Puesta Tierra_LT 60 kV Viru-Chao_Rev1

L.T. 60 kV VIRU - CHAO INGENIERIA DE DETALLE PUESTA TIERRA

DISEÑO DE

INFORME INFORME SISTEMA DE PUESTA A TIERRA L.T. 60 kV VIRU - CHAO INDICE

Pag. 1.

ALCANCE

1

2.

MEDICION DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO

2

2.1 2.2 2.3

2 3 4

3.

METODO EMPLEADO PROCESO DE MEDIDA DE MUESTREO MODELAM LAMIENTO DEL SUE SUELO

CALCULO DE PUESTA A TIERRA DE LA L.T.

9

3.1

9 9 11

TIPOS DE PUESTA A TIERRA 3.1.1 METODO CONVENCIONAL 3.1.2 METODO HIDROSOLTA


DISEÑO DE

DISEÑO DE PUESTA A TIERRA LINEA TRANSMISION 60 kV VIRU - CHAO 1. ALCANCE

El siguiente Informe Técnico se refiere a la instalación del sistema de puesta a tierra en la LT. 60 kV Viru – Chao, para el funcionamiento del sistema de protección. Por tanto considera, las mediciones de resistividad de los terrenos, análisis y modelamiento de la información de campo, para determinar la resistividad del terreno y el cálculo de los sistemas de puesta a tierra.

2. CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CLASIFICACION DE SUELOS. El recorrido de la línea 60 kV Viru – Chao, es por terrenos con diferente estratificación geológica, de naturaleza heterogénea, el cual varía según la composición y las condiciones del medio. Se espera que los resultados de las mediciones de resistividad tengan valores variables. En consecuencia el sistema de puesta a tierra a instalar, deberá ser diseñado de acuerdo a las características particulares del terreno en el cual se instalara la estructura. La bibliografía técnica, sobre estudios de resistividad de suelos, muestran algunos valores típicos. En base a estos valores típicos, en el presente informe, los terrenos se pueden agrupar en tres definiciones: Arenoso con presencia de arcillas, cultivo y rocoso; sin embargo no se puede atribuir una resistividad específica a un tipo de suelo, ya que al realizar las mediciones de campo, se pueden encontrar resistividades de diferentes valores. En general, estimaciones basadas en la clasificación del suelo conducen sólo a valores aproximados de la resistividad. Por tanto, para un diseño de puesta a tierra apropiado, es necesario tomar mediciones directamente en el sitio donde quedará ubicado el sistema de puesta a tierra.


DISEÑO DE

Para los fines del presente informe técnico, se tiene en cuenta la siguiente clasificación, referencial: 2.1 Terreno arenoso con presencia de arcillas. 2.2 Terreno de Cultivo. 2.3 Terreno con alto nivel freático. 2.4 Terreno con presencia de roca. 2.1

Terreno arenoso con presencia de arcillas. Este tipo de terreno, se caracteriza por la presencia de arena fina con

capas de arcilla. Predomina a lo largo del trazo de la línea. El ángulo de talud es bajo. La arena contiene sílice el cual es aislante, en consecuencia la resistividad especifica tiene valores con rango desde 60 a 2000 Ohm – m. Se presenta en la zona del canal de regantes de Huancaco, y en los terrenos de propiedad de Camposol (San José, Agromas, Fruzol II, Gloria, Fruzol IV), Talsa, y Hermanos Guerra Valladares. De acuerdo a las mediciones en campo, se registran valores pico que en promedio es de 2,500.00 ohm-m. 2.2

Terreno de cultivo. Este tipo de terreno, se caracteriza por la presencia de cultivos de baja

altura: Caña de azúcar, maíz, pan llevar, etc. Presenta capa de tierra vegetal formado por las continuas cosechas de vegetales de diferente especie a lo largo del tiempo y están ubicados en los valles de Viru y Chao. El riego, se realiza con agua que discurren por las acequias, y su volumen está de acuerdo a los tipos de plantación. La resistividad especifica tienen valores relativamente bajos con rango desde 30 a 200 Ohm – m. 2.3

Terreno con alto nivel freático. Este tipo de terreno, se caracteriza principalmente por la presencia de

agua a una profundidad promedio de 1.00 m del nivel de terreno. El proyecto Especial Chavimochic ha construido, en el valle de Viru, un sistema de drenaje


DISEÑO DE

de estas aguas, para evitar el afloramiento de las aguas que traería como consecuencia la inutilización de los terrenos. Se presenta en el valle de Viru, en los terrenos de propiedad de EAI Laredo, Sra. Luciana Ganoza, entre otros. La resistividad específica es bajísimo . 2.4 Terreno con roca. Este tipo de terreno se caracteriza por la presencia de roca en toda la excavación. La resistividad (ohm-m) tiene valores altos, los cuales dificultan obtener una resistencia de puesta a tierra con valores inferiores a los 25 Ohm.

