SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
Ing. Ricardo Zurita Armas
CONTENIDO:
• Generalidades y conexiones de la puesta a tierra. • Resisteividad del terreno • Medición de la resistividad del suelo. • Cálculo de la resistencia de la puesta a tierra
Generalidades y Conexiones de la Puesta a Tierra.
JUSTIFICACIÓN DE LA PUESTA A TIERRA: Cuando se trata de instalaciones eléctricas que darán servicio a una extensa gama de aparatos eléctricos y electrónicos ya sean fijos o móviles; con carcazas metálicas y no metálicas, susceptibles al deterioro desde el punto de vista eléctrico, es fundamental la protección contra las fallas debido al deterioro del aislamiento que originan la aparición de tensiones por contactos indirectos.
TOQUE ELÉCTRICO: Es el contacto accidental con un conductor u objeto electrizado que ocasiona inicialmente estremecimiento y contracciones súbitas en una persona o en un animal; la severidad y consecuencias de estas y otras manifestaciones, dependerán de la intensidad de la corriente eléctrica y del tiempo que ésta circule por el cuerpo.
Contacto Directo:
Contacto Indirecto:
Recorrido de la Corriente de Falla:
Corrientes Admisibles Por El Cuerpo Humano: IK (60 HZ) Menor 1,0 mA
SENSACIÓN LÍMITES DE PERCEPCIÓN
De 1,0
a
6,0 mA
FASTIDIO, HORMIGUEO
De 6,0
a
25 mA
MALESTAR, CALAMBRES
De 25
a
50 mA
ASFIXIA, DESCONTROL
Según el peso medio de la persona (70 kg asignado para los hombres y 50 kg. para las mujeres.), las
normas adoptan como límite de corriente admisible, 50 mA, en intervalos de hasta 3,0 segundos
Resistencia Humano:
Eléctrica
Del
Cuerpo
Potencial Admisible Por El Cuerpo Humano:
OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA: • Conducir a tierra todas las corrientes anormales que se originan como consecuencia de carcazas de los equipos eléctricas energizados. • Evitar que aparezcan tensiones peligrosas para la vida humana en las carcazas metálicas de los equipos eléctricos. • Permitir que la protección del circuito eléctrico, despeje la falla inmediatamente ocurrida ésta.
CONEXIONES TÍPICAS DE ATERRAMIENTO DEL NEUTRO:
En los sistemas eléctricos el neutro de un transformador puede adoptar diferentes formas de tratamiento: • Neutro aislado. • Neutro aterrado.
Sistema Eléctrico Con Neutro Aislado:
Neutro Flotante
Flotante
Vn/√3
Vn
Real
Falla If Retorno de corriente de Falla
Retorno de la corriente de falla
Sistema Eléctrico Con Neutro A Tierra:
Conexión a tierra Neutro a Tierra (U=0) N
Vn/√3
Real
Vn
Real
Falla
Puesta a tierra
Retorno de corrientes de falla
Retorno de la corriente de falla
I
f
Sistema con neutro aislado en 220 V
Sistema con neutro a tierra en 220 V
Z
Puesta a Tierra de los Sistemas Eléctricos
Puesta a Tierra de los Equipos Eléctricos
Resistividad del Terreno
RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS:
La resistividad de terreno es la resistencia que presenta al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de arista. Se mide en Ω m y se representa con la letra ρ.
I 1m 1m
1m
Rs l Donde: ρ: Resistividad en (Ω m) R: Resistencia en (Ω) S: Sección en (m2) l : Longitud en (m)
Factores Que Determinan la Resistividad de los Suelos:
En la resistividad del terreno influyen los siguientes factores y es necesario su evaluación: • Naturaleza de los suelos. • La humedad. • La temperatura del terreno. • La concentración de sales disueltas. • La compactación del terreno. • La estratificación del terreno.
