TEMA:
TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
DOCENTES: RAMON AVALOS GARCIA ALUMNO: CASTILLO ESLAVA JESUS
JULIO, 2017
Contenido
TENSIONES DE PASO Y CONTACTO ........................................................................................ 2
I.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2
II.
DEFINICIONES ........................................................................................................................ 2 1.
TENSIÓN DE CONTACTO ................................................................................................. 2
2.
TENSIÓN DE PASO ............................................................................................................ 3
3.
TENSION QUE SE TRANSFIERE .................................................................................... 3
III.
MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO. .............................................. 4
IV.
METODOLOGÍA GENERAL .............................................................................................. 5
V.
EQUIPOS DE PRUEBAS ....................................................................................................... 6
VI.
ALCANCE ............................................................................................................................. 6
VII.
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LAS MEDICIONES .......................................... 7
1.
ELECTRODOS DE PRUEBA ............................................................................................ 7
2.
CABLES DE PRUEBA ........................................................................................................ 8
3.
ALIMENTACIÓN DEL EQUIPO DE PRUEBA ................................................................ 8
4. AJUSTE DE LA CORRIENTE DE SALIDA ...................................................................... 8
5.
MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO ........................................................................... 8
6.
MEDICIÓN DE TENSIONES DE CONTACTO .............................................................. 10
7.
VALORES REALES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO ............................. 11
VIII.
BLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 12
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TENSIONES DE PASO Y CONTACTO I. INTRODUCCIÓN Una corriente de falla a tierra que fluye a través de un sistema de puesta a tierra provoca un EPR en el sistema de puesta a tierra y en estructuras metálicas y equipos conectados al sistema de puesta a tierra. El EPR puede resultar en diferencias de voltaje significativos que aparecen entre la tierra local y el equipo conectado al sistema de puesta a tierra. El aumento de tensión (EPR) puede ser considerado como el voltaje de activación para muchas de las siguientes descripciones de descargas eléctricas. Aparte de conducir consideración de tensión se debe dar a las obligaciones de tensión independientes tales como el código de las telecomunicaciones, el estándar de tuberías u otras normas que puedan estar en su lugar de limitar el máximo aumento de tensión.
II.
DEFINICIONES
1. TENSIÓN DE CONTACTO Tensión de contacto es la tensión generada durante un evento EPR que pueden aparecer entre las partes conductoras accesibles simultáneamente conductores. Cuando no se tocaron las partes conductoras de la tensión de contacto se denomina la tensión de contacto prospectivo y es el voltaje de circuito abierto. La tensión de contacto se convierte en el efectivo (cargado) tensión de contacto cuando los elementos conductores están siendo tocadas simultáneamente.En este caso, el circuito de tensión de contacto se carga por la impedancia del cuerpo a lo largo de la trayectoria de corriente. Al comparar las tensiones de contacto calculados o medidos con límites de tensión de contacto, la tensión de contacto se toma como la diferencia de potencial entre la parte conductora y cualquier punto de la superficie de la tierra a una distancia horizontal de un metro de la proyección vertical del punto de contacto con la parte conductora.
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Tensiones de contacto suelen aparecer entre una mano y uno o dos pies de una persona tocando un temporal amenizada parte conductora mientras está de pie en la superficie de la tierra a un metro de la estructura. Tensiones
de
contacto
también
pueden
ocurrir
entre
dos
partes
conductoras que pueden ser tocadas simultáneamente.
2. TENSIÓN DE PASO Paso de tensión es la tensión entre dos puntos de la superficie de la tierra que son 1 m distantes unos de otros, que se consideran la longitud del paso de una persona. Ejemplos de una tensión de paso se muestran en la figura Es la máxima tensión que puede aparecer entre los pies de una persona, separados un metro, al circular la máxima falla a tierra desde un electrodo.
