acero de diámetro de ½” a una profundidad de 50 cm. 1. Calcular la longitud total de la contrantena para una resistencia al pie de la torre de 15Ω. 2. Calcular la longitud total de la contrantena para una resistencia al pie de la torre de 10Ω. 94 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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7) CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA RED DE TIERRA, STD IEEE 80 2000 5/16/2018


2.

Red de tierra por medio de contrantenas....continua Solución 1. La ecuación gen eral es:

R

=

ρ π l

⎛ ⎜ ln ⎝

2l ⎞ − 1⎟ 4 ad ⎠

datos ρ

a

= 500

=

Ω

-m

0 . 5 × 2 . 54 0 . 635 = = 0.00635m 2 100

d = 0 .5 m l = ? R = 15 Ω

4 ad =

4 × 0 . 00635 × 0 . 5 = 0 . 1127 m

95




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7) CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA RED DE TIERRA, STD IEEE 80 2000 5/16/2018


2.


despejando l Rπ ρ

15

= 1 ⎛ ⎜ ln 2l − 1 ⎞⎟ l ⎝ 0.1127 ⎠

× π

500

1 = ⎛ ⎜ ln l + ln

l 0.09425

⎝

2 0 1127

.

− 1 ⎞⎟ ⎠

1

1

l

l

= (ln l + 2.87626 − 1) = (ln l + 1.8763 ) 96 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.



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2.


des pejand o l...con tinua 1

l 1

l

ln l +

1 . 87626

l

− 0 . 09425 =

(ln l + 1 . 8763 ) − 0 . 09425

=

0

0



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2.


para calcular la l es necesario aplicar algún método numérico, en este caso se realiza lo siguiente: Método de Newton – Raphson

ln

= l n+1 −

f (l n +1 ) f ' (l n +1 ) 1 8763

f (ln −1 ) =

f ' (ln−1 ) =

ln l + l . 1

− 0.09425

− ln l − 1.8763 l

2



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2.


n

ln

f(l)

f´(l)

f(l)/f´(l)

ln+1

0

50.0000

0.0215

-0.0019

-11.2344

61.2344

1 2 3 4 5

61.2344 63.9303 64.0411 64.0413 64.0413

0.0036 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000

-0.0013 -0.0012 -0.0012 -0.0012 -0.0012

-2.6959 -0.1109 -0.0002 0.0000 0.0000

63.9303 64.0411 64.0413 64.0413 64.0413

6 7

64.0413 64.0413

0.0000 0.0000

-0.0012 -0.0012

0.0000 0.0000

64.0413 64.0413

l = 64 m 99 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.



99/133

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2.


2. Calcular la longitud total de la contra-antena para una resistencia al pie de la torre de 10 Ω. n n 0 1 2 3 4 5 6

ln l n 50.0000 77.6370 97.6866 103.4168 103.7379 103.7388 103.7388

f(l) f(l) 0.0529 0.0174 0.0033 0.0002 0.0000 0.0000 0.0000

f´(l) f´(l) -0.0019 -0.0009 -0.0006 -0.0005 -0.0005 -0.0005 -0.0005

f(l)/f´(l) f(l)/f´(l) -27.6370 -20.0496 -5.7301 -0.3211 -0.0009 0.0000 0.0000

ln+1 l n+1 77.6370 97.6866 103.4168 103.7379 103.7388 103.7388 103.7388

l = 103.7 m 100 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


100/133

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Los sistemas eléctricos de potencia están sólidamente conectados a tierra a través de elementos metálicos enterrados conocidos como electrodos, que pueden ser verticales en el caso de las varillas copperweld o galvanizadas u horizontales en el caso de las contra antenas de cable de cobre o de acero galvanizado o la combinación de éstos, (misma que es la configuración que da mejores resultados) así mismo, se utilizan electrodos prefabricados o fabricados en sitio a base de carbón de grafito, bentonita u otros materiales de baja resistividad conectados a través de una contra- antena. Las redes de tierra requieren mantenimiento debido principalmente al envejecimiento de sus componentes que genera corrosión en sus terminales y conexiones, cambios en los valores de Resistividad drásticos motivados por urbanizaciones, modificaciones en el uso de suelos cercanos a las instalaciones, condiciones climatólogicas, agrícolas , por vandalismo etc. 101 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


101/133

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El mantenimiento de las redes de tierra se realiza en forma periódica considerando las Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

siguientes actividades fundamentales:  

En una subestación de potencia. Medición de la resistividad del terreno, tratando de cubrir toda la superficie del terreno.