3. MEDICION DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO

Las técnicas para medir la resistividad del suelo son esencialmente las mismas cualquiera sea el propósito de la medida. Sin embargo la interpretación de los datos recolectados puede variar considerablemente y especialmente donde se encuentren suelos con resistividades no uniformes. Típicamente, los suelos poseen varias capas, cada una teniendo diferentes resistividades. En ciertos casos, se tiene variaciones laterales, pero en comparación con los cambios verticales, estos cambios usualmente son más graduales. Por tanto, las mediciones de resistividad deben ser realizadas para determinar si hay alguna variación importante de la resistividad con la profundidad.

3.1.-

METODO DE WENNER

Para obtener una configuración de los valores de resistividad eléctrica del subsuelo se utiliza la técnica de la inyección de una corriente eléctrica en el subsuelo a través de un par de electrodos metálicos, normalmente de acero recubierto de Cobre. Un segundo par de electrodos se utilizan para medir el potencial eléctrico resultante.


DISEÑO DE

El método de los cuatro puntos de Wenner, es el método de mayor uso en el medio. Las razones para esto es que el método obtiene la resistividad del suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas profundidades. Los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para hincarlos en el terreno. Se entierra pequeños electrodos tipo varilla, en cuatro huecos en el suelo a una profundidad “b” y espaciados (en línea recta) una distancia “a” como se ilustra en la figura 4, siguiente: -

Medición de la Resistencia del Terreno

Este método considera que prácticamente el 58% de la distribución de la corriente que pasa entre los electrodos externos ocurre a una profundidad igual al espaciamiento entre electrodos.

Una corriente “I” se inyecta entre los dos electrodos externos y el potencial “V” entre los dos electrodos internos es medido por el


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instrumento. El instrumento mide la resistencia R (V/I) del volumen de suelo cilíndrico de radio “a” encerrado entre los electrodos internos. La resistividad aparente del suelo ρ a, a la profundidad “a” es aproximada por la siguiente ecuación:

Dado que en la práctica la distancia “a” es mucho mayor que la profundidad de enterramiento “b”, la ecuación se simplifica de la siguiente manera:

Para determinar el cambio de la resistividad del suelo con la profundidad, el espaciamiento entre electrodos es variado desde unos pocos metros hasta un espaciamiento más grande que o igual a la máxima dimensión esperada del sistema de puesta a tierra. El espaciamiento “a” del electrodo es interpretado como la profundidad a la cual se lee la resistividad del suelo. Para caracterizar la variación de la resistividad del suelo dentro de un área específica, se deben realizar varios grupos de medidas en diferentes direcciones. Diferentes lecturas tomadas con varios espaciamientos da un grupo de resistividades,

las

cuales,

cuando

son

graficadas

contra

el

espaciamiento, indica si hay capas de diferente suelo o rocas y da una idea de su respectiva profundidad y resistividad. La figura mostrada ilustra este concepto.


3.2.-

DISEÑO DE

PROCESO DE MEDIDA DE MUESTREO

Para efectuar el diseño y selección adecuada de los sistemas de puesta a tierra, es necesario realizar mediciones de la resistividad. El equipo de medición utilizado es un Telurómetro Digital, de la marca Megabras, modelo 20 kWe, el cual mide la resistencia de aterramiento y la resistividad específica del terreno con una precisión del 1%. Este método consiste en clavar 4 electrodos de exploración a una profundidad promedio de 30 cm, debiendo estar igualmente espaciados y a una distancia “a”. Se han sondeado normalmente profundidades virtuales del orden de ocho (8) metros, teniendo en consideración que los aterramientos de uso eléctrico en líneas de transmisión y estaciones transformadoras, rara vez se utilizan electrodos verticales que superan los tres (3) metros de longitud. Las separaciones entre los electrodos de medida se tomaron en variaciones de 1.0; 2.0; 4.0; 8.0; y 16.0 metros.


DISEÑO DE

Las mediciones efectuadas se muestran en el Anexo Nº1. 3.3.

MODELAMIENTO DEL SUELO

Los modelos de resistividad del suelo mayormente usados son modelos de suelo homogéneo y modelo de dos capas. Para suelo homogéneo, el modelo de suelo uniforme es razonablemente preciso. El modelo de 2 capas, es usado cuando varia la resistividad aparente. Usando las teorías de electromagnetismo sólo con dos capas horizontales es posible resolver un modelo matemático, que con ayuda de las medidas efectuadas por el Método Werner, posibilita encontrar la resistividad de la primera y segunda capa, con su respectiva profundidad. Teniendo en cuenta lo mencionado se realizó el modelamiento del terreno por el método de dos capas. A.- Modelo de suelo Estratificado de dos capas