3. TENSION QUE SE TRANSFIERE El potencial transferido es el potencial de aumento de un sistema de puesta a tierra causada por una corriente a la tierra transferido por medio de un conductor conectado (por ejemplo, una funda de cable metálico, MEN conductor, tubería, o ferrocarril) en áreas con baja o nula aumento potencial relativo para hacer referencia a la tierra lo que resulta en una diferencia de potencial que se produce entre el conductor y sus alrededores. Un potencial transferido también puede aparecer entre un conductor y la zona de los alrededores del potencial aumento cuando el conductor conectado a LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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tierra hace referencia a la tierra de referencia en el campo del potencial aumento. El potencial transferido es un caso especial de tensión de contacto. El potencial transferido puede acercarse a la subida potencial del sistema de puesta a tierra en algunos casos. Potenciales transferidos pueden afectar a las plantas tercera parte, los equipos y las personas Dónde posibles subidas en el sistema de puesta a tierra son transferidos por carpintería metálica, tales como conductores neutros de un sistema MEN o tuberías de agua a lugares alejados de la instalación, subsidio podrá estar la caída de tensión en estos conductores. De lo contrario, el potencial transferido debe considerarse como igual al aumento potencial en el sistema de puesta a tierra. En caso de cesión potencial implica una parte larga conductor, tal como una valla de puesta a tierra a intervalos regulares a lo largo de su longitud, la parte conductora se elevará a un potencial en algún lugar entre el máximo y el mínimo potencial de aumento que le afectan. El potencial transferido sobre la parte conductora con respecto a la tierra circundante puede variar a lo largo de su longitud.
III.
MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO.
Las tensiones de paso y contacto calculadas deben comprobarse antes de la puesta en servicio de subestaciones de alta tensión y extra alta tensión para verificar que estén dentro de los límites admitidos. Deben seguirse los siguientes criterios adoptados de la IEEE-81.2. Esta medición no se requiere LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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para los apoyos o estructuras de las líneas de transmisión asociadas a las subestaciones, a excepción de las dos primeras estructuras de cada línea. Las mediciones se harán preferiblemente en la periferia de la instalación de la puesta a tierra. Se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas queden falseadas como consecuencia de corrientes espurias o parásitas circulantes por el terreno. Los electrodos de medida para simulación de los pies deberán tener una superficie de 200 cm2 cada uno y deberán ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N cada uno. Consecuentemente, y a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto de dichas corrientes, por ejemplo, método de inversión de la polaridad, se procurará que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y preferiblemente no inferior a 50 amperios para centrales y subestaciones de alta tensión y 5 amperios para subestaciones de media tensión. Los cálculos se harán suponiendo que existe proporcionalidad para determinar las tensiones máximas posibles. Se podrán aceptar otros métodos de medición siempre y cuando estén avalados por normas técnicas internacionales, NTC, regionales o de reconocimiento internacional; en tales casos, quien utilice dicho método dejará constancia de la norma aplicada.
IV.
METODOLOGÍA GENERAL
Para la medición de tensiones de paso y contacto en subestaciones de media, alta y extra alta tensión, se emplean los principios de medición planteados en el documento Std IEEE 81.2 Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems. La metodología está basada en la aplicación de corriente primaria a la frecuencia de servicio (60Hz) entre un punto de la tierra remota y la malla de la subestación. La corriente aplicada eleva el potencial de la malla y permite realizar mediciones de potenciales de paso y contacto en la subestación y en la periferia, sitios donde estarán expuestas las personas en las subestaciones a riesgos de electrocución LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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por estos potenciales. Los valores de tensión obtenidos se extrapolan con base en el nivel de cortocircuito de la subestación y de esta manera se obtienen los valores reales de tensiones de paso y contacto del SPT construido. Estos valores obtenidos se comparan contra las tensiones máximas admitidas por el RETIE y se determina si el SPT es seguro. El principio de inversión de polaridad se aplica para reducir el error que se presenta por los potenciales asociados a corrientes circulantes por la malla.
V.