Medición de continuidad de bajantes de equipo a la red de tierras.



Medición de continuidad entre bahías e instalaciones nuevas. Medición de la resistencia de la red de tierras.



Corrección de la red de tierras, en Subestaciones de Potencia aquellas redes



de cuyo valor de Resistencia a tierra no garantice Protección para el personal 

ni para el equipo de acuerdo a las corrientes de falla esperadas. Validar con un programa que los voltajes de paso y contacto en la subestación son correctos. 102 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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En una línea de transmisión 

Medición de Resistividad del terreno donde se encuentra la torre.



Medición de Resistencia de tierra



Revisión de las conexiones a los cables de guarda y a las patas de las estructuras así como de la integridad de las contra-antenas.



Reparación de las redes de tierra que presenten daños físicos, en las partes dañadas exclusivamente, tratando de restaurar sus condiciones originales.



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



Corrección de las redes de tierra que están fuera de diseño por incremento en las corrientes de falla de las instalaciones eléctricas. Corrección de las redes de tierra en las instalaciones que se ha tenido problemas debidos a descargas atmosféricas o daños de equipos sensibles de comunicaciones.



Corrección de las redes de tierra que tengan valor de Resistencia mayor a 10,0 Ohm en estructuras de Líneas de Transmisión



104/133

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Para la reducción del valor de Resistencia de las redes de tierra se utiliza generalmente materiales de baja Resistividad los cuales co-actúan con el terreno mejorando la conexión de estructuras o carcazas de equipos a ésta. Por lo general se utilizan cables o alambres de cobre por la alta conductividad que tienen, sobre todo en instalaciones donde no se tiene antecedentes o probabilidades de robos o afectaciones por vandalismo, en algunos casos donde se dificulta la instalación de varillas por las condiciones del terreno o por las restricciones de espacio disponible se utilizan los rellenos y electrodos prefabricados o fabricados en sitio. Las correcciones de redes de tierra en Líneas de Transmisión se hacen en base a los rangos de Resistividad de terrenos que se correlacionan con los tipos de cimentación (metálicas o de concreto) que se tenga, de acuerdo a las siguientes tablas. 105 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


105/133

Las contra-antenas deben conectarse a cada pata de la estructura dispuestas a 45 5/16/2018


grados con relación a la trayectoria de la Línea de Transmisión y rematarse en una varilla enterrada en el extremo de la misma cuando es posible su instalación. Las contra-antenas deben alojarse en zanjas que tengan una profundidad mínima de 0,5 m con excepción de los terrenos de cultivo donde la profundidad debe ser de 1,5 m. Para prevenir daños por los implementos agrícolas. Los electrodos verticales deben instalarse equidistantemente, conectando sIempre un electrodo en el extremo de la contra-antena. En caso de que no sea posible clavar electrodos verticales (varillas), se requiere instalar electrodos fabricados en campo, utilizando 6,5 m de alambre de cobre calibre No. 4 AWG arrollado de tal forma que esté presente prácticamente en toda la estructura del electrodo, para lo cual se requiere de una separación entre vueltas de 9 cm. Y que éstas sean de 25 cm de diámetro, en combinación con cualquiera de las 2 mezclas siguientes: 106 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


106/133

La determinación de la Resistividad se debe Obtener a través de mediciones realizadas 5/16/2018

directamente en campo, evitando la utilización de tabulaciones de carácter general que Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

solo sirven para dar una idea del tipo de terreno, como las que se muestran en la siguiente tabla : Naturaleza del suelo

Resistividad promedio (Ω.m)

Terreno Húmedo o suelo orgánico

10 – 50

Terreno de cultivo o arcilloso

50 – 100

Tierra arenosa Húmeda Tierra arenosa seca Tierra con guijarros y cemento Roca cristalina Arena y grava

100 – 200 200 – 1000 200 –1000 50 – 500 50 – 1000

Roca porosa Suelo rocoso húmedo

20 – 2000 2000 – 3000

Granito basalto, etc.

