SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
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CAPÍTULO I / PUESTAS A TIERRA DE BAJA TENSIÓN. Las puestas a tierra se establecen con el objetivo principal de limitar la tensión que con respecto a tierra, pueden presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la operación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone la avería en el material utilizado. Así pues, la instalación de puesta a tierra se considera como un circuito de protección paralelo a la instalación eléctrica. e resalta resalta que el objetivo objetivo principal principal de la puesta a tierra es el de de cualquier elemento respecto a tierra. e debe recordar que, desde el punto de vista eléctrico, los accidentes se pueden reducir o eliminar disminuyendo la tensión, o aminorando el tiempo de contacto con materiales en tensión. !on las puestas a tierra disminuimos el primer riesgo, pues evitamos que las masas metálicas se puedan poner en tensión al tenerlas conectadas a tierra, y también parte del segundo, si además, de la puesta a tierra se disponen protecciones di"erenciales de alta sensibilidad. #l presente te$to solo abordará las con"iguraciones de puestas a tierra más utilizadas en nuestro medio, es decir, las barras, las mallas y las combinaciones barra % malla. !uando se trató el tema del sondeo eléctrico vertical en el apunte , se dejo claro que este estudio solo nos daba como resultado "inal, la resistividad y los espesores de los di"erentes estratos que componen el terreno investigado. #l detalle es que para poder poder deter determin minar ar la resist resistenc encia ia teóric teóricaa de una puesta puesta a tierra tierra se neces necesita ita como como uno de los antecedentes de entrada, una variable que represente una resistividad (nica, equivalente a la acción conjunta de las distintas resistividades de los estratos presentes en el área a ocupar por dic)o sistema. A esta variable se le denomina .
Las siguientes acciones se pueden tomar para evitarlos pueden lograrse de tres "ormas, alejando las partes activas, interposición pueden de obstáculos y recubriendo de las partes activas. !omo medidas complementarias se evitará el empleo de conductores conductores desnudos y cuando se utilicen, estarán e"icazmente e"icazmente protegidos, no se usaran interruptores de cuc)illas que si no están debidamente protegidos y los "usibles no estarán al descubierto.
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se pueden adoptar las siguientes medidas, puesta a tierra de las masas, utilización de trans"ormadores de peque/a tensión 01234, separación de circuitos mediante trans"ormadores mantenimiento aislado de tierra todos los conductores del circuito de utilización incluso el neutro, adoptar doble aislamiento que consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamiento de protección re"orzado entre sus partes activas y sus masas accesibles. 5tra medida muy e"ectiva contra los contactos indirectos es el uso de interruptores di"erenciales, el cual detecta derivaciones de corrientes a tierra y abre el circuito de"ectuoso.
#l cuerpo )umano al ser atravesado por la corriente eléctrica, se comporta como un conductor siguiendo la ley de 5)m. 6onde La 7ntensidad es igual a la 6i"erencia de potencial 8 *esistencia. Los "actores mas importantes que determinan los e"ectos del paso de la electricidad a través de una persona son
7ntensidad. *esistencia. 9recuencia. :iempo de contacto. *ecorrido de la corriente a través del cuerpo. :ensión.
la intensidad que pasa por el cuerpo )umano, unida al tiempo de circulación, es la causa determinante de la gravedad en el circuito eléctrico. #sta comprobado que las siguientes intensidades provocan
–
7;:#;76A6 6e + a ? mA. A partir de @ mA.
#9#!:5 #; #L !<#*-5 =<>A;5
2
La intensidad que circule por el cuerpo )umano a causa de un contacto accidental, dependerá (nica y e$clusivamente de la resistencia que se o"rezca al paso de la corriente, siendo esta resistencia la suma de *esistencia del punto de contacto 0piel4. *esistencia de los tejidos internos que atraviese la corriente. *esistencia de la zona de salida de la corriente. #l punto de contacto con la "uente de tensión es siempre la piel, y su resistencia puede variar entre +BB o)mios para piel "ina y )(meda y +.BBB.BBB o)mios en piel rugosa y seca, tejidos internos @BB o)mios. #n la mayoría de los casos, la zona de salida de la corriente son los pies, así que la resistencia dependerá también del tipo de calzado y del material del que este "abricado el suelo.
9ig. !urvas de seguridad.
este es otro de los "actores que más in"luirán en los da/os que su"ra la persona a"ectada. -ara una "recuencia industrial 0@B8CB =z4 se distinguen las siguientes curvas de seguridad.
