Memoria de cálculo Proyección Sistema de puesta a tierra Proyecto: Ampliación y Habilitación SAR Renca
Preparado por: Nombre : Cesar Pareja V. Fecha : 14-07-2015
Aprobado por: Nombre : Leonardo Escandón Fecha : 14-07-2015
2
Índice 1.
INTRODUCCIÓN.....................................................................................3 1.1. 1.2. 1.3.
2.
OBJETIVOS............................................................................................................ 3 NORMAS Y ESTÁNDARES.......................................................................................... 3 DATOS GENERALES.................................................................................................4
INSTRUMENTOS UTILIZADOS..................................................................5 2.1.
ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS....................................................................................5
3.
MÉTODO DE MEDICIÓN..........................................................................6
4.
RESISTIVIDAD DEL TERRENO MEDIDO.....................................................7 4.1. CURVA PATRÓN ORELLANA & MOONEY......................................................................8 4.2. GRAFICO DE COMPARACIÓN ORELLANA & MOONEY......................................................9 4.3. INTERPRETACIÓN DE LA CURVA GEOELECTRICA..............................................................9 4.3.1. Valores de resistividad y espesores del terreno.........................................9
5.
CALCULO DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRA..........................................10 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.
CRITERIOS DE DISEÑO........................................................................................... 10 CÁLCULO DE RESISTIVIDAD EQUIVALENTE..................................................................11 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO.................................................................................12 RESISTIVIDAD EQUIVALENTE....................................................................................13
6.
CALCULO DE RESISTENCIA DE MALLA POR MÉTODO SCHWARZ...............14
7.
DISEÑO DE LA MALLA PUESTA A TIERRA................................................15
8.
CONCLUSIONES...................................................................................16
3
1. Introducción El Presente documento consiste en informar los resultados obtenidos de las mediciones de resistividad de terreno, calcular de resistividad equivalente del terreno y proyectar una malla de puesta a tierra. La obra se denomina: Ampliación y Habilitación SAR Renca ubicada en Avda. José Manuel Balmaceda Nº 4012, comuna de Renca.
1.1. Objetivos Los objetivos del presente informe son los siguientes:
Determinar la resistencia equivalente del terreno. Diseñar una malla de puesta a tierra.
1.2. Normas y estándares Las Normas y estándares considerados para el análisis del sistema de puesta a tierra, son los siguientes:
Norma Chilena NCH Elec. 4/2003. SEC, Superintendencia de Electricidad y Combustible. INN, Instituto Nacional de Normalización.
En aquellos casos no cubiertos por las Normas y Leyes nacionales, las normas, códigos y reglamentos de instalación analizados, son los siguientes:
IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers. IEEE ANSI/IEEE std. 80-2000, IEEE guide for safety in AC Substacion Grounding. IEEE std. 142-1991., IEEE Recommended Practice for grounding of Industrial and
Comercial Power Systems. ANSI/IEEE std. 837-1989. IEEE Standars for Qualifying Permanent Connection Uses in
SubStation Grounding. Guía de seguridad de puesta a tierra en subestaciones de corriente alterna, AI
1.3. Datos generales Ubicación geográfica del lugar: Avda. José Manuel Balmaceda Nº 4012, comuna de Renca.
4 Profesional a cargo de la medición: Cesar Pareja Vásquez. Fecha de medición: Lunes 13 de julio del 2015. Condiciones climáticas: 10 ºC, despejado. Tipo de terreno: Suelo vegetal.
2. Instrumentos utilizados Probador de tierra digital MEGGER DET4TC, instrumento capaz de medir la resistividad del terreno y resistencia de sistemas de puesta a tierra simples y complejos.
Operación simple, totalmente automática. Selección de tres o cuatro terminales.
Rango automático de medición de 20
Precisión de lectura de 2%. Alta Tolerancia a la resistencia de la varilla. Tolerancia al ruido de 40 V, permitiendo realizar una medición exacta en ambientes ruidosos.
KΩ .
5
2.1. Especificaciones técnicas Descripción
Telurimetro digital
Marca
Megger
Modelo
DET4TC
Rango de Medición
0 - 20 kΩ
Voltaje
0 - 100 V
Dígitos
2% +/- 3 dígitos
Resolución de lectura
0.01 Ω
Tabla 1 – Especificaciones técnicas.
Imagen N°1- Instrumento utilizado NOTA: El instrumento utilizado esta debidamente certificado, por Comercializadora Multinacional S.A. (Para Megger), Servicio Técnico. Con Acreditación ISO 9001-2000.