1000

Roca compacta

10000 107



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Las mediciones permitirán establecer la representación del suelo a través de un Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

modelo homogéneo o estratificado, por lo que se deberán realizar en varios lugares dentro de la instalación o donde se proyecte instalar una estructura. Para medir la resistividad del terreno es necesario hacer que circule una corriente a través de él, para lo cual se requiere insertar electrodos en el suelo que propicien tal circulación de corriente. El método generalmente utilizado es el de los cuatro electrodos desarrollado por el alemán Frank Wenner, aunque existen otros como el Shlumberger (este método se emplea solo en casos muy específicos) El método de Shlumberger es una modificación del método de Wenner. También emplea cuatro electrodos, en este caso. la separación (a) entre los electrodos centrales o de potencial se mantiene constante y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancias múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a). 108 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


108/133

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Estos electrodos se instalan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de Resistividad dependerán de la separación que exista entre electrodos y de la Resistividad propia del terreno. Este método es de gran utilidad cuando el equipo de medición es de poca precisión para valorar Resistencias pequeñas, debido a que el método Wenner introduce errores cuando se trata de Resistividades pequeñas del orden de 20 Ω m y no se cuenta con equipo de buena precisión. Al emplear el método Wenner con la configuración de los electrodos de corriente Cl y C2 se instalen en los extremos de los cuatro electrodos la Resistividad específica está dada por la siguiente expresión: ρ

4π aR

≈ 1

2a

+ a

2

+ 4b

2

=

2a

− 4a

2

+ 4b

2

4π aR

n 109



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Donde:


p = Resistividad del terreno en Ohm.m (1m) R = Resistencia medida en Ohm (.o) a = Distancia entre electrodos en metros (m) b = Profundidad de penetración de electrodos en metros (m) n = Factor aproximado que tiene un valor entre 1 y 2 dependiente de la relación b I a,; si (b = a, n=1.187); si (b = 2a n=1.030) si (b = 4a n= 1.003) Esta expresión se puede reducir a lo siguiente: p = 4 π aR si b»a es decir, cuando la profundidad de penetración es mucho mayor que la separación entre electrodos. p = 2 π aR t si b«a Es decir, cuando la profundidad de penetración es mucho menor que la separación entre electrodos. 110 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


110/133

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Esta relación es la que generalmente se utiliza en las instalaciones eléctricas, con la configuración CI-PI-P2-C2:

Donde: C1

= Electrodo de corriente No.1

P1 P2

= Electrodo de potencial No.1 = Electrodo de potencial No.2

C2

=Electrodo de corriente No.2 111 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Recomendaciones prácticas para la medición de Resistividad. 

Las mediciones deben realizarse preferentemente en temporada de sequía , evitando realizarlas después de un día lluvioso o cuando esté lloviendo.



Utilizar equipo de medición de Resistividad preferentemente digital para evitar



errores en la interpretación de lecturas. Utilizar cables forrados de calibres No. 12 o 14 A WG, los cuales son requeridos básicamente por su resistencia mecánica y no por sus características eléctricas.



Utilizar electrodos de dureza suficiente que soporten el uso rudo en terrenos de diferente (arcilla, roca arena, etc).



Siempre es recomendable contar con una cinta métrica de 50 metros de longitud, preferentemente de lona, un martillo bola con peso adecuado y un termómetro. 112 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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

Como medida de Seguridad se debe usar siempre guantes de carnaza o algún otro Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

aislante cuando se trabaja en instalaciones energizadas, esto por la posibilidad de que se presenten elevaciones de potencial peligrosas cuando se estén haciendo las mediciones debidas a fallas en la instalación. 

No se debe tocar los electrodos de corriente cuando se estén efectuando las mediciones requeridas.



En el caso de conocer el área para una subestación las mediciones por el método de Wenner deben hacerse en dirección de las diagonales que forman las cuatro esquinas del terreno, iniciando a partir del centro hacia afuera, se debe iniciar con una separación "a" = 3,0 a 5,0 m. dependiendo de la profundidad requerida de los electrodos para dar firmeza a su colocación, se debe dar incrementos en "a” de 2 a 3 metros hasta llegar a una separación máxima de 1/3 de "L" que es la longitud mayor del rectángulo formado por las dimensiones del terreno. 113 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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En el caso de mediciones de Resistividad para estructuras de Líneas de Transmisión,se considera normalmente dos casos que son; 

a) Para L T s en construcción deben realizarse siete mediciones de Resistividad iniciando a partir del centro de la estructura en dirección diagonal a la trayectoria la línea, eligiendo la dirección que ofrezca más facilidades en relación a las condiciones del terreno, con lo que se incluirá en las mediciones dos patas diametralmente (pata 1 a pata 3 y pata 2 a pata 4).