EQUIPOS DE PRUEBAS
Los equipos de prueba se alimentan directamente de la red. Deben estar construidos con transformadores de dos devanados para aislar las corrientes de prueba de la referencia de la malla de tierra local y realizar la inversión de polaridad de la corriente aplicada. Los equipos deben aplicar suficiente tensión para permitir la circulación mínima de corriente requerida. Se debe tener en cuenta que la resistencia total del bucle de corriente corresponde a la sumatoria de la resistencia de puesta a tierra de la malla y del arreglo de electrodos de prueba. Si la tensión máxima de salida es baja, se requiere instalar un arreglo de electrodos de prueba bastante robusto. Tensiones típicas de los equipos de pruebas son 400
– 600 V para mediciones de mallas de subestaciones de media tensión, donde se requiere un mínimo de 5A de corriente de prueba y 600 – 1000 V para mediciones en alta y extra alta tensión, donde se requiere un mínimo de 50A.
VI.
ALCANCE
Las mediciones incluyen las siguientes actividades:
Inspección del estado físico del sistema de puesta a tierra visible. Incluye registro fotográfico. No incluye excavaciones.
Medición de resistencia de puesta a tierra (Opcional). Método de la caída de potencial.
Medición de tensiones de paso y contacto. Metodología de inversión de polaridad. IEEE Std 81.2.
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Cálculos de tensiones de paso y contacto referidos al nivel de cortocircuito de la subestación.
VII.
Análisis Técnico. Recomendaciones e Informe final.
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LAS MEDICIONES
1. ELECTRODOS DE PRUEBA Se debe instalar un arreglo de electrodos de prueba a una distancia superior a 6.5 veces el diámetro de la malla de tierra a probar. Esta distancia representa desde 30 hasta 100 metros de separación con la malla de tierra de la subestación asociada en sistemas de media tensión y hasta 2000 metros o mas en subestaciones de alta y extra alta tensión.. El electrodo de prueba debe tener una baja resistencia de puesta a tierra con el propósito de no limitar la corriente de inyección del equipo. Para reducir la resistencia del electrodo de prueba, el terreno puede ser humedecido previamente con agua y sales. Se puede requerir la instalación de varios electrodos de prueba interconectados. Los electrodos de prueba se pueden construir con varillas de acero de construcción, teniendo la precaución de retirarlas o enterrarlas de manera segura después de finalizada la prueba. El retiro de los electrodos de prueba puede ser difícil dependiendo del tipo de suelo. Para subestaciones de media tensión el RETIE recomienda una resistencia de puesta a tierra inferior a 10 Ohm. Aplicando una tensión de 600 V, la máxima impedancia del bucle de corriente debe ser inferior a 120 Ohm para una corriente aplicada de 5A. Por lo tanto, la resistencia de puesta a tierra del arreglo de electrodos, no debe ser mayor a 80 – 90 Ohm, teniendo en cuenta la caída de tensión en condiciones nominales. Para subestaciones de alta y extra alta tensión el RETIE presenta un valor de referencia de 1 Ohm. Aplicando una tensión de 1000 V, la máxima impedancia del bucle de corriente debe ser inferior a 20 Ohm para una corriente aplicada de 50A. La resistencia de puesta a tierra del arreglo de electrodos, no debe ser mayor a 12 – 15 Ohm. Dependiendo de las condiciones del terreno, puede requerirse la instalación de una malla de tierra LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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de pruebas de considerable tamaño. Es conveniente verificar previamente las condiciones del terreno antes de definir el punto de palicación de corriente.
2. CABLES DE PRUEBA Se tiende un cable de prueba desde el equipo hasta el electrodo de prueba. El otro terminal para la aplicación de la corriente de prueba se conecta a la malla de tierra. Se tiene la precaución de observar que en el trayecto desde el electrodo de prueba hasta la malla de tierra no haya personas o animales que puedan afectarse por las tensiones aplicadas al suelo. Por ese motivo, siempre debe existir contacto visible desde el equipo hasta el electrodo de pruebas.