El método que se empleará en el presente estudio es el Método de Dos Capas usando curvas. La ecuación fundamental utilizada, proviene del desarrollo de la Ecuación de Laplace, y viene expresado por la siguiente relación: Vp =

I ρ 1 1

∞

∑

 +2 2π r n =1 

  2 2  r +( 2nh )  K n

Donde: Vp

: Potencial de un punto “p” cualquiera de la primera capa en relación al infinito


DISEÑO DE

Resistividad de la primera capa superficial

ρ1

:

ρ2

:

h

: Profundidad de la primera capa superficial

r

: Distancia de punto “p” a la fuente de corriente

K

: Coeficiente de reflexión definido por:

Resistividad de la segunda capa

K =

− ρ 1 1 ρ 2 + ρ ρ 2

La expresión anterior aplicada a la Configuración de Wenner, nos permite obtener la ecuación fundamental:   ρ ( a ) K n  =1 +4 − ρ  h 2 1 n =1  1 +( 2n a )  ∞

∑

  K n  h 2  4 +( 2n )  a 

Siendo: ρ ( a )

= 2π a R

Donde: a :

Espaciamiento entre varillas.

R :

Resistencia eléctrica obtenida con el equipo de medición.

h :

Profundidad de la primera capa.

CONFIGURACIÓN DE WENNER

M M

C1

Suelo Electrodo


DISEÑO DE

C1

P1

P2

C2

B

0

b a/2

A

a

a

B.- Método de Dos Capas Usando Curvas

El método empleado “Método de Dos Capas usando Curvas”, utiliza la familia de curvas

ρ(a) / ρ(1)

en función de h/a para una serie de valores

de K negativos y positivos, cubriendo todo el rango de variación. La curva típica para K negativo, esto es la curva “ ρ(a)” versus “a”, descendente es la siguiente:

a

3000

2500 2000 1500 1000 500 0

(a)/ (1)

0 1.0

K -1

0.9

0.8 -

0.7

0.6

0.8

0.5

-

0.4

0.6

0.3

-

0.7

0.5

-

0.2 -

0.1

Curvas 4

8 (a)/

(1) 12 vs h/a 16 k negativos 20 24

28

a

32


DISEÑO DE

Asimismo, la curva típica para K positivo, esto es la curva “ ρ(a)” versus “a” ascendente será: a

3000 2500 2000 1500 1000 500 0

0

4

8

12

16

20

24

28

a

32

(1)/ (a )

Curvas (a)/ (1) vs h/a k po sitivo 1.0

K 1

0.9

0.8 0.9

0.7

0.8

0.6

0.5

0.7

0.4

0.6

0.5

0.3 0.4

0.2 0.3

0.1

0.2

0.1

h/a 0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0


DISEÑO DE

C.- Procedimiento de Cálculo

a)

Se traza un gráfico con la curva ρ(a) x a, obtenida por el método de Wenner. b) Se prolonga la curva ρ(a) x a hasta cortar el eje de las ordenadas del gráfico, este valor representa la resistividad de la primera capa ρ1. c) Se toma un valor arbitrario de espaciamiento a1, hallando del gráfico su correspondiente valor de ρ(a1). De acuerdo al comportamiento de la curva ρ(a) x a, se procede de la siguiente forma: d) Si la curva es descendente se calcula

ρ ( a1) ρ 1

e) Si la curva es ascendente se calcula

f)

ρ 1 ρ ( a1)

Con el valor de ρ(a1)/ρ1 ó ρ1/ρ(a1) obtenidos se entra a las curvas teóricas K, y se traza una recta horizontal y para cada valor de K, se obtiene el correspondiente valor de h/a.

g) Se multiplican todos los valores de (h/a) del paso anterior por el valor de a1 del paso c). Con los pasos e) y f) se construye una tabla con los valores correspondientesde k, (h/a) y h. Se construye una nueva curva K x h, con los valores calculados en el paso h) Se escoge un segundo espaciamiento a2

≠

a1, se repiten nuevamente los

pasos c), d), e) y f); construyendo una nueva curva K x h. i)

Esta nueva curva se gráfica junto al acurva obtenida en el paso g).

j)

La intersección de estas dos curvas K x h serán valores reales de K x h, quedando definida la estratificación.

4. SISTEMA DE PUESTA TIERRA DE LA LINEA 60 kV VIRU - CHAO.


DISEÑO DE

El criterio empleado para dimensionar las puestas a tierra de la línea de transmisión 60 kV Viru – Chao, es el proporcionar un camino fácil y seguro, para las corrientes de dispersión que resulten de descargas atmosféricas, sobretensiones por maniobra, y evitar, de esta forma, que se produzca el fenómeno de flameo inverso (back flashover). El valor máximo de resistencia de puesta a tierra, establecido en las especificaciones técnicas, de las estructuras de la línea de transmisión, será de 25 Ohm. Las consideraciones técnicas que se han tenido en cuenta para seleccionar el aditivo a utilizar en los sistemas de puesta a tierra, entre otros son: 

Valores bajos de resistividad especifica del terreno.



