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Sistemas de Tierra
Autor: MSc. Ing. Walterio Ruiz Quesada
PUESTA A TIERRA , ES EL CONJUNTO FORMADO POR UNO O VARIOS ELECTRODOS ANCLADOS ANCL ADOS A LA MASA TERRESTRE Y COMUNICADOS ENTRE SI, POR UN CONDUCTOR DESNUDO DE SECCIÓN SUFICIENTE QUE UNIRÁ ADEMÁS, TODO EL EQUIP EQUIPAMIENTO AMIENTO Y PARTES METÁLICAS DE UNA INSTALACIÓN, GARANTIZANDO LA CONDUCCIÓN HACIA LA MASA TERRESTRE DE LAS CORRIENTES DE FALLAS O DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS. ESTA DEBE GARANTIZAR LA PROTECCIÓN DE LAS PERSONAS, LOS EQUIPOS , LA CANCELACIÓN DE POTENCIALES PELIGROSOS Y EL CORRECTO ACTUAR DE LAS PROTECCION PROTECCIONES. ES.
A
MAGNITUD DE LA CORRIENTE INICIAL ASIMÉTRICA DE FALLA.
B
DURACIÓN DE LA CORRIENTE DE FALLA.
C
ELEVACIÓN MÁXIMA PERMISIBLE DE TEMPERATURA
DIFERENCIAS ENTRE CONDUCTORES NEUTRO (N), DE PUEST A TIERRA (PAT) Y TIERRA DE PROTECCIÓN (PE) CONDUCTOR NEUTRO (N)
Es el retorno de energía de una carga eléctrica con destino a tierra CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA (PAT)
Es el conductor sin uniones, empalmes o derivaciones y su unión con los electrodos puestos en contacto con la tierra . CONDUCTOR DE TIERRA DE PROTECCIÓN (PE)
Es el hilo común o de masa que interconecta los gabinetes y chasis metálicos de equipos y aparatos, otorgando simultáneamente seguridad a las personas y potencial de referencia a los circuitos electrónicos.
DIFERENCIAS ENTRE CONDUCTORES NEUTRO (N), DE PUESTA A TIERRA (PAT) Y TIERRA DE PROTECCIÓN (PE)
L1 L2 L3
N P E PAT Electrodo de tierra
PANEL ELÉCTRICO PRINCIPAL
CABLE DE ANCLAJE PARA ACOMETIDA
S 0.0537 I T (mm2)
S 10.6 I T
ACOMETIDA 2
mm 35 mm2 o menor 50 mm2 70 - 95 mm2 120 -150 mm2 400 - 507 mm2 185 - 240 mm2 más de 507 mm2
AWG 2 y menor 1/0 2/0 - 3/0 4/0 - 350 MCM 750 - 1000 MCM 350 - 500 MCM más de 100MCM
Mil-circular-mil ANCLAJE 2
mm 10 mm2 16 mm2 25 mm2 35 mm2 70 mm2 50 mm2 95 mm2
AWG 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0
CABLE DE ANCLAJE PARA EQUIPOS DISPOSITIVO AUTOMÁTICO DE PROTECCIÓN 15 20 30-40-60 100 200 400 600-800 1000 1200 1600 2000 2500 3000 4000
ANCLAJE (mm2) 1.5 4.0 6.0 10.0 16.0 35.0 50.0 70.0 95.0 120.0 150.0 185.0 240.0 240.0
(AWG) 14 12 10 8 6 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 MCM 350 MCM 400 MCM 500 MCM
s
I
2
t
K
S ------- Es la sección del conductor en milímetros cuadrados. I -------- Es el valor eficaz de la corriente de defecto que puede atravesar el dispositivo de protección para para una impedancia de defecto despreciable (en amperes). t --------- Es el tiempo de funcionamiento del dispositivo de corte en segundos. Se considera que este método es válido a través de estas fórmulas para tiempos de desconexión menores de 5 segundos. K--------- Es el factor cuyo valor depende de la naturaleza del material del conductor de protección, de los aislamientos del mismo y de las temperaturas inicial y final.
Naturaleza del aislante de los conductores de protección o de los revestimientos revestimientos de cable Policloruro deVinilo (PVC) Temperatura final
160 0C
Material del Conductor Cobre 143 Aluminio 95 Acero 52
Polietileno reticulado ( PRC ) Etileno-Propileno ( EPR)
Caucho Butilo
250 0C
220 0C
K 176 116 64
166 110 60
Conductores de protección aislados, no incorporados a los cables y para los conductores de protección desnudos en contacto con el revestimiento de cables.
Naturaleza del aislante de los conductores de protección o de los revestimientos de cable Polietileno Caucho Policloruro reticulado Butilo de ( PRC ) Vinilo Etileno ( PVC) Propileno ( EPR) 70 0C 90 0C 85 0C
Temperatura inicial 160 0C Temperatura final Mat del Conductor Cobre 115 Aluminio 76
250 0C
220 0C
K 143 94
134 89
Valores de K para los conductores de protección que constituyen un cable Multicon Multiconductor. ductor.