NATURALEZA DE LOS SUELOS: NATURALEZA DEL TERRENO TERRENO PANTANOSO LIMO HUMOS TURBA HÚMEDA ARCILLA PLÁSTICA MARGAS Y ARCILLAS COMPACTAS MARGAS DE JURÁSICO ARENA ARCILLOSA ARENA SILÍCEA SUELO PEDREGOSO CUBIERTO DE CÉSPED SUELO PEDREGOSO DESNUDO CALIZA BLANDA CALIZA COMPACTA CALIZA AGRIETADA PIZARRA ROCAS DE MICA Y CUARZO GRANITO Y GRES PROCEDENTES DE ALTERACIÓN GRANITO Y GRES MUY ALTERADOS
RESISTIVIDAD Ω-m HASTA 30 20 A 100 10 A 150 5 A 100 50 100 A 200 30 A 40 50 A 500 200 A 3000 300 A 500 1500 A 3000 100 A 300 1000 A 5000 500 A 1000 50 A 300 800 1500 A 10000 100 A 600
La Humedad:
Rho (Ohm -m)
La La Humedad Humedad
% Humedad 15%
La Temperatura Del Terreno:
La La Temperatura Temperatura Rho (Ohm -m)
hielo agua -20 -10
4 0°C
Temp. ( ° C ) 10
50
90 100
La concentración de Sales Disueltas:
Rho (Ohm -m)
Concentración De Sales
% de Sal 2%
La Compactación Del Terreno:
Rho (Ohm -m)
Compactación Compactación Del Del Terreno Terreno % Humedad
W1 W2 W3 Compactación 2%
La Estratificación Del Terreno:
1
2
1
2
I
I h
1
I
2
1
I
2
Medición de la Resistividad del Terreno
MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD: Para conseguir un valor bajo de resistencia de puesta a tierra es necesario saber la resistividad del terreno y su espesor respectivo, para ello debe evaluarse el comportamiento del suelo como conductor eléctrico a partir de medidas realizadas con un instrumento llamado Telurómetro.
ESTRATOS DEL TERRENO: En gran parte de las ciudades del país, a la profundidad que se entierran los electrodos de puesta a tierra (máximo 3,5 m) el suelo está compuesto mayormente de dos estratos:
• Un estrato superficial: De 0,3 a 1,2 m • Un estrato subyacente:
SUPERFICIE DEL SUELO
ESTRATO SUPERFICIAL
ESTRATO SUBYACENTE
2
TIERRA LIMOSA O ARENOSA
CONGLOMERADO TIERRA FINA PIEDRA MENUDA YGRUESA
h1
FINALIDAD DE RESISTIVIDAD:
LA
MEDICIÓN
DE
LA
• Obtener la resistividad de cada estrato o capa. • Encontrar la profundidad de los estratos o capa. • Ubicación óptima de las instalaciones de puesta a tierra.
MÉTODO WENNER PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD: Se colocan cuatro electrodos auxiliares en una línea recta, con igual separación e igual profundidad de penetración en el terreno. I V C1
P1
a
P2
a
C2
a
Ecuación para determinar la resistividad del terreno:
4 aR n
Donde: : Resistividad del terreno (ohmio – metro) R: Resistencia medida (ohmios) a: Distancia entre electrodos (metros) b: Profundidad de penetración de los electrodos (metros) n: Factor aproximado que tiene un valor entre 1 y 2 (depende de la relación b/a) La ecuación puede aproximarse a: = 4 a R ; Si b > a = 2 a R ; Si b a
Profundidad de la capa de terreno en estudio: La profundidad de la capa de terreno del que estamos midiendo la resistividad, es directamente proporcional a la separación entre electrodos; su valor es: I V
3 h a 4 h
0.3 m
MEDIDOR DE RESISTIVIDAD a C1
a P1
a P2
C2
Suelo estratificado de dos capas:
a 2
a 1 2 1
1 2
1
2 a
a
Suelo estratificado de tres capas: a
a
1
1 1 2 3
1 2 3
a
(a)
a
(b)
a
(d)
a
a
1 2 3 1 2 3
1 (c)
a
Cálculo de la Resistencia de Puesta a Tierra
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
CONJUNTO DE SUELO
ELECTRODOS
RT
CONFIGURACIÓN PUESTAS A TIERRA
GEOMÉTRICA
DE
LAS
Los otros factores relevante en todo sistema de puesta a tierra son los electrodos a tierra y de la configuración geométrica. • Electrodo vertical. • Electrodo horizontal. • Malla.