#n los siguientes puntos se describirán las con"iguraciones de sistemas de puesta a tierra más utilizados en nuestro -aís, no queriendo decir con esto que son las (nicas ni las mejores respecto a otras.
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#sta con"iguración de puesta a tierra, tiene como principal de"ecto el )ec)o de que su resistencia es bastante elevada. -or ejemplo, y tomando como base una resistividad de suelo de +BB 0 m4, la resistencia de una barra de +,@ mts. por D' alcanza en promedio a los CB 0 4 6ebido a lo anterior, se recomienda su uso solo en el caso de que se complemente con dispositivos di"erenciales. La ecuación que permite determinar su resistencia es
Re 6onde *e L+ eq a
eq 2 L1 ln 2 L1 a
*esistencia del electrodo 04. Largo del electrodo 0m4. *esistividad equivalente del terreno 0 m4. *adio del electrodo 0m4.
#ste tipo de con"iguración, a di"erencia de la anterior, presenta la ventaja de que se pueden conseguir valores de resistencia bastante más peque/os, pero a un costo mayor. -ara el cálculo de la resistencia de un enmallado o también denominado malla de puesta a tierra, e$isten dos alternativas de cálculo, una debida a Laurent y la otra debida a c)Farz.
#ste método de cálculo solamente considera como parámetros "undamentales de la malla, los concernientes a la longitud del conductor que la con"orma, y el radio equivalente de la misma. 6ebido a lo anterior, algunos autores nombran a este método como el &método apro$imado' de Laurent. La e$presión que permite determinar la resistencia de la malla de puesta a tierra mediante este método, es la siguiente
RML 6onde *>L r Lm
eq eq 4 r Lm
*esistencia de la malla por Laurent 04. *adio medio de la malla 0m4. Longitud total del conducto de la malla 0m4. 4
eq
*esistividad equivalente del terreno 0 m4.
#ste método de cálculo a di"erencia del anterior, considera tanto las características del terreno, como las concernientes a la malla, debido a esto, al método se le llama &e$acto'. Las e$presiones de calculo que permiten determinar la resistencia de una malla mediante c)Farz, se presentan en la página siguiente.
2 Lm K1 Lm ln K2 he d S 2,3 he A 0,044 K1 1,43 S B RMS
eq Lm
K2 5,5 6onde *> eq Lm d )e A G
8 he h A 0,15 e S S B
*esistencia de la malla por c)Farz 0 4. *esistividad equivalente del terreno 0 m4. Longitud total del conducto de la malla 0m4. uper"icie de la puesta a tierra 0m14. 6iámetro del conductor de la malla 0m4. -ro"undidad a la cual se entierra la malla 0m4. Longitud por el lado de mayor dimensión de la malla 0m4. Longitud por el lado de menor dimensión de la malla 0m4.
!omo )emos visto en las ecuaciones que de"inen el calculo de la resistividad equivalente, el antecedente primario, es la super"icie y características de la malla de puesta a tierra, in"ormación, que el proyectista del sistema ya debe tener de"inido, sobre la base de los parámetros indicados en la página siguiente.
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-ara determinar la super"icie de la malla de puesta a tierra, no e$iste una ecuación general que sirva para este e"ecto, principalmente la de"inición de la super"icie de la malla depende del área disponible, tipo de terreno y la e$periencia del proyectista. A continuación se presentan algunas recomendaciones de super"icie de mallas, en "unción del tipo de terreno en el caso de querer conseguir una resistencia má$ima de @ 0 4.
-
-ara terrenos con una resistividad promedio de @B 0 m4 +C m 1 .
-
-ara terrenos con una resistividad promedio de +BB 0 m4 1@ m 1 .
-
-ara terrenos con una resistividad promedio de +@B 0 m4 +BB m 1 .
>ediante cables continuos de secciones adecuadas y uniones que garanticen un +BBH de conductividad, deberán conectarse a la malla de puesta a tierra los siguientes elementos a4 :odas las partes metálicas que normalmente no conducen corriente, pero que accidentalmente por "allas de aislación, pueden quedar energizadas. b4 3arillas, tuberías y toda clase de estructuras metálicas enterradas dentro del perímetro de la malla. c4 -ararrayos, condensadores de acoplamiento y cuando corresponda, los neutros de los trans"ormadores, máquinas rotatorias, circuitos secundarios de poder, y los secundarios de los trans"ormadores de tensión y de corriente.