Condiciones Materiales del conductor Temp máx cobre ( K ) Temp máx Aluminio ( K ) Temp máx Acero ( K )
Visibles y en los Condiciones emplazamientos normales reservados 5000C 2000C 228 159 3000C 125
5000C 82
2000C 105 2000C 58
Riesgo de Incendio 1500C 138 1500C 91 1500C 50
Valores de K para conductores desnudos que no corren riesgo de dañar materiales próximos para las temperaturas indicadas .
SI SE UTILIZA ESTA TABLA A CONTINUACIÓN MOSTRADA COMO BUENA APROXIMACIÓN A LA REALIDAD, NO ES NECESARIO HACER USOS DE LA FÓRMULA Y LA TABLA DE k ANTES MOSTRADAS.
LO QUE SI PODEMOS CONCLUIR, ES QUE EL CONDUCTOR DE TIERRA ES NECESARIO CALCULARLO O SELECCIONARLO ADECUADAMENTE PARA DEFINIR SU MAGNITUD, PUES UN ERROR POR DEFECTO PUEDE OCASIONAR GRAVES TRASTORNOS A LA INSTALACIÓN
TABLA QUE DEFINE LA RELACIÓN ENTRE EL CABLE DE ACOMETIDA Y EL CABLE DE PROTECCIÓN
S ≤ 16 16 ≤ S ≤ 35 S > 35
S 16 S/2
EFECTOS FISOLÓGICOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA
DEPENDEN ENTRE OTROS FACTORES DE: A- La intensidad de la corriente que circula por el cuerpo humano y el tiempo de exposición a ella. B- El recorrido en el cuerpo. C- La frecuencia (si la I es alterna).
Refiriéndonos a los efectos debidos a la intensidad y el tiempo de exposición podemos decir que además… Los efectos fisiológicos de la corriente pueden ser variables y dependen de un gran número de factores, algunos no medibles como: a- El estado de salud. b- La edad. c- El sexo d- El nivel de sorpresa y otros
Para
una tensión de contacto dada, la intensidad de la corriente que puede circular por el cuerpo, está en función de:
1-La resistencia interna del organismo que es para un voltaje dado, suficientemente estable. 2- La resistencia de contacto que puede variar ampliamente dependiendo de: -La superficie de contacto. -La presión de contacto. -El estado de la piel (seca, húmeda). -Las condiciones climáticas.
Fig- I -16 Curvas de Koeppen Tolazzy
Zona I: Zona de franca o rápida recuperación desde el momento de la percepción hasta el momento en que se hace difícil librarse del contacto. Zona II: Síntomas de asfixia, paro cardíaco reversible, irregularidades en el ritmo cardíaco, inconsciencia, posibilidades de fibrilación. Zona III: Inconsciencia, paralización el corazón, quemaduras, lesiones internas, fibrilación ventricular irreversible “Obsérvese que hasta 10 a los efectos son independientes del tiempo y por otra parte, para tiempos menores de 50 milisegundos los efectos son independientes de la intensidad”.
El recorrido en el cuerpo. Se deben definir dos formas de contacto con la corriente:
El macrochoque: Cuando la piel está presente como elemento de protección en el momento que el contacto se efectúa.
El microchoque: Ocurre en el caso de dispositivos implantados en el interior del cuerpo cuando no se cuenta con la protección de la piel.
Comportamiento de la resistencia del cuerpo humano con relación al voltaje
Voltaje
25 Volts 50 Volts 250 Volts > 250 Volts (Valor asintótico)
Resistencia del cuerpo -----------2500 Ω -----------2000 Ω -----------1000 Ω -----------650 Ω
I
T
I Significa que el sistema tiene todos sus conductores aislados de tierra o conexión de uno de ellos (normalmente el neutro) a tierra a través de una alta impedancia.
T Significa que el sistema tiene uno de sus conductores (normalmente el neutro) conectado a tierra.
. Define la relación entre el sistema energético y la tierr
T
N
T Significa que la conexión a tierra de las masas, es independiente de la conexión a tierra del sistema
N Significa que la tierra de las masas está unida al punto del sistema conectado a tierra ( normalmente el neutro).
Segunda letra: Define la relación entre la masa de la instalación y la
Sistema aislado de tierra con anclaje de las masas independientes del sistema eléctrico.
Sistema anclado a tierra con anclaje de las masas independiente del anclaje del sistema eléctrico.
Sistema anclado a tierra con anclaje de las masas conectado con el punto del sistema del sistema Eléctrico conectado a tierra (el neutro).
El conductor neutro hace también la función del conductor de protección denominándosele conductor PEN.
El conductor neutro (N) y el de protección (PE) están unidos solamente en el punto de anclaje a tierra del sistema eléctrico, de ahí en adelante viajan Independientes por la instalación.
Es un sistema TN -C donde desde cierto punto de la instalación el conductor PEN se desdobla en un neutro aislado y uno de protección semejante al sistema TN S.