Las distancias “a” recomendadas entre electrodos son; 1.6, 3.2, 4.8, 6.4, 8.0, 9.6 Y 11.2 metros. 

b) Para L T s en operación deben realizarse dos mediciones iniciando a partir del centro de las estructuras, en dirección paralela a la trayectoria de la línea, con separación “a” entre electrodos de; 1.6 y 3.2 metros. 114 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.




En casos que se requiera estudios de redes de tierra para atender alguna estructura con

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problemática especial (altos valores de Resistencia a tierra o voltajes inducidos, aislamiento flameado, etc.), se debe hacer las mediciones con el procedimiento del inciso

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anterior. 

Se debe utilizar en campo un formato que contenga al menos la siguiente información: Subestación o Línea de Transmisión

Sección del terreno que se harán las mediciones de Resistividad Fecha No. de estructura Equipo utilizado, marca, No. de serie, fecha de calibración, etc. Método utilizado, normalmente Wenner. Temperatura ambiente. Descripción del terreno (tipo, naturaleza, estado de humedad, uso etc.) Resultados de las mediciones Resistencia n Resistividad del suelo Ω .m, fórmula ρ = 2 π aR.

115



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Existen varios métodos para determinar la Resistencia de las redes de tierras como son los Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

de dos o de tres puntos, sin embargo es preferible utilizar siempre el método llamado de caída de tensión: Este método es de uso común y requiere de dos electrodos remotos auxiliares (C2 y P2) solamente, debido a que las terminales Cl y Pl se conectan al electrodo bajo prueba, la configuración requerida en este método es la siguiente: Configuración para medición de Resistencia de tierra por método de tres electrodos.

( C1 P1 )

C2

P2 a1

a

2

dl 116 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Donde: C 1 =Electrodo de corriente No.1 P1= Electrodo de potencial No.1 P2= Electrodo de potencial No.2 C2=Electrodo de corriente No.2 a1= Distancia entre electrodo bajo prueba y electrodo P2, la más recomendable = 61.8% de dI cuando solo se requiere de una prueba. a2= Distancia entre electrodo P2 y electrodo C2 dI = Distancia entre electrodo bajo prueba y electrodo C2



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Para evitar los traslapes de influencia de estos electrodos, se sugiere colocar C2 a una distancia dl= 2D (D= diámetro equivalente de la red de tierras), si con esta distancia no se obtienen tres valores de R iguales, se deberá mover C2 a una distancia dl =4D. Cuando se trata de una red de tierras extensa y no de electrodos concentrados, se presenta el problema de cómo determinar las distancias a1 y dl y en que lugar se debe considerar el origen de la red, malla o electrodo bajo prueba, por lo que para esos casos particulares se recomienda el método de las pendientes que consiste en suponer un error "X" en las distancia a1 y dl, convirtiéndolas en (a1+x) y (dl+x). En resumen este método se aplica de la siguiente manera:



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La prueba consiste en inyectar una corriente (I) al electrodo baja prueba en C1 y medir la caída de tensión (V) que se presenta entre un punto remoto ubicado a una distancia (a1) P1 del electrodo bajo prueba. La Resistencia se obtiene por la expresión:

R = V /I Ohm Por lo general se requiere hacer varias mediciones cuando se desea precisar con alto grado de exactitud el valor de Resistencia de la red de tierras, lo cual se logra colocando a una distancia d1 el electrodo C2 y moviendo el electrodo P2 a intervalos iguales entre el electrodo bajo prueba y C2, hasta obtener tres valores iguales, lo cual se logra generalmente al 61.8% dI. 119 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


119/133

Medición de redes de tierra en Líneas de Transmisión 5/16/2018

Al igual que para las mediciones de Resistividad se hacen dos premisas, en LT’s en Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

proceso de construcción y en LT’s en operación: a) Medición de Resistencia a tierra en L T' s en proceso de construcción: Deben realizarse antes de que se instalen los cables de guarda a las estructuras, o en caso de que ya hayan sido colocados, deben desconectarse; aislándolos totalmente de la estructura, es decir, se debe medir la Resistencia exclusivamente de la estructura bajo prueba por el método de caída de tensión, siendo valor aceptable de Resistencia 10 Ohm.