ELECTRODOS VERTICALES (BARRAS )
ρ 2L R Ln 2L a
L
• a • R • L
: Radio de la barra (m) : Resistencia a tierra de la barra (Ohm) : Longitud de la barra (m)
• ρ
: Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m)
Varillas para puesta a tierra: Los electrodos tipo jabalina, son varillas de cobre duro que en el mercado los podemos encontrar en longitudes estandarizadas de 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 m con diámetros a escoger de 0,016 y 0,019 m. Estos electrodos se introducen en el terreno en forma vertical (por lo general) o en forma horizontal.
3/4” = 19 mm 5/8” = 16 mm
Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Vertical 1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto)
2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar
3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Empalme Múltiple Soldado 7.- Pozo (Vertical) 8.- Relleno Conductor 9.- Lechos de Sal 10.- Niveles de Impregnación
APLICACIÓN Determinar la resistencia de puesta a tierra de una barra en las siguientes condiciones: L = 2,0 m
= 100
;
Ohm - m
a = 0,008 m
Solución :
2L R = -------- Ln ------
2 L
a
=
100 2*2 --------------- Ln -----------
( 2* 3,14* 2) R = 49,45 Ohm
0,008
Resistencia de puesta a tierra de dos o mas electrodos en paralelo:
Si bien, el objetivo es disminuir la resistencia equivalente, esto se logra teniendo un espaciamiento mínimo entre jabalinas al doble de su longitud con el fin de evitar zonas de interferencia.
ELECTRODOS HORIZONTALES
h
L • d • R • L
: Diámetro del electrodo (m). : Resistencia a tierra del conductor (Ohm). : Longitud del electrodo (m).
• ρ
: Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m). : Profundidad de enterramiento (m).
• h
Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Horizontal 1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto) 2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar 3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Relleno conductor 7.- Lecho de sal. 8.- Nivel de impregnación
APLICACIÓN Determinar la resistencia de puesta a tierra de un conductor horizontal en las siguientes condiciones :
ρ = 100 Ohm - m
L = 50m; d = 0,0022 m;
h = 0,6 m
Solución :
L2 100 502 R = ---------- Ln -------- = ------------------ Ln ---------------2L
d*h
(2 * 3,14 * 50)
R = 4,6 ( Ohm )
( 0,0022 * 0,6)
MALLA A TIERRA (MÉTODO APROXIMADO DE LAURENT )
• • • ·
S R L 𝝆
: Superficie que cubre la malla (m2). : Resistencia a tierra de la malla (Ohm). : Longitud total del conductor de la malla (m). : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).
APLICACIÓN Determinar la resistencia de puesta a tierra de una malla en las siguientes condiciones:
= 100 Ohm-m
3m
R = --------------- + -----4 * s/ L 6m
100 100 R = --------------- + -------4 * 6*3/ 27
= 14,16 Ohm
CONCLUSIÓNES: • No todos los terrenos son eléctricamente iguales. • En un mismo terreno, cada sistema de electrodos de puesta a tierra da origen a valores de resistencia diferentes. • No existe una solución única al problema de las puestas a tierra, cada situación es particular y por lo tanto se debe asumir como tal.
Ejecución de una Puesta a Tierra
PRESUPUESTO APROXIMADO
TORNILLO DESUJECION
CONDUCTOR DE CONEXION
Medición de la Resistencia de Puesta a Tierra
Pinzas auxiliares
Equipo de medición(Telurómetro)
Electrodos auxiliares Conductores
Resistencia de medida
E
G
M
A
B
F
P Zona de medida para el cálculo del verdadero valor de la resistencia del electrodo E
Distancia entre E y C el electrodo auxiliar C