NORMAS ELÉCTRICAS RELATIVAS AL SISTEMA DE PUESTA ATIERRA. Está
prohibida la conexión de los conductores neutro y de tierra en más de un punto. La unión del neutro y la tierra se hace en la barra de tierra del panel principal de distribución mediante el puente de enlace y del lado secundario de los sistemas derivados separadamente .
No
se recomienda utilizar cable desnudo como conductor de tierra en circuitos alimentadores, ramales y de equipo que alimentan a cargas electrónicas, excepto en uniones o puentes cortos que no corren por dentro de conductos o bandejas.
NORMAS ELÉCTRICAS RELATIVAS AL SISTEMA DE PUESTA ATIERRA El
conductor de tierra tiene que correr junto a los conductores de fase y de neutro, incluso dentro de la misma canalización. Ello con la finalidad de que disminuya su impedancia efectiva y operen adecuadamente los dispositivos de protección contra sobrecorriente, SPDs y filtros. VIOLACIÓN
El conductor de tierra aislado añadido tiene que ir por el interior del conducto
NORMAS ELÉCTRICAS RELATIVAS AL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Cuando
se usen conexiones removibles, como las de equipos enchufables (con espigas y sus respectivos tomacorrientes), el conductor de puesta a tierra del equipo debe ser el primero que se conecta y el último que se desconecta, de ahí que la tercera para de las espigas, sean más largas.
Sistema T (Desventaja).
I T
V f Rc Rd Rn R p
Suponiendo
1 V r V f Rn 1 R p
R p
>> Rc
1 V r V f Rc Rn Rd 1 R R R p p p y
Rd 0
V r 1 I p Rn R p 1 R p
Análisis del Sistema TT
V f 1 I p Rn R p 1 Ra
1 V r V f Rn 1 Ra Suponiendo Rn>>Rc y Rd=0 1 V n V f Ra 1 Rn 0 entonces V r V f Si Ra 0 y V n Si
Ra
entoncesV r V f y
V n 0
Sistema TN-C
; ;
SUPONIENDO
Rd 0
y
R p
>>
Rn
;
I T
;
i
V f 2 Rc
V n 0
V r
I p
V f 2
V f 2 R p
;
SUPONIENDO
I T
Rd 0
V f 2 Rc
V f 1 V n 2 Ra 1 R n
y
R p
Rn
,
Ra
V f 1 V r Rn 2 1 Ra
V f 1 I p Rn 2 R p 1 R
Sistema TNS
Suponiendo
Rd 0
I T
y
V f
R p
Rc R ' c V f 1 I p Rc R p 1 ' R c
R c 0 '
Si
R ' c
ENTONCES
ENTONCES
>> Rn 1 V r V f Rc 1 ' R c
entonces
V r 0 I p
V f R p
Sistema TN-S (Con anclaje adicional en el Equipo)
I T
V f Rc R c '
1 1 V n V f Rc Ra 1 ' 1 R R c n
1 1 V r V f Rc Rn 1 ' 1 R c Ra
V f 1 1 I p Rc R n R p 1 ' 1 R c Ra
Text
DISTRIBUCION DEL POTENCIAL ALRREDEDOR DE UN ELECTRODO VERTICAL
e j
. A) ELECTRODOS A UNA SEPARACIÓN TAL QUE NO EXISTE SUPERPOSICIÓN DE LAS ÁREAS DE RESISTENCIA. B) INFLUENCIA MUTUA ENTRE ELECTRODOS CUANDO SE ENCUENTRAN CERCANOS.
VOLTAJE DE CONTACTO.
V dc 0.7 VOLTAJE
I
L
DE PASO.
V P 0.16
I
h L
Valores máximos de tensión de contacto en función del tiempo de desconexión. Tiempo de despeje de la falla
M á xima tensi ón de contacto admisible (valores en rms c.a.)
Mayor a dos segundos
50 voltios
500 milisegundos
80 voltios
400 milisegundos
100 voltios
300 milisegundos
125 voltios
200 milisegundos
200 voltios
150 milisegundos
240 voltios
Según la IEC 60364-4-44.
LA RESISITIVIDAD O RESISTENCIA ESPECÍFICA DE UN MATERIAL SE DEFINE COMO LA RESISTENCIA EN CORRIENTE DIRECTA ENTRE LAS CARAS PARALELAS OPUESTAS DE UNA PORCIÓN DE ESTE, DE LONGITUD UNITARIA ( CUBO DE UN METRO).
EN EL SISTEMA DE UNIDADES MKS QUE ES EL USADO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA ACTUALMENTE LA RESISTIVIDAD SE EXPRESA EN . m2 /m, LO QUE ES EQUIVALENTE A .m.