La prueba consiste en inyectar una corriente (I) al electrodo baja prueba en C1 (red de tierra) y medir la caída de tensión (V) que se presenta entre un punto remoto ubicado a una distancia (a1) P1 del electrodo bajo prueba, haciendo varias mediciones hasta encontrar tres valores que sean de magnitud similar. 120 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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•

Se debe utilizar un equipo de medición de baja frecuencia, con rango de 1~0

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hasta 150 Hz.y que la inyección de corriente sea de 1 mA como mínimo de acuerdo a lo siguiente: •

Instalar y conectar un electrodo auxiliar de corriente C2 a una distancia dI = 75m del electrodo bajo prueba utilizar cable No. 12 o 14 AWG.

•

Instalar y conectar un electrodo de potencial P2 a una distancia al = 39m del electrodo bajo prueba, en la misma dirección del electrodo C2 utilizando mismo tipo ce cable.

•

Conectar el equipo de medición a la pata de la estructura puenteando las terminales C1 y P1, procurando que el cable utilizado para la conexión sea lo más corto posible. 121 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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•

Realizar la primera medición de la Resistencia del electrodo bajo prueba y se Re de s de Tie r ra s - slide pdf.c om

anota en el formato, posteriormente se realizan otras dos mediciones más moviendo el electrodo P2 a 46.5 y 54 m del electrodo bajo prueba. •

Las tres distancias corresponden al 52, 62 Y 72 % de la distancia dI, entre electrodo bajo prueba y electrodo C2.

•

Verificar que las diferencias existentes entre los valores medidos en 50% d1 y 72% d1 no sean mayores al 5% con respecto al valor medido al 62%.

•

Si el valor medido es mayor de 10 Ohm, se' debe hacer las correcciones correspondientes.



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Medición de Resistencia a tierra en LT s en operación: 5/16/2018


Se debe realizar una sola medición de Resistencia eléctrica por estructura las distancias a las que se instalarán los electrodos son; electrodo de potencial P2=46.5m, electrodo de corriente C2=75m., los valores de Resistencia aceptables deben ser menores o iguales a 10n, la medición se realiza con los cables de guarda conectados. Para el caso de estructuras con problemática especial de fallas debidas a descargas atmosféricas, fuerte inducción, etc , las mediciones deben hacerse siguiendo el mismo método del inciso anterior. Debido a que existe una gran diversidad de equipos de medición en los activos de las áreas operativas de CFE y con objeto de aprovechar óptimamente estos recursos, se implementó los siguientes rangos de medición de acuerdo al equipo que se utilice: 123 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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Medición de Resistencia a tierra en estructuras de L T' s ubicadas en terrenos con

• 5/16/2018


Resistividad menor de 100 Ω . m. a) Utilizando equipo de baja frecuencia e hilos de guarda conectados, si el valor de Resistencia medido es mayor de 5 Ω , se repite la medición desconectando los cables de guarda, si es mayor de 10 Ω , se hacen las correcciones necesarias a la red de tierras. b) si se utiliza equipo de alta frecuencia, la medición se realiza sin desconectar los cables de guarda, si el valor es mayor a Ion, se hacen las correcciones a la red. •

Medición de Resistencia a tierra en estructuras de L T' s ubicadas en terrenos con Resistividad menor de 100 Ω . .m. 124 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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•

Medición de Resistencia a tierra en estructuras de L T' s ubicadas en terrenos con Resistividad menor de 100 Ω . .m. a) Utilizando equipo de baja frecuencia e hilos de guarda conectados, si el valor de Resistencia medido es mayor de 3 Ω , se repite la medición desconectando los cables de guarda, si es mayor de 10 Ω , se hacen las correcciones necesarias a la red de tierras. b) Sí se utiliza equipo de alta frecuencia, medición se realiza sin desconectar los cables de guarda, si el valor es mayor a 10 Ω , se hacen las correcciones a la red.