#$isten dos alternativas de unión entre los conductores de la malla de puesta a tierra, uno es el denominado prensas de unión y el otro es el sistema denominado como termo"usión. #n la práctica, no se recomienda el uso de prensas para la unión de los conductores de puesta a tierra, debido a que no o"rece un grado de unión adecuado entre los conductores, lo que trae como consecuencia un aumento de la resistencia de contacto. -re"erentemente entonces, se deberá pre"erir realizar las uniones entre los conductores de la puesta mediante termo"usiones.
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Polvo de Ignición Polvo de Soldadura Disco de Retención Cable
Molde de Grafito
Los procesos de termo"usión se basan en reacciones químicas de 5$idoreducción. #n el proceso de termo"usión aplicado a la unión de conductores de cobre, la reacción es la siguiente
La gran cantidad de energía generada 0=4, "unde el cobre que cae en "orma de colada de "undición, en tanto que el 5$ido de Aluminio arrastra impurezas, y por su menor densidad sube como escoria. #l polvo de soldadura es una mezcla de ó$ido de cobre y aluminio, cuya reacción e$otérmica produce metal "undido. #l cobre "undido "luye a través del canal sobre los conductores, "undiéndolos y soldándolos. #sta unión así obtenida es de gran estabilidad "ísico % química en el tiempo, y altamente resistente a las solicitaciones térmicas y eléctricas a las cuales puede ser sometida.
La resistencia de puesta a tierra de un electrodo, un conjunto de electrodos o una malla, deberá poder medirse sin di"icultades. -ara cumplir lo anterior, se debe dejar por lo menos un punto de la puesta a tierra accesible, adoptándose una disposición como la mostrada en la siguiente "igura
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-ara e"ectuar la medición de la puesta a tierra, se utiliza el mismo instrumento empleado para medir la resistividad del terreno. Las precauciones a tener presente en la medición de la resistencia de la puesta a tierra son a4
La instalación eléctrica debe estar desenergizada.
b4
e deben retirar todas las cone$iones a la puesta a tierra.
-ara conocer el valor de la resistencia de una puesta a tierra ya instalada, se deberá seguir el siguiente procedimiento a4
R I
V
V
I
R I
V
V
I
L (m)
d (m)
8
e debe conectar el borne de potencial 0más pró$imo4, al borne de corriente indicado anteriormente. b4 #l otro electrodo de corriente del instrumento se conecta al terreno a través de un electrodo au$iliar, a una distancia 0d4, no in"erior a los 1B metros en el caso de una malla de puesta a tierra, y a una distancia 0d4, no in"erior a +B veces la longitud en el caso de tener un electrodo vertical 0barra4. #l tercer electrodo del instrumento 0potencial4, se conecta a través de un segundo electrodo au$iliar al terreno, y se desplaza sucesivamente entre los electrodos de corriente a una distancia 0L4, teniendo como punto de partida la puesta a tierra. c4 9inalmente con la distancia de separación del electrodo de potencial 0tercer electrodo del instrumento4, y los valores de resistencia indicados por este, se procede a con"eccionar una grá"ica de resultados. #n donde la curva representativa de la medición adquiera un valor )orizontal sostenido, se entenderá que éste es el valor de la resistencia de la puesta a tierra en estudio.
Resistencia ()
RPT
L (mts)
#l concepto del mejoramiento de terrenos, consiste en KsimplementeK poder disminuir la resistencia de la puesta a tierra con"igurada. Los parámetros de mayor in"luencia en la resistencia de una puesta a tierra son La resistencia propia del sistema de puesta a tierra o resistencia de contacto, dada por las características "ísicas de la puesta a tierra.
-
-
La resistividad del suelo, dada por las características conductivas de éste.
La resistencia de un sistema de puesta a tierra, entonces, podrá mejorarse atacando las situaciones anteriormente descritas, mediante las siguientes posibilidades
-
>odi"icando la resistencia propia del sistema.
-
>odi"icando la resistividad del terreno. 9
#n el caso de que un solo electrodo no sea su"iciente para cumplir con un valor adecuado de resistencia de puesta a tierra, una práctica (til es la de utilizar varias barras verticales con el "in de proveer trayectorias paralelas de corriente a tierra. #n este caso, el sistema de puesta a tierra tenderá a asemejarse a un circuito resistivo paralelo, con lo que la resistencia total de la puesta a tierra, disminuiría en "unción de la cantidad de barras verticales interconectadas. Lo anterior e$presado en "ormula, adopta la siguiente estructura
RT K
Re Ne
6onde *: *esistencia total 0 4. M !onstante de combinación. *e *esistencia de un electrodo 0 4. ;e ;(mero de electrodos en paralelo.