RESISTIVIDAD PARA DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES
RESISTIVIDAD PARA DIFERENTES TIPOS DE TERRENOS
VARIACIONES DE LA RESISTIVIDAD DE UN TERRENO ARCILLOSO EN FUNCIÓN DEL PORCIENTO DE SALES CONTENIDAS EN EL
Variación de la resistividad del terreno con las temperaturas bajo cero grados centígrados Por ser la tierra un conductor con características electrolíticas, al disminuir la temperatura, la resistividad del terreno se incrementa. Un caso crítico resulta cuando el terreno se enfría por debajo de 0° C, el agua que contiene pasa a estado sólido, evitando de esta manera la disociación de las sales y el movimiento de los electrolitos.
Donde: ρT -- Resistividad del terreno a la temperatura T. ( Ώ.m). ρ18 – Resistividad del terreno a 18 °C. ( Ώ.m). α----- Coeficiente de temperatura para la conductividad eléctrica. T ----- Temperatura a la cual se determina la resistividad del terreno. (°C).
Influencia de la temperatura en la resistividad (valorar el cambio con las temperaturas bajo cero)
Estratigrafía del terreno
Las resistividades más bajas determinan en el resultado
Variaciones estacionales en Cuba
MEDIDAS COMPLEMENTARIAS PARA DISMINUIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO
Podrá ser: Sistema
de goteo de agua cronometrado (si existe una fuente de agua local).
Sistema
de condensación de agua autónoma (si no existe la fuente).
MEDIDAS COMPLEMENTARIAS PARA DISMINUIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO HUMECTACIÓN DEL SUELO
GRANULACIÓN DE LOS SUELOS
COMPACIDAD DE LO SUELOS
RESISTIVIDAD DE LAS AGUAS NATURALES.
CONDUCCCIÓN ELÉCTRICA DE LOS SUELOS
ANISOTROPÍA DE LA RESISTIVIDAD
INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y LA TEMPERATURA
FÓRMULA DE ALBRECHT
1.3 x10 4 (0.73W 2 1)(1 0.03T )
FÓRMULA DE ALBRECHT PARA LA CORRECCIÓN DE LAS LECTURAS PARA DIFERENTES TEMPERATURAS Y HUMEDAD
(0.73W 1 1)(1 0.03T 1 ) 2
2
(0.73W 2 1)(1 0.03T 2 ) 2
1
LOS INSTRUMENTO USADOS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDADS SON LOS TELULÓMETROS EXISTEN 2 TIPOS:
TELURÓMETROS DE 3 BORNES
TELURÓMETROS DE 4 BORNES LAS MAYORES VENTAJAS CON RESPECTO A LA FIABILIDAD DE LAS LECTURAS SE LE ATRIBUYE A LOS DE 4 BORNES
Medición de “Resistencias a tierra” con telurómetros de 4 bornes
Cuando la resistencia de los conductores no es significativa. Sistemas pequeños o de no tan baja resistencia
Cuando la resistencia de los conductores es significativa por ser sistemas grandes de muy baja resistencia a tierra
Medición de resistencia cuando los conductores no son factibles de ser clavados en el terreno
En estos casos los electrodos auxiliares estarán formados por placas de aproximadamente 200 cm2 de área.
MEDICIÓN DE RESISTENCIA A TIERRA
MÉTODO DE CAÍDA DE POTENCIAL (62 %) a) P2-1 ubicado al 62 % de la distancia entre la tierra bajo prueba y C, b) P2-3 desplazado 10 % más próximo a la tierra bajo prueba. c) P2-2 desplazado 10% más alejado de desde la tierra bajo prueba,
C 2 P 2 P 1 C 1
C Probador de 4 bornes
C P X
0.52 D 0.62 D
Probador de 3 bornes
0.72 D D
POSICIÓN
DEL ELECTRODO DE POTENCIAL AL 62% DE LA DISTANCIA 5d I
V
E
P
C
x d
Resistencia aparente
E
x
C
Medición de resistencia a tierra por el “Método Voltiamperimétrico”
El voltímetro debe tener al menos 1000 Ohms x volts Para sistema con neutro anclado a tierra
Para sistema con neutro aislado de tierra
Consideraciones necesarias
APLICABLE A CORRIENTES ALTERNAS HASTA 100 HZ. O CORRIENTES DIRECTAS. SEGÚN ADUAN-COMENT OF MEDICAL INSTRUMENTATION (AMM)/ JULIO DE 1971 LA MÁXIMA SENSIBILIDAD DE LAS PERSONAS ESTÁ SITUADA ENTRE LOS 50 Y 500 HZ. A PARTIR DE 1000 HZ. SE APRECIA UNA DISMINUCIÓN DE LA SENSIBILIDAD, POR EJEMPLO, A 100 KHZ. EL ORGANISMO TOLERA 100 VECES MÁS CORRIENTE A IGUALDAD DE EFECTOS, QUE LOS QUE TOLERA A 1 KHZ.