12) Experiencias http://slide pdf.c om/re a de r/full/re de s-de -tie r ra s

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El Área de Transmisión y Transformación Occidente en forma conjunta con el LAPEM está realizando el estudio "Selección de Electrodos y Rellenos Químicos para Sistemas de tierra en Líneas de Transmisión", mismo que inició la etapa de pruebas el mes de Marzo de 1996 y continúa arrojando datos interesantes a la fecha, consistente de lo siguiente: En una primera etapa se seleccionó diversos productos para realizar correcciones de redes de tierra de varias estructuras de la LT Tepic II-A3590-Tesistán, mismas que se ubican en terrenos de alta Resistividad por cruzar por zona volcánica, con alto contenido de obsidiana que es roca cristalizada.



126/133

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Los productos utilizados en campo fueron; contra-antenas de cable de cobre, electrodos verticales con varillas copperweld" bentonita, cisco de carbón vegetal, químico intensificador de importación, yeso, tierra de cultivo, etc. En una segunda etapa, en forma conjunta con LAPEM se analizó los resultados obtenidos y se hizo pruebas Resistividad de diferentes materiales en el laboratorio químico, con objeto de verificar cuál podría ser el más recomendable para utilizarse en la fabricación en sitio de electrodos artificiales o como rellenos químicos para mejorar los terrenos disminuyendo su Resistividad.



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En una tercera etapa se decidió probar directamente en campo los materiales que mejor comportamiento mostraron en laboratorio, por lo que se seleccionó la estructura No. 321 de la LT Tepic II-A3590-Tesistán para llevar a cabo tal proyecto, instalando además otros electrodos que aún no habían sido probados, para tal efecto fue necesario elaborar un molde y una armazón para fabricar electrodos en sitio, de dimensiones similares a las de los prefabricados que se probarían, con objeto de proveer igualdad de circunstancias, siendo en resumen los siguientes:



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A la fecha se han realizado mediciones de Resistencia y de

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Resistividad de terreno en 23 ocasiones en el período del 29 de Marzo de 1996 al 1 de Octubre de 1999, de las cuales se obtuvieron las siguientes conclusiones: •

La Resistividad se vé directamente afectada con los cambios climatológicos.

•

La Resistencia a tierra varía en relación directa con los cambios en la Resistividad del terreno.

•

El mejor electrodo para redes de tierra , es la varilla de acero recubierta de cobre ACE-16.

•

En segundo lugar está la Mezcla 4) 75% yeso, 20% bentonita y 5% sulfato de cobre.

•

En tercer lugar está el químico de origen nacional.

•

En cuarto lugar las contra-antenas, en combinación con varillas de acero recubiertas de cobre. 129 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.


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En varias ocasiones se ha observado el funcionamiento de las redes de tierra en lo referente a la Protección del personal, gracias a lo cual se ha eliminado o en el peor de los casos reducido sustancialmente la severidad de los efectos por choque eléctrico con la ocurrencia de accidentes similares a los siguientes:

•

Los que se presentan cuando se realizan maniobras erróneas en el cierre o apertura de cuchillas en subestaciones, como es el cierre indebido de cuchillas de puesta a tierra, en circuitos o líneas energizados.



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•

Cuando por error se pretende realizar actividades en líneas o circuitos considerados desenergizados y que al momento de aterrizarlos, el personal se ha percatado que realmente estaban energizados con su voltaje de operación.

•

En accidentes domésticos e industriales cuando se presenta falla por corto circuito en carcazas de equipos y motores que se están manipulando, como es el caso de las bombas de agua, lavadoras, secadoras etc.



131/133

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•

Es vital el uso de redes de tierra para protección de personas y equipos.

•

Para un buen diseño de redes de tierra, debe perfeccionarse las técnicas


empleadas para realizar las mediciones, así como los criterios para la interpretación de los valores obtenidos. •

Se debe utilizar redes de tierra de instalación permanente tanto en instalaciones industriales como residenciales, así como redes de tierra de instalación temporal cuando se realicen actividades de mantenimiento en vivo o en muerto.

•

Se debe reducir los tiempos de duración de las fallas, mejorando las redes de tierra e instalando dispositivos de interrupción cada vez más rápidos. 132 SISTEMAS DE TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS.

FIN DE LA PRESENTACIÓN


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GRACIAS POR SU ATENCIÓN 110

SINGLE-ELECTRODE/SCALAR POTENTIALS [I D:S.E ALMOLOYA]

90 ) R P G e c n e r e f e r % ( e l i f o r P l a i t n e t o P

70

50

30 210 168 126 84.1

Dis tan ce (m )

42.1 0

0

50

100

150

Distance from Origin of Profile (m)



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Redes de Tierras

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