1 ? 2 @ C E +B
+.+@1? +.?B@? +.2+?E +.2E1 +.@CB +.C1@1 +.C@C +.1B+ +.@EE
La distancia de separación entre barras paralelas debe ser igual al doble de la longitud del electrodo utilizado.
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!omo la resistencia de la puesta a tierra es una resistencia de contacto, para bajarla bastará solo con aumentar la super"icie de contacto entre el suelo y los conductores que "orman la malla de puesta a tierra. -ara lograr lo anterior, solo es necesario aumentar el diámetro de los conductores de la malla y el área cubierta por la misma. #s claro que esta solución es antieconómica, por lo tanto poco práctica.
!omo sabemos, la conducción en el suelo es iónica y no electrónica como es en el caso de los conductores metálicos, por lo tanto, para bajar la resistividad de un terreno, bastará con adicionar iónes al suelo. #$isten varias "ormas de realizar el acondicionamiento de un terreno, una de ellas es utilizando diversas sales químicas como lo son , carbonato de sodio, cloruro de sodio, etc.P sin embargo, este tipo de mejoramiento pierde e"ecto al cabo de
5tros materiales utilizados en la reducción de la resistividad del terreno son los derivados del carbono, los cuales cuando son llevados a diámetros de una granulometría muy peque/a proporcionan elementos estabilizadores de muy baja resistividad. Las arcillas osmóticas por su propiedad de retener el agua durante largos periodos de tiempo también son utilizados en el tratamiento de suelos, sin embargo )ay que tener cuidado con la contracción y e$pansión de estas arcillas en los periodos de lluvia y sequía. 5tro de los métodos de modi"icación de la resistividad de los terrenos es
Las
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CAPÍTULO II / REQUISITOS DE UNA PUESTA A TIERRA DE ALTA TENSIÓN.
6ebe ser resistente al ataque corrosivo del terreno y atmós"era.
e4 6ebe tener una resistencia que en cualquier época del a/o, en ocurrencia de "alla mono"ásica, permita que circule una corriente a tierra con una magnitud tal, que asegure la operación de la protección del arranque del trans"ormador particular, en un tiempo in"erior a tres segundos. "4 Los di"erentes electrodos y elementos que con"orman el sistema de puesta a tierra, deben ser capaces de conducir las corrientes de "alla sin calentamiento tal, que en zonas especí"icas, este )ec)o pudiese dar lugar a incendios o e$plosiones. g4 6ebe ser capaz de controlar las gradientes de potencial que ocurren en el momento de la descarga a tierra. 12
)4 6ebe ayudar a la coordinación de las protecciones, permitiendo que "rente a una "alla opere la protección del arranque antes que la protección de la red de la compa/ía.
S! de "a#ada
Protección de la Red de MT
"arra de MT %* '( "arra de $T %%& '(
L,mite de Pro-iedad
Puesta a Tierra del Sistema
Protección de $rran+ue Protección del transformador T) Particular
Malla de $T
Malla de "T
Red Interior de "a#a Tensión
#n "unción de la "igura anterior, si la carcaza del trans"ormador particular se conecta a una tierra de protección 0malla de A:4, se "ormará un circuito en que quedan conectadas en serie la resistencia de esta, y la puesta a tierra de sistema de la subestación de bajada, y las impedancias de las líneas de alimentación. A di"erencia de G:, la magnitud de voltaje aplicado al circuito equivalente de "alla es bastante mayor, lo cual en este caso, )ará circular corrientes que )arán operar las protecciones en tiempos siempre in"eriores a los tres segundos, de modo que la "alla se podrá considerar siempre transitoria y no permanente como es el caso de G:. #n las condiciones se/aladas en el párra"o anterior, la corriente tolerable por el cuerpo )umano obedecerá a lo dictado por la e$presión de 6anziel, y la tensión de seguridad no será de C@ o 12 034, sino que será aquella que )aga circular a través del cuerpo de la persona que toque la carcaza del trans"ormador 0en presencia de una "alla4, un valor de corriente no superior al determinado de acuerdo a la mencionada e$presión.