Facilidad de retención de la humedad desde el medio circundante.



Largos periodos de mantenimiento.



Peligros para la salud.



Facilidad en la aplicación durante la instalación.



Producto utilizado por Hidrandina S.A. en forma regular, en instalaciones similares, que aseguran obtener valores bajos de resistencia puesta a tierra. Los aditivos seleccionados, se aplicaran según el tipo de terreno. De las consideraciones anteriores concluimos que utilizaremos 2 tipos de aditivos: Hidrosolta y Bentonita; para lo cual se ha realizado las mediciones de resistencia especifica, y construido especialmente pozos de puesta a tierra en los 2 tipos de terrenos identificados a lo largo del eje de la línea: De cultivo y arenoso gravoso. En los terrenos de cultivo, el uso de 2 bolsas de Bentonita por pozo proporciona resistencias menores a 25 ohmios, y en terrenos arenosos, el uso de 02 dosis de Hidrosolta proporciona resistencia menores a 25 Ohmios. El uso de la bentonita en terrenos de cultivo, es apropiado, debido a que estos terrenos, en forma periódica y gradual son regados con agua corriente para fortalecer los sembríos estacionales. La Bentonita tiene la


DISEÑO DE

propiedad de absorción de la humedad del medio circundante, lo cual permite mantener los valores bajos de la resistencia de puesta a tierra. La Hidrosolta por sus propiedades físico químicos no requiere presencia de humedad. Caso especial Para los terrenos con nivel freático alto, no se requiere el uso de aditivos. La medición de la resistividad del terreno, proporciona valores de resistividad bajos. Para los terrenos con presencia de roca, los sistemas de puesta a tierra serán con el uso de Hidrosolta.

4.1. TIPOS DE PUESTA A TIERRA

Puesta a tierra, Tipo PT1

Se utilizará en terrenos de cultivo, estará conformado por un contrapeso de 2 m de longitud conductor copperweld 35 mm2, al interior de una zanja de instalación tradicional más una jabalina de copperweld, el detalle de instalación se muestra en el plano LT-112. Los materiales a ser utilizados son: - 01 Varilla copperweld de 5/8” diam, 8’ de longitud. - 02 m conductor de acero con recubrimiento de cobre tipo copperweld de 35 mm2 para el contrapeso. - 01 Tubo media luna de Fo Go 2.5 m x 1” diámetro. - Fleje de acero tipo band – it. - 60 kg de Bentonita ( 2 bolsas de 30 kg c/u) - Tierra de cultivo. - 01 Jabalina de Fo Go de 5/8” x 0.80 m longitud antihurto - 01 Disco antirrobo Puesta a tierra, Tipo PT2


DISEÑO DE

Se utilizará en terrenos arenoso – gravoso, estará conformado por un contrapeso de 2 m de longitud conductor copperweld 35 mm2, al interior de una zanja de instalación tradicional más una jabalina de copperweld, el detalle de instalación se muestra en el plano LT-112. Los materiales a ser utilizados son: - 01 Varilla copperweld de 5/8” diam, 8’ de longitud. - 02 m conductor de acero con recubrimiento de cobre tipo copperweld de 35 mm2 para el contrapeso. - 01 Tubo media luna de F0 Go de 2.5 m x 1” diámetro. - Fleje de acero tipo band – it. - 02 Dosis de Hidrosolta (cada dosis de 15kg), diámetro 4”. - Tierra de cultivo. - 01 Jabalina de Fo Go de 5/8” x 0.80 m longitud antihurto. - 01 Disco antirrobo

Puesta a tierra, Tipo PT3

Esta configuración se utiliza en terrenos con alto nivel freático, es decir con presencia de agua. Estará compuesto por un contrapeso de 2 m de longitud dentro de una zanja de instalación tradicional, el detalle de instalación se muestra en el plano LT-112. Los materiales a ser utilizados son: - Varilla copperweld de 5/8” diam, 8’ de longitud. - Tubo de fierro galvanizado 2.5 m x 1” diámetro - Fleje de acero tipo band – it. - 2 m Conductor de acero con recubrimiento de cobre tipo copperweld de 35 mm2 para el contrapeso


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ANEXOS ANEXO Nº1: Medición de Resistividad del Terreno. ANEXO Nº2: Cálculo de Resistividad aparente del Terreno. Método de Estratificación del Terreno, Dos Capas. ANEXO Nº3: Cálculo de Puesta Tierra, Método Convencional. Plano De Detalle de Puesta a Tierra LT-112 (2 de 2).

Puesta Tierra_LT 60 kV Viru-Chao_Rev1

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