VALORES DE VOLTAJES MÁXIMOS DE SEGURIDAD PARA EL SER HUMANO
LUGARES SECOS
LUGARES HÚMEDOS
50V SEGÚN LA IEC
LUGARES MOJADOS
TIEMPOS DE DESCONEXIÓN ≈ 5 SEG
24V
12V
ALGUNOS MÉTODOS PARA LA OBTENCIÓN DE UNA ADECUADA TIERRA FÍSICA
TIERRAS NATURALES
ELECTRODOS DE GRAFITO
SISTEMA CONVENCIONAL Text ELECTRODOS QUIMICAMENTE ACTIVADOS
SALES ELECTROLÍTICAS
SISTEMA FARAGAUSS
SISTEMA UFER
ELECTRODOS DE TIERRA NATURALES TUBERÍA METÁLICA DE AGUA SOTERRADA
Debido al uso creciente hoy día de tuberías de agua no metálicas, “no se permite más el uso de las tuberías metálicas como único electrodo de tierra” y cuando ésta entre a un edificio tendrá que ser complementada, con al menos algún otro sistema de electrodos de tierra que garanticen la resistencia mínima necesaria, para la protección de la vida de las personas.
•A- ELECTRODOS DE PUNTA.(VERTICALES) Comunmente se comercializan de acero cobreado (cooper weld), siendo los diámetros recomendables de ½”, ¾” 1” ,
siendo las profundidades de 1.5 a 3 metros las mas comunes y hasta 5 metros. Son usados y comercializados también electrodos de acero galvanizado, no recomendables en zonas tropicales como las nuestras por el alto factor de corrosión, en cambio tienen más aplicación y aceptación por ejemplo en Europa
•B- ELECTRODOS DE CINTA O CABLE. • • • •
Los materiales más utilizados son: Cables de cobre trenzados (35 mm2 de sección como mínimo). Pletinas de cobre (35 mm2 de sección y 2 mm de espesor). Pletinas de acero galvanizado (95 mm2 de sección). Alambre de acero cobrizado (35 mm2 de sección como mínimo).
• C-ELECTRODOS DE PLACA
Las placas más utilizadas son rectangulares de (0.5 x 1) 1m ó cuadradas de (1 x 1) m, las de cobre suelen ser de 2 mm de espesor mínimo y las de hierro galvanizado son de 2,5 mm de espesor mínimo. En cualquier caso, la superficie útil no será inferior a 0,5 m2. Su colocación debe hacerse vertical. No se recomiendan el uso de placas si tenemos en cuenta la relación “gastos- beneficios” . La parte superior de la placa debe estar enterradas de 0.8 a 1 m de la superficie del terreno
Corrosión de los metales más usados para electrodos de sistemas de tierra . Corrosión del cobre Resistente a la corrosión, a excepción de los suelos alcalinos o en medios amoniacales (agua de estiércol). También le atacan las cenizas y escorias. Corrosión del hierro galvanizado El hierro galvanizado suele corroerse más en las partes enterradas (a mayor profundidad más humedad). Corrosión del aluminio La corrosión del aluminio puede ser rápida en los suelos alcalinos. Su utilización en las tomas de tierras debe hacerse con cuidado y previo análisis del terreno. Corrosión bacteriana En las arcillas, medio más propicio para la corrosión bacteriana, el cobre no sufre ningún ataque, pudiendo por el contrario ser seriamente atacado el hierro, especialmente en los suelos sulfurosos.
Sistemas de aterramiento convencional MÉTODOS DE CÁLCULO
Para obtener la resistencia de un electrodo vertical se utiliza la expresión :
2. Lv 1 4.hv Lv log Rv 2.3 ) log 2. . Lv d v 2 4.hv Lv
SIENDO
hv
h z
FÓRMULA ABREVIADA
Lv 2
Rv 0.9
L
LOS TÉRMINOS DE LA FÓRMULA SON:
Rv
------- Resistencia a tierra del electrodo vertical; (Ω).
lv
-------- Longitud del electrodo vertical; (m). dv --------Diámetro del electrodo vertical; (m). ρ -------- Resistividad medida del terreno (Ω.m). hv ------ Profundidad hasta la mitad del electrodo vertical respecto a la superficie del terreno (m). hz
--- --
Profundidad de la zanja donde se clava el electrodo; (m).
LA RESISTENCIA A TIERRA DE VARIOS ELECTRODOS EN PARALELO SE CALCULA SEGÚN LA FÓRMULA:
Rp
r
R n r
SE OBTIENE A SU VEZ , DE LA TABLA SIGUIENTE, SEGÚN SEA EL ESPACIAMIENTO ELEGIDO.