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!omo en A: una "alla a tierra no puede permanecer en el tiempo, la duración de ésta, será el "actor que determine "inalmente los valores de corriente y tensión que una persona puede soportar, en un determinado contacto, sin que su"ra un desenlace "atal. !uando la corriente es igual o superior a +BB mA, puede producirse descomposición de la sangre, y alrededor de los ? 0A4, se producirán grandes depresiones del sistema nervioso y posibles estados de muerte aparente. -ara corrientes superiores se producirán quemaduras o carbonizaciones de la zona a"ectada. -ara cortos tiempos de circulación de corriente, no superiores a tres segundos, se )a demostrado que el cuerpo )umano puede resistir sin problemas valores bastante superiores a +BB mA. !)arles 6anziel estableció que en dic)as condiciones, la corriente que el cuerpo tolera sin di"icultades, esta dada por la siguiente e$presión K IC t #sta e$presión de 6anziel nos permite determinar los niveles de corriente permisible para un ser )umano, en "unción de un tiempo determinado 0t ? seg.4. La variable M que aparece en la ecuación descrita, asume di"erentes valores dependiendo principalmente del peso de la persona que puede su"rir el contacto. -ara personas de )asta @B Og. el "actor M J B,++CP en cambio para personas con un peso mayor a @B Og. y menor o igual a B Og., el "actor M J B,+@. -ara personas con mayor peso, se puede estimar el "actor en "unción del delta determinado por los dos datos anteriores. !on el valor de la corriente permisible para un ser )umano, y utilizando la ley de 5)m, podremos entonces determinar el valor má$imo de potencial que una persona puede soportar "rente a una descarga eléctrica. 6e igual "orma que en G:, la resistencia del cuerpo )umano es un valor variable en un rango muy amplio, el que puede ir desde unos pocos centenares de o)m )asta varios >ega o)m, y los parámetros de los que depende esta variación son muy diversos y aleatoriosP entre ellos se encuentra el estado anímico, el estado de salud, el medio ambiente en que la persona se encuentre, etc. 5tro de los "actores que a"ecta el comportamiento de la resistencia del cuerpo, es la tensión aplicada, por que al ser la piel el elemento aislante que envuelve al cuerpo y por su peque/o espesor, resulta más o menos "ácil per"orarla al aumentar la tensión.
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;o e$iste un valor uni"orme de resistencia dado por las di"erentes normasP así por ejemplo, para la 36# 0Alemania4, el valor adoptado es ?BBB , para la <:# 09rancia4, es de 1@BB y para el 7### 0<A4, es de +BBB . !onsiderando la in"luencia de la tensión sobre el parámetro, un valor de ?BBB brinda su"iciente seguridad al dise/ar un sistema de protección en G: y +BBB sería el valor adecuado al trabajar en A: 0en nuestro país se adopta el valor de +BBB en sistemas de A:4. #l voltaje que en un momento dado se aplique al cuerpo )umano, dependerá "undamentalmente del punto del sistema eléctrico en que suceda el accidente 0A: ó G:4, y de las condiciones en que éste suceda 0presencia o ausencia de resistencias en serie con el cuerpo4.
Las bases de calculo que interceden dentro del dimensionamiento de un sistema de puesta a tierra en alta tensión, son las siguientes
-
!apacidad nominal de la protección del arranque. *esistencia má$ima de la puesta a tierra a con"igurar. *esistencia de la puesta a tierra proyectada. :iempo de operación de la protección del arranque "rente a una "alla a tierra. !ontrol de las gradientes de potencial. #valuación "inal del dise/o de la puesta a tierra. ección mínima del conductor de la puesta a tierra.
:al como se menciono anteriormente, uno de los objetivos que debe cumplir la puesta a tierra de A: es, "rente a una "alla, )acer operar la protección que instala la !ía. 6istribuidora en el arranque de la alimentación para el trans"ormador particular. *ed de la !ía
Arranque
Límite de propiedad
9usible del arranque
9usible del :89 particular
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eg(n lo anterior, dentro del dise/o de la puesta a tierra se deberá conocer la capacidad de la protección 0"usible4, que instala la !ía. en el mencionado arranque, situación que en la practica no es posible conocer por medio de las #mpresas 6istribuidoras de #lectricidad. 6ebido a esto, el proyectista de puestas a tierra deberá estimar la capacidad de dic)a protección, situación que puede resolverse utilizando la siguiente e$presión
FA
1,5 ST 3 VLAT
6onde 9 A !apacidad nominal del "usible de arranque 0A4. : -otencia del trans"ormador 0M3A4. 3LA: :ensión de alimentación por el lado de alta 0M34.