3. Método de medición Esta configuración los dos electrodos de potencial se disponen simétricamente con respecto al centro de medición elegido, a una distancia de separación como mínimo 1 a 3 (Según tipo de suelo). Los electrodos de corrientes se ubican también simétricamente con respecto al centro de medición y a una distancia variable. Durante la serie de medidas, los electrodos de potencial permanecen fijos trasladándose solo los electrodos de corriente.
6
Imagen N° 2 – Esquema de conexión
n=
( 2∗L−a ) 2∗a
ρ=πRa∗n(n+1)
En donde, -
ρ : Resistividad aparente del terreno (Ω - m).
- R: Valor de resistencia indicada por el instrumento de medición en (Ω) - D/2: Distancia entre un electrodo móvil de corriente y el centro de la medición (m) - a: Distancia entre dos barras fijas de potencial al centro de la medición (m) - n: Distancia entre un electrodo fijo de potencial y un electrodo móvil de corriente (m)
4. Resistividad del Terreno Medido Los datos que entrega el instrumento que se utiliza para el sondeo de terrenos, son valores de resistencia en Ohms del suelo, en función de la separación de los electrodos. La medición de resistividad de terreno se realizo en un sitio despejado, lo que permitió una separación máxima de los electrodos de corriente de 10 metros a cada lado desde el punto central de
7 medición. Los resultados de la medición y los valores de resistividad calculados se observan en la tabla N° 2. Medición
Separación
Separación
Resistencia
Variable
Resistividad "ρ"
Nº
"L" (Mts)
"a" (Mts)
"R" (Ohm)
"n"
(OhmxMts)
1
0,6
1,00
144,00
0,10
49,77
2
0,8
1,00
83,00
0,30
101,70
3
1,0
1,00
28,26
0,50
66,59
4
1,5
1,00
4,94
1,00
31,04
5
2,0
1,00
3,18
1,50
37,47
6
2,5
1,00
2,24
2,00
42,23
7
3,0
1,00
1,18
2,50
32,44
8
4,0
1,00
0,64
3,50
31,67
9
5,0
1,00
0,40
4,50
31,10
10
6,0
1,00
0,26
5,50
29,20
11
8,0
2,00
0,14
3,50
13,86
12
10,0
2,00
0,04
4,50
6,22
Tabla N° 2 – Medición de resistividad de terreno
Con estos resultados se grafican a continuación en una base log-log, los puntos de resistividad de terreno “ρ” y separación “L”, para luego proceder a comparar con las curvas patrones y determinar el número de capas, la resistividad de cada capa y su espesor.
4.1. Curva Patrón Orellana & Mooney El método utilizado es el “Método de las Curvas Patrones”. Consiste en realizar una comparación entre una grafica confeccionada con los datos obtenidos de las mediciones en terreno, versus un set de curvas patrones o Standard construidas para diversas combinaciones de diferentes estratos.
8
Curva N° 1 – Curva Patrón KQ-1 Orellana & Mooney
Corte geoelectrico Tipo de curva
ρ 1 < ρ2 > ρ 3 > ρ4 KQ- 1 tipo Q E2-E3 = 1-25
Tabla N°3 – Características de la curva
9
4.2. Grafico de comparación Orellana & Mooney Haciendo un análisis comparativo entre las Curvas Patrones de MOONEY- ORELLANA y curva de terreno se obtiene como resultado la siguiente configuración Geoeléctrica.
Curva N°2 – Curva obtenida en terreno vs curva patrón
4.3. Interpretación de la curva geoelectrica Del análisis comparativo que se adjunta entre las curvas patrones de Orellana - Mooney y la curva de terreno, se obtiene la siguiente configuración geo-eléctrica Resistividad auxiliar (ohm-m)
Profundidad auxiliar (m)
44 0,17
Tabla N°4 – Datos de curva geo-electrica
4.3.1. Valores de resistividad y espesores del terreno
Imagen N° 3 – Resistividad y espesores por estrato
Variables Resistividad m)
(Ω-
Primera Capa
Segunda Capa
Tercera Capa
44
220
28,6
10 Profundidad (m)
0,188
0,188
0,94
Tabla N°5 – Valores de resistividad del terreno por capas
5. Calculo de sistema de puesta a tierra 5.1. Criterios de diseño
Mantener la Equipotencialidad del sistema, igual potencial, es decir, todos los puntos de la instalación deben estar al mismo nivel de tensión ó voltaje, según normativa eléctrica vigente NCH Elec..4/2003.