Número de Relación a / L a: distancia entre electrodos electrodo, L: longitud del electrodo 1 2 3 r
t
r
Varillas en círculo o polígono 3 0.75 0.50 0.77 4 0.69 0.45 0.75 6 0.62 0.40 0.73 8 0.58 0.36 0.71 10 0.55 0.34 0.69 20 0.47 0.27 0.64 30 0.43 0.24 0.60 50 0.40 0.21 0.56 70 0.38 0.20 0.54 100 0.35 0.19 0.52
t
0.60 0.55 0.48 0.43 0.40 0.32 0.30 0.28 0.26 0.24
r
0.88 0.85 0.80 0.78 0.76 0.71 0.68 0.65 0.64 0.62
t
0.85 0.80 0.62 0.60 0.55 0.43 0.40 0.37 0.36 0.35
Varillas en línea recta 2
0.85
0.82
0.90
0.90
0.95
0.95
3
0.78
0.80
0.86
0.92
0.91
0.93
4
0.74
0.77
0.83
0.89
0.88
0.92
5
0.70
0.74
0.81
0.86
0.87
0.90
6
0.63
0.71
0.77
0.83
0.83
0.89
10
0.59
0.62
0.75
0.75
0.81
0.80
15
0.54
0.50
0.70
0.54
0.78
0.74
20
0.49
0.42
0.68
0.56
0.77
0.68
30
0.43
0.31
0.65
0.46
0.75
0.58
Sistemas de aterramiento
Cálculo del cable de enlace ( válido para profundidades entre 50cm y 100cm.) “ Configuración lineal”
Rt
L Log π L bh ρ
2.3
Rt 2.3
2
2
(Para Planchuela)
ρ
2 π L
Log
L2 dh
(Para Cable)
La resistencia a tierra real y la total de la malla es :
Rt
Rt
t
Rm
Rp Rt Rp Rt
Resistencia de la malla
ρ
Rt 2.1
L
Fórmula abreviada
PARA EL CABLE DE ENLACE CIRCULAR
Rt
ρ
2.3
2 π 2d
Rt 2.3
8π
Log
ρ
2 π 2d
2
d
(Para Planchuela)
b h
Log
4π d
2
(Para Cable)
dh
Rt Rt n.ηt
ηt
ES OBTENIDO IGUALMENTE DE LA TABLA ANTERIOR
CALCULO DE LA RESISTENCIA A TIERRA DE UNA ESTRELLA SEGÚN EL No DE BRAZOS HORIZONTALES QUE ESTA TENGA
Rt
ηth
Rt
n ηth
Coeficiente de apantallamiento de la estrella ( siguiente tabla)
th DOS LÍNEAS PARALELAS A UNA DISTANCIA DE 8 METROS DOS LÍNEAS PARALELAS A UNA DISTANCIA DE 10 METROS TRES BRAZOS DISPUESTOS EN ESTRELLA ( ESTRELLA DE TRES BRAZOS)
CUATRO BRAZOS DISPUESTOS EN ESTRELLA ( ESTRELLA DE CUATRO BRAZOS)
20 - 30 40 - 60 70 - 80 20 - 30 40 - 60 70 - 80 10 20 30 40 10 20 30 40
0.75 0.70 0.65 0.85 0.80 0.75 0.75 0.80 0.85 0.90 0.65 0.70 0.75 0.80
Algunas expresiones de la resistencia a tierra de electrodos poco usados. Resistencia del electrodo de placa. La resistencia a tierra de un electrodo de placa puede ser determinado, desde el punto de vista práctico por la siguiente expresión
P= Perímetro de la placa
Vigas metálicas. Las vigas metálicas se comportan como electrodos verticales de punta, cuando están bajo terreno. El valor de la resistencia a tierra puede ser obtenida como:
dC ---- Diámetro del círculo que inscribe a la viga
hv---- Profundidad hasta la mitad de la parte de la viga bajo terreno
METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE MALLAS PARA SUELOS UNIFORMES (NORMA IEEE STD-80 2000) Constantes: ρ: Resistividad aparente del terreno, Ω.m I : Corriente de falla monofásica en el secundario, kA Io : Corriente de falla monofásica a tierra en el primario, A tc : Tiempo de despeje de la falla, s KF : Constante para diferentes materiales a diferentes temperaturas de fusión Tm y una Temperatura ambiente de 40 oC.
Variables: hs: Grosor de la capa superficial, m ρs: Resistividad aparente de la capa superficial, Ω.m L1: Largo de la malla, m L2: Ancho de la malla, m h: Profundidad de enterramiento de la malla, m Lc: Longitud total del conductor horizontal, m Lv: Longitud de un electrodo tipo varilla, m D: Espaciamiento entre conductores, m N: Número de electrodos tipo varilla U paso tolerable: Tensión de paso tolerable, V Ucontacto tolerable: Tensión de contacto tolerable, V Umalla: Tensión de la malla en caso de falla, V Upaso: Tensión de paso en caso de falla, V A: Sección transversal del conductor, mm2 Cs: Coeficiente en función del terreno y la capa superficial LT: Longitud total del conductor, m A: Área disponible para construir la puesta a tierra, m2
a ) Conductor
a utilizar:
Según [35,36] la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la corriente admisible por el 99.5 % de las personas sin sufrir fibrilación ventricular, tomando como referencia una persona de 70 Kg de peso es:
FORMULA DE DAZIEL Y LEE
I fv
0.157 t c
I h
I fv K fv
Tabla I-4 Factor de corrección del límite de fibrilación ventricular Factor Kfv Trayecto de la corriente Mano izquierda a cualquiera o ambos pies Ambas manos a ambos pies Mano izquierda a mano derecha Mano derecha a cualquiera o ambos pies Espalda a mano derecha Espalda a mano izquierda Pecho a mano derecha Pecho a mano izquierda Nalgas a cualquiera o ambas manos Pie derecho a pie izquierdo
1.0 1.0 0.4 0.8 0.3 0.7 1.3 1.5 0.7 --
U pa sotolerable
(1000 6C s s )0.157
U contactotolerable
t c (1000 1.5C s s )0.157 t c
0.09(1 Donde:
C s 1
s
2h s 0.09
)
DONDE:
tc = Tiempo de despeje de la falla en segundos. ρ = Resistividad aparente del terreno en Ωm. ρs = Resistividad aparente de la capa superficial en Ω.m. hs: Grosor de la capa superficial en m. Cs : Coeficiente en función del terreno y la capa superficial.