La resistencia má$ima de la puesta a tierra representa el má$imo valor de resistencia que deberá presentar esta, para que su dise/o cumpla con los parámetros de seguridad que le impone el sistema eléctrico. u valor se determina por medio de la siguiente e$presión
Rma"
2
1
3
3 VLAT 2
IFA!
!
0
!1
!2
2
6onde 3LA: :ensión de línea del sistema por el lado de A: 034. 79A
-ara poder determinar la corriente de "alla au$iliar, se debe analizar la curva de operación de la protección del arranque, y a la vez, cumplir con la siguiente desigualdad
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t (seg1)
IFMIN < IFAUX < ICC1 Curva caracter,stica de o-eración del fusible del arran+ue (tiem-o m34imo de a-ertura)
t%
t* t2 I ($) IMI.
I$/0
ICC%
6onde 79>7; !orriente de "alla mínima 0A4. 79A
La corriente de "alla mínima es un dato que depende de la imposición de un tiempo má$imo de operación de la protección de respaldo 0t +4, junto a su curva característica de operación. !omo se menciono anteriormente, uno de los requisitos que debe cumplir el sistema de puesta a tierra en A:, es que presente un valor de resistencia tal que en cualquier época del a/o, en ocurrencia de "alla mono"ásica, permita que circule una corriente a tierra con una magnitud, que asegure la operación de la protección del arranque en un tiempo in"erior a tres segundos.
#n la página "inal se presenta la curva característica de "usibles utilizados por !)ilectra.
!omo recomendación, en la practica se trabaja el dise/o del sistema condicionado a un tiempo de operación no superior a B,@ segundos. La corriente de "alla au$iliar, es un dato estimado pero dependiente del valor de la corriente anteriormente descrita. e recomienda que el valor de ésta corriente de "alla au$iliar sea como má$imo 1BB 0A4 más grande que la corriente de "alla mínima. !on el valor de ésta corriente podremos determinar el tiempo má$imo estimado de operación de la protección, el que debe ser obviamente in"erior a t +. La corriente de corto circuito "ranco a tierra, es un dato aportado por la !ía. 6istribuidora por medio de un documento denominado . 17
#l paso a realizar a continuación, es determinar los parámetros del sistema, es decir, las impedancias en secuencia positiva, negativa y cero.
Los parámetros del sistema 0Q + , Q 1 , QB4, se deben determinar en base a los niveles de corto circuito "ranco, mono"ásico y tri"ásico 0datos que aparecen en el certi"icado de niveles de cortocircuito4, en nuestro alimentador de A:. 5% 6 0% !a
5* 6 0* 2R)
5& 6 0&
6onde *9 Q+ Q1 QB
*esistencia de "alla 04. *eactancia de secuencia positiva 0 4. *eactancia de secuencia negativa 0 4. *eactancia de secuencia cero 04 .
-ara llegar a conocer "inalmente los parámetros del sistema, debemos recurrir a las e$presiones descritas en las páginas siguientes.
ICC3 6onde Q+ 39A: 3LA: 7!!?
VFAT !1
!1
VLAT 3 ICC3
*eactancia de secuencia positiva 0 4. :ensión de "ase a tierra por el lado de A: 034. :ensión de línea por el lado de A: 034. !orriente de corto circuito "ranco tri"ásico 0A4. 18
ICC3 6onde Q1 39A: 3LA: 7!!?
!2
VLAT 3 ICC3
*eactancia de secuencia negativa 0 4. :ensión de "ase a tierra por el lado de A: 034. :ensión de línea por el lado de A: 034. !orriente de corto circuito "ranco tri"ásico 0A4.
ICC1 6onde 39A: 3LA: 7!!+ Q+ Q1 QB
VFAT !2
3 VFAT !1 !2 !0
!0
3 VLAT !1 !2 3 ICC1
:ensión de "ase a tierra por el lado de A: 034. :ensión de línea por el lado de A: 034. !orriente de corto circuito "ranco mono"ásico 0A4. *eactancia de secuencia positiva 0 4. *eactancia de secuencia negativa 0 4. *eactancia de secuencia cero 04.