La resistencia de puesta a tierra, según el apartado 10.1.6.2 NCH Elec. 4/2003 dice: ”La resistencia combinada de todas las puesta a tierra resultantes de la aplicación de esta exigencia no deberá excederá los 5 Ω”
El tamaño del conductor según el apartado 10.1.7. NCH Elec. 4/2003 dice: “La sección mínima del conductor de puesta a tierra de servicio será de 21 mm 2, si se usa conductor de Cu”.
11
5.2. Cálculo de resistividad equivalente El valor de la resistividad equivalente, se determinara utilizando el método de Burgsdorf Yacobs, el cual establece que el valor de la resistividad equivalente de un terreno ( ρe ) está dado por la siguiente expresión : Las “m” capas se reducen a una sola equivalente:
Fm
ρe ( 1 → m ) =
m
∑ i=1
1 ( F −F i−1) ρi i
( Ω−m)
En donde, Radio equivalente de la malla:
r=
√
S π
Donde: -
r: Radio medio o equivalente de la malla (m). S: Superficie de la puesta a tierra (m2).
Variables adimensionales (r0, q0, U0)
r 20=r 2−h2e
q 20=2∙ r ∙ ( r +he )
2
2
2
2
U i =q 0 +r 0 +hi Donde: -
r0: Radio medio o equivalente de la malla (m). he: Profundidad de enterramiento de la malla (m). hi: Profundidad acumulada por capas (m).
V 2i =0 , 5 ∙ ( U 2i − √U 4i −4 ∙ q20 ∙r 20 )
12
√
Fi = 1−
V 2i 2
r0
5.3. Procedimiento de cálculo
r=
√
S =5,64 π
r 0= √r 2 −h2e =5,61
q 0=√ 2∙ r ∙ ( r+ he )=8,39
U 1=√ q 20+ r 20 +h21=10,09 U 2=√ q 20+ r 20 +h22=10,10 U 3= √ q 20 +r 20 +h23 =11,09 U 4 =√ q20 +r 20 + h24=No se considera
√
V 1= 0 , 5∙ ( U 1−√ U 1 −4 ∙ q 0 ∙ r 0 )=5,61
√
2
4
2
2
V 2= 0 , 5∙ ( U 22−√ U 42 −4 ∙ q 20 ∙ r 20 )=5,6
13
√
V 3= 0 , 5 ∙ ( U 23−√ U 43 −4 ∙q 20 ∙ r 20 )=4,69
√
V 4 = 0 ,5 ∙ (U 4−√ U 4 −4 ∙q 0 ∙ r 0 )=No se considera
√ √ √ √
F1= 1−
F2 = 1−
F3 = 1−
2
4
2
2
V 21 =0,027 r 20 V 22 2
r0 V 23 2
r0
=0,05
=0 ,55
V 24 F 4= 1− 2 =1 r0
5.4. Resistividad equivalente
ρequivalente =
Fm m
∑ i=1
[
1 ( F −Fi−1 ) ρi i
]
=30,43 [Ω∙ m]
Se aplicará aditivo químico Erico Gel al terreno, por lo tanto su resistencia equivalente es de
14
18
[Ω∙ m].
6. Calculo de Resistencia de malla por método Schwarz
(
K 1=1,43−
)[
( √ ) [(
K 2=5,5−
R MS=
( )]
2,3∗he A − 0,044∗ =1,24 B √S
) ( )]
8∗he h A + 0,15− e ∗ =5,05 S √S B
[ ( )(
]
ρeq 2∗Lm K ∙L × ln + 1 m −K 2 =0,92Ω π Lm √S √h e∗d
En donde,
S: Área de la malla he: Profundidad de enterramiento
)
15 d: Diámetro del conductor de la malla A: Lado mayor de la malla B: Lado menor de la malla Lm: Largo de toda la malla
Por lo tanto, el valor teórico de la malla de puesta a tierra proyectada será de 0,92 (Ohm).
7. Diseño de la malla puesta a tierra
16 Figura 3 – Malla puesta a tierra.
Conductor Cu desnudo trenzado 21,2 mm2 A: 10 metros. B: 8 metros. Superficie de la malla puesta a tierra: 80 m2. Longitud del conductor: 178 metros. Profundidad de enterramiento: 0,6 metros. Se aplicará aditivo químico Erico Gel.
8. Conclusiones Con los datos obtenidos se puede concluir lo siguiente: La resistividad equivalente del terreno tiene un valor de 0,92
[Ω∙ m] , la cual cubrirá el área del
sistema protección. El terreno posee excelentes condiciones para la instalación de un sistema de puesta a tierra. El valor de la resistencia a tierra proyectada cumple con la normativa eléctrica vigente NCH 2003/4 según el apartado 10.1.6.2 “La resistencia combinada de todas las puestas a tierra no deberá exceder los 5 Ohm”.