) Deter m in ac ión d e la c o n fig u r ac ión in ic ial:
D) CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA RG EN OHMIOS:
e) Cálculo del máximo potencial de tierra (GPR)
•Si GPR > Ucontacto tolerable se calculan las tensiones
de malla y de paso en caso de falla • si GPR < Ucontacto tolerable , entonces el diseño ha
concluido
f) Cálc u lo de ten si ón d e m alla en c aso de f alla:
Kii
= 1 para mallas con electrodos de varilla a lo largo del perímetro, en las esquinas o dentro de la malla.
Para mallas sin electrodos tipo varilla o con pocas varillas dentro de la malla.
Umalla > Ucontacto Tolerable se debe cambiar la configuración de la malla Si Umalla < Ucontacto Tolerable se pasa a calcular la Tensión de Paso
Cálculo de la tensión de paso en caso de falla:
Soldadura de aluminotermica. La aluminotermia consiste en una reacción química “exotérmica” en la cual se reduce el óxido de cobre mediante aluminio en polvo:
En ella el aluminio se combina con el oxígeno del óxido de cobre, resultando cobre metálico y óxido de aluminio.
Las
principales ventajas que ofrece la soldadura aluminotérmica para las puestas a tierra, son las siguientes:
1.
Se elimina la unión física o mecánica entre las partes a unir. 2. Se aumenta la conductividad en la unión por encima de la de los conductores, ya que la sección de la unión es prácticamente el doble. 3. El tiempo en que se realiza la soldadura es muy corto a pesar de la temperatura que alcanza (»1600°C). 4. El procedimiento se caracteriza por la facilidad y la ligereza del equipo que hay que transportar.
INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA
UNIONES SOLDADAS Las uniones enterradas serán preferiblemente soldadas y podrá utilizarse para la conexión de materiales como: cobre, bronce, acero, acero inoxidable, acero galvanizado y acero recubierto con cobre.
SOLDADURA EXOTÉRMICA TIPO “CADWELD”
INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA EJEMPLOS DE UNIONES
SOLDADURA EXOTÉRMICA TIPO “CADWELD”
“CERTIFICAR EN LA PRÁCTICA EL TRABAJO REALIZADO.” MEDICIÓN FÍSICA DE LOS VOLTAJES DE PASO Y DE CONTACTO EN LAS SUBESTACIONES
I tierra
Vpaso Vmed I ensayo
Vcont Vmed
I tierra I ensayo
Sistema Úfer
CURVA PARA MÚLTIPLES ELECTRODOS
MÉTODO UFER APLICADO AL SISTEMA CONSTRUCTIVO INDUSTRIAL. TRATAMIENTO DE LAS COLUMNAS PARA SU INCORPORACIÓN AL SISTEMA
TRATAMIENTO A LAS CERCHAS DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO INDUSTRIAL ( MÉTODO UFER)
NUDO: -CIMIENTO -ZAPATA -COLUMNA
INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA UNIONES MECÁNICAS CONDUCTOR REDONDO DE 10 mm PARA TIERRA DE CIMIENTOS
SISTEMA UFER EN UNA NAVE INDUSTRIAL
OBRA
PROFUNDIDAD DEL CIMIENTO (M)
CANTIDAD DE CIMIENTO S (U)
VALOR ÓHMICO CALCULA DO (Ω)
VALOR MEDIDO OHMS (Ω)
RESISTI VI-DAD ( Ω X M)
1.50
116
0.45
0.16
55
4.0 1.30
24 62 14
0.51 0.54 2.5
0.25 0.27 1.23
70 86 75
a. Taller Primario b. Taller Secundario a.Almacén de tercio b.Almacén de productos terminados c.Bloque Energético
1.65 1.65 2 1.