#l procedimiento siguiente consistirá en determinar basándose en las características geoeléctricas del terreno, una malla cuyo valor de resistencia sea in"erior al establecido en el punto anterior 0?.14. L4, sea menor que el má$imo valor de resistencia calculado anteriormente 0* ma$4, es decir *>L S *ma$ i se cumple con lo anterior, el paso a seguir es calcular el valor e$acto de la malla propuesta por medio de las ecuaciones de c)Fartz.
:al como se mencionó, para determinar el tiempo real de operación de la protección del arranque, se deberá conocer la magnitud de la corriente de "alla mono"ásica.
IF1
3 VLAT 1 2 2 3 3 RM !0 !1 !2
!onocida la corriente de "alla anterior, se procede a ubicarla en la grá"ica representativa del "usible del arranque, para conocer el tiempo real de operación de este.
t (seg1)
Curva caracter,stica de o-eración del fusible del arran+ue (tiem-o m34imo de a-ertura)
to-
I ($)
I%
6onde 79+ 3LA: Q+ Q1 QB *>
!orriente de "alla mono"ásica 0A4. :ensión de línea por el lado de A: 034. *eactancia de secuencia positiva 0 4. *eactancia de secuencia negativa 0 4. *eactancia de secuencia cero 04. *esistencia de la malla de puesta a tierra 0 4. 20
top
:iempo de operación de la protección de respaldo 0seg4.
Los gradientes de potencial en un sistema de puesta a tierra son los siguientes
-
3oltaje de paso. 3oltaje de contacto 3oltaje de malla. 3oltaje de paso por la peri"eria.
#s la di"erencia de potencial entre dos puntos del terreno, separados por la distancia de un paso, el que se supone de un metro, en el sentido de la má$ima gradiente de potencial.
(P
RC *
RP
eg(n la "igura C, la e$presión general que de"ine la magnitud del voltaje de paso, es la siguiente
V# 2 R# RC IC 6onde * *esistencia de contacto de los pies 0 4. *! *esistencia del cuerpo0 4. 7! !orriente de "alla que circula por el cuerpo 0A4. 21
i a la ecuación anterior se le impone la condición de que la corriente de "alla no e$ceda el valor má$imo permisible de acuerdo la ecuación de 6anziel y suponemos que la resistencia de contacto de los pies es igual a tres veces la resistividad super"icial del terreno 0* - J ?s4, y asimilando un peso promedio de las personas en @B Og., se obtendrá la siguiente relación que nos dará el má$imo voltaje de paso permisible.
V#
11& 0,&'& S t
%$6onde 3 3oltaje de paso 034. *esistividad super"icial del terreno 0m4. top :iempo de operación de la protección de respaldo 0seg4.
#s la di"erencia de potencial entre una estructura metálica puesta a tierra y un punto de la super"icie del terreno, a una distancia )orizontal respecto a la estructura igual al alcance de una persona, el que se supone de un metro.
(c
RC
RP *
eg(n la "igura, la e$presión para determinar la tensión o voltaje de contacto sería
22
VC RC
R# I 2 C
6onde * *esistencia de contacto de los pies0 4. *! *esistencia del cuerpo0 4. 7! !orriente de "alla que circula por el cuerpo0A4.
6e "orma análoga a lo especi"icado para encontrar la ecuación "inal que determina el potencial má$imo de paso, se puede encontrar la e$presión "inal que nos permite calcular el voltaje de contacto.
VC
11& 0,1(4 S t
%$6onde 3! 3oltaje de contacto 034. *esistividad super"icial del terreno 0m4. top :iempo de operación de la protección de respaldo 0seg4.
Las ecuaciones "inales anteriormente descritas, representan los má$imos valores de tensión de paso y contacto que una persona puede soportar sin traspasar el umbral de la "ibrilación ventricular, reiterando que se )a considerado éste umbral, como la condición más peligrosa para éste tipo de "allas, por cuanto, para los tiempos previstos de operación de las protecciones los otros e"ectos de la corriente sobre el cuerpo )umano no alcanzan a presentarse o carecen de peligrosidad. 6e la comparación de ambos valores de tensión, puede apreciarse que el cuerpo soporta una tensión de paso considerablemente mayor que la de contacto, lo cual resulta lógico puesto que al aplicar una tensión de paso, la zona del corazón no está directamente comprometida. Los otros dos parámetros, voltaje de malla 03 >4 y de paso por la peri"eria 03 --4, dependen de la con"iguración geométrica de la puesta a tierra, que en el caso de una malla, de"ine la distribución de potencial indicado en la "igura.