3. ALIMENTACIÓN DEL EQUIPO DE PRUEBA La alimentación del equipo para pruebas en alta tensión debe tener una potencia al menos de 50 kVA, monofásica. Es posible que se requiera la instalación temporal de un transformador monofásico para no afectar la operación de circuitos de servicios auxiliares. Debido a que se aplican tensiones sobre el terreno, es recomendable que el equipo y el personal de pruebas tenga un adecuado aislamiento con respecto al suelo. 4. AJUSTE DE LA CORRIENTE DE SALIDA Instalado el electrodo de pruebas y el cable, se procede aplicar corriente de manera incremental hasta lograr la corriente mínima de prueba. Si es posible, se puede aplicar mayor corriente para obtener lecturas de tensión de paso y contacto mayores, lo que reduce el error del procedimiento. La tensión de prueba depende directamente de la resistencia de lazo del bucle de prueba Electrodo – Terreno – Malla.
5. MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO En el terreno donde se realizan las tensiones de paso, se colocan pesas de 25 kg separadas una distancia de 1 metro. Esta medición se debe realizar en LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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diferentes puntos cercanos a la periferia de la malla de tierra y cerca de cerramiento de la subestación. Se sigue el siguiente procedimiento: a) Instalación de una resistencia de 1000 Ohm entre las dos pesas como se muestra en la Figura siguiente. b) Se aplica la corriente mínima de prueba en el primer sentido de polaridad-P1, entre el electrodo de prueba y la malla de tierra. c) Se registra el valor de tensión entre las pesas. Este registro se denominará V1. d) Se suspende la aplicación de corriente y se registra nuevamente la tensión entre las pesas. Este registro se denominará
e) Se invierte la polaridad de la tensión de salida – P2 y se registra el valor de tensión nuevamente. Este registro se denominará V2 f) Se continúa con los puntos de prueba siguientes siguiendo el mismo procedimiento. No es necesario ajustar nuevamente la corriente de prueba. El equipo conserva el nivel de tensión aplicado. En cualquier momento de la prueba se puede aumentar o reducir la tensión de salida y por lo tanto corregir, si es necesario, el valor de salida de la corriente aplicada.
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6. MEDICIÓN DE TENSIONES DE CONTACTO Las mediciones de tensiones de contacto se realizan entre el suelo y todas las superficies metálicas de la subestación y la malla de cerramiento perimetral. Se sigue el siguiente procedimiento: a) Se coloca una pesa de 25 kg a un metro de distancia de la superficie metálica donde va a medir la tensión de contacto. b) Se instala una resistencia de 1000 W entre la superficie metálica y el electrodo pesa de prueba como se muestra en la Figura No 1. c) Se aplica la corriente de prueba de prueba con las dos polaridades y sin aplicación de corriente, como se indicó en el anterior procedimiento. d) Se continúa con los puntos de prueba siguientes siguiendo el mismo procedimiento. LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS –INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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7. VALORES REALES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO Para obtener los valores reales de tensiones de paso y contacto se debe aplicar una Proporcionalidad entre la corriente aplicada y la corriente máxima de cortocircuito monofásico.
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VIII.
BLIOGRAFIA
)CEI/IEC 479 -1: 1994 Effets of current on human beings and livestock. Part 1: General aspects Third edition 1994-09
UNE 20 -572-92 Parte 1 (equivalente a CEI 479-1: 1984) Efecto de la corriente eléctrica al pasar por el cuerpo humano. Aspectos generales}
ANSI/IEEE Std 81 – 1983 – IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Pote ntials of a Ground System.
ANSI/IEEE Std 81.2 - Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems
Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE).
Norma Técnica Colombiana NTC 2050 5. Procedimientos internos IGT-Ingeniería Total Ltda: Mediciones de Tensiones de Paso y Contacto. . Andrés Felipe Jaramillo
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