61 32 61 22
0.63 1.11 0.63 1.5
0.34 0.56 0.32 0.80
60 67 60 70
1.65 1.80
38 74
0.91 0.32
0.41 0.18
65 50
a. Nave Techado para la técnica
1.70
24
1.31
0.64
65
naves de Producción a.Bloque Energ. b.Bloque Talleres c.Almacén Facilidades
MEDIDAS COMPLEMENTARIAS PARA DISMINUIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO USO DE SALES GEM
Aplicación de la sal en la perforación donde se coloca el electrodo
Aplicación de la sal en la zanja por donde corre el conductor (horizontal)
PASAREMOS A ENSAYAR LO ANTES ESTUDIADO, A TRAVÉS DE UN PROGRAMA PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRRA DISTIERRA V 1. 2
ELECTRODOS QUIMICAMENTE ACTIVADOS
ELECTRODOS CHEN ROD
Compuesto de sal
Compuesto volcánico, carbón, etc
Ver artículo “DiseñoTierras.PDF en CD-ROM CD-ROM
ELECTRODOS DE GRAFITO
SISTEMA DE ATERRAMIENTO FARAGAUSS
FORMA DE INTERCONEXIÓN DE LOS ELEMENTOS FARAGAUSS
PROTECCIÓN DE TIERRA PARA TURBINAS EÓLICAS
ESQUEMA DE UNIÓN ENTRE LAS PARTES A ATERRAR
CONFIGURACIONES MÁS USADAS EN LA PROTECCIÓN DE TURBINAS EÓLICAS CONFIGURACIÓN TIPO 1
CONFIGURACIÓN TIPO 2
CONFIGURACIÓN TIPO 3
AGRUPACIÓN DE TURBINAS ALEDAÑAS POR GRUPOS DE APROXIMADAMENTE 5 UNIDADES
OBJETIVOS PARA LOS CUALES SE DISEÑA EL SISTEMA
PARRAYOS 10 Ω
SISTEMAS DE ENERGÍA 4Ω
SISTEMAS DIGITALES 2Ω 1Ω
EN CASO DE QUE SE CONJUGUEN PREVALECE LA MÁS EXIGENTE
EVALUACIÓN DEL ENTORNO PRESENCIA DE CENTROS DE ENERGÍA CERCANOS
EVALUACIÓN DEL ENTORNO
EMISORES DE ALTA FRECUENCIA CERCANOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MISMOS
POSIBILIDAD DE EXISTENCIA DE POTENCIALES EN EL TERRENO DE FORMA PERMANENTE U OCASIONAL
PROTECCIÓN DE LA PUESTA A TIERRA CONTRA LA CORROSIÓN USANDO MÉTODOS ESPECIALES ANTICORROSIVOS Cuando se requiera y sea económicamente justificable. Puede ser: PROTECCIÓN CATÓDICA
Con ánodo de sacrificio (electrodo de magnesio)
Con corriente impuesta (electrodo de zinc+fuente de corriente)
TIPO DE TERRENO ( DUREZA) POSEER ESTUDIO DE SUELO SI ES POSIBLE VALORACIÓN DE LOS NIVELES TOPOGRÁFICOS EXISTENTES EN EL AREA AFECTADA. POSIBLE EXISTENCIA DE ESTRUCTRAS METÁLICAS ENTERRADAS ESTRUCTURAS METÁLICAS SOBRE EL TERRENO. DISPONIBILIDAD DE ÁREA PARA ESTE USO POSIBILIDAD DE USAR LA MECANIZACIÓN PROFUNDIDAD DEL MANTO FREÁTICO
SELECCIONAR EL MÉTODO. EL SISTEMA DE EXCAVACIÓN EL RECORRIDO QUE TENDRAN LAS MISMAS EVITAR LAS PENDIENTES PARA ESTOS USOS DE SISTEMAS A TIERRA EVALUCIÓN DEL OHMIAJE Y REALIZAR LA ADECUADA SELECCIÓN DEL MÉTODO A UTILIZAR PARA LOGRARLO ETC. SON ASPECTOS QUE DIRECTAMENTE PUEDEN INCIDIR SOBRE LA CONSERVACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE
PARA LA SELECCIONDE LA VARIANTE MAS ADECUADA SE DEBE TENER CLARA UNA EVALUACION ECONOMICA DE CADA UNA Y SABER DE QUE FINACIAMIENTO SE DISPONE. AYUDA CONOCER, QUE SIN SER REGLA , EL MÉTODO CONVENCIONAL DA UNA ADECUADA RESPUESTA SIEMPRE QUE: LA RESISTIVIDAD NO SEA MAYOR DE 800 OHM x m. PARA VALORES DE TIERRA DE 10 OHM PARA PARARRAYOS QUE HASTA 300 OHM X M ES ECONÓMICO LOGRAR TIERRAS DE HASTA 4 OHMS. PARA VALORES CERCANOS A 1 OHM DE RESISTENCIA SOLICITADO POR LA TECNOLOGIA DIGITAL , EXCEPTO QUE LA RESISTIVIDAD SEA MENOR DE 70 OHM X m, SE RECOMIENDA COMBINAR EL MÉTODO CONVENCIONAL CON ALGUNO DE LOS ARTIFICIALES , POR RAZONES ECONÓMICAS.