23
Conductores de la Malla
M PP
#n este sistema, se presentan dos condiciones netamente di"erenciadasP sobre la zona cubierta por la malla, el valor más des"avorable de tensión es el que se presenta entre el centro de cada retícula y los conductores que la "orman 0voltaje de malla4. >ás allá de la peri"eria de la malla, la distribución de potencial es similar a la de un electrodo de puesta a tierra 0voltaje de paso en la peri"eria4. #n una malla a tierra por lo tanto, se deben controlar dos gradientes de potencial en "unción de la geometría que presente el sistema de puesta a tierra.
#s la di"erencia de potencial que se origina entre un punto del terreno, situado al centro del reticulado y un punto situado sobre el conductor del reticulado. La ecuación para su calculo es la siguiente
VM 6onde 3> 79+ M> Mi 96 eq Lm
KM K* eq IF1 F) Lm
3oltaje de malla 034. !orriente de "alla mono"ásica 0A4. 9actor de "orma de la malla. 9actor de irregularidad de la malla. 9actor de decremento de la "alla. *esistividad equivalente del terreno sondeado 0 m4. Longitud total del conductor de unión de la malla 0mts4.
Los "actores de "orma, irregularidad y decremento que aparecen en la e$presión anterior, se determinan con las ecuaciones contenidas en la página siguiente.
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6epende de la "orma y dimensiones de la malla.
1 )2 1 ln 3 5 ( n + %ara n NA 2 ln KM 1& he d 4 & 8 2 6onde 6 )e d ; A
6istancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla 0mts4. -ro"undidad de enterramiento de la malla 0mts4. 6iámetro del conductor de la malla 0mts4. ;(mero de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
!onsidera la no uni"ormidad en el "lujo de corriente desde los di"erentes puntos de la malla.
K* 0,&5 0,1(2 NA 6onde ; A ;(mero de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
#n un sistema eléctrico los cortocircuitos ocurren, con respecto a la onda de voltaje, en cualquier punto de ella. La asimetría inicial se origina en la presencia de reactancias inductivas en el circuito de "alla, lo que )ace que el circuito se comporte como si e$istiera una componente de !.!. en la corriente de "alla. #sta componente continua desaparece más o menos rápidamente dependiendo de la relación Q8*. #l e"ecto práctico que esta situación acarrea, es que las protecciones deben dimensionarse para corrientes de "alla asimétricas, y como los cálculos nos entregan el valor simétrico, se )an establecidos "actores de asimetría en "unción de la relación Q8*.
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I
I
Imcoci 6 Irms*78 Intensidad m34ima de cortocircuito
Im en r9gimen estable
Intensidad m34ima de cortocircuito
Imcoci 6 Irms*
t
t
Cortocircuito asimétrico
Cortocircuito simétrico
A este "actor de conversión se le denomina "actor de decremento, cuyo valor en una apro$imación simpli"icada, se presenta en la tabla contenida en la siguiente página, seg(n recomendaciones de la ;orma 7###B.
B,B+ B,B1 B,B2 B,B B,+B B,1@ B,@B ó más
+,B +,C1 +,@B +,?1 +,1@ +,+B +,BB
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!orresponde a la di"erencia de potencial entre un punto situado en el conductor e$tremo de la malla y un punto del terreno situado a un metro "uera de la peri"eria de la malla. -ara calcular esta variable, se deberá utilizar la ecuación siguiente. V## 6onde 3pp 79+ M Mi 96 eq Lm
KS K* eq IF1 F) Lm
3oltaje de paso par la peri"eria 034. !orriente de "alla mono"ásica 0A4. 9actor de super"icie de la malla. 9actor de irregularidad de la malla. 9actor de decremento de la "alla. *esistividad equivalente del terreno sondeado 0 m4. Longitud total del conductor de unión de la malla 0mts4.
6epende de la "orma y dimensiones de la malla.
KS
1 1 1 1 1 1 n + %ara n NA 2 he ) he ) 2 3 4 1
6onde ; A ;(mero de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla. 6 6istancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla 0mts4. )e -ro"undidad de enterramiento de la malla 0mts4.
#l voltaje de malla debe ser menor o igual al voltaje de contacto 0 4. #l voltaje de paso de peri"eria debe ser menor o igual al voltaje de paso 0
4.
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6e cualquier "orma, la sección mínima a utilizar para el conductor de la malla en A:, seg(n normativa nacional, debe ser de 1+,1 mm 1 .
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