Apunte mallas .2

7/25/2019 Apunte mallas .2

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Apuntes para asignatura de Mallas a tierra Recopilacin de antecedentes_____________________________________________________________________________________

Carlos Gonzlez Peredo 1

Puestas a Tierra de Baja Tensin.

Generalidades:

Las puestas a tierra se establecen con el objetivo principal de limitar la tensin que con respectoa tierra, pueden presentar en un momento dado las masas metlicas, asegurar la operacin de lasprotecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone la avera en el material utilizado. Aspues, la instalacin de puesta a tierra se considera como un circuito de proteccin paralelo a lainstalacin elctrica.

Se resalta que el objetivo principal de la puesta a tierra es el de limitar la tensin de cualquierelemento respecto a tierra. Se debe recordar que, desde el punto de vista elctrico, losaccidentes se pueden reducir o eliminar disminuyendo la tensin, o aminorando el tiempo decontacto con materiales en tensin. Con las puestas a tierra disminuimos el primer riesgo, pues

evitamos que las masas metlicas se puedan poner en tensin al tenerlas conectadas a tierra, ytambin parte del segundo, si adems, de la puesta a tierra se disponen proteccionesdiferenciales de alta sensibilidad.

Para efecto de nuestro estudio solo analizaremos las configuraciones de puesta a tierra msutilizados en nuestro medio, es decir, las barras, las mallas y las combinaciones barra-malla.

Cuando se describi el sondeo elctrico vertical, se dejo en claro que este estudio solo nos dabacomo resultado final, la resistividad y los espesores de los diferentes estratos que componen elterreno investigado. El detalle es que para poder determinar la resistencia terica de una puesta

a tierra se necesita como uno de los antecedentes de entrada, una variable que representen unaresistividad nica, equivalente a la accin conjunta de las distintas resistividades de los estratospresentes en el rea a ocupar por dicho sistema. A esta variable se le denomina Resistividadequivalente.

Antes de profundizar el dimensionamiento de una malla de puesta a tierra, es necesario recordaralgunos mtodos utilizados para la proteccin contra contactos con la electricidad.


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Proteccin contra contactos directos e indirectos.

Las siguientes acciones se pueden tomar para evitarlos:Contra contactos directos: Pueden lograrse de tres formas, alejando las partes activas,

interposicin de obstculos y recubriendo las partes activas. Como medidas complementarias seevitar el empleo de conductores desnudos y cuando se utilicen, estarn eficazmente protegidos,no se usaran interruptores de cuchillas que no estn debidamente protegidos y los fusibles noestarn al descubierto.

Contra contactos indirectos: Se pueden adoptar las siguientes medidas, puesta a tierra de lasmasas, utilizacin de transformadores de pequea tensin (24 volt), separacin de circuitosmediante transformadores, manteniendo aislado de tierra todos los conductores del circuito deutilizacin, incluso el neutro, adoptar doble aislamiento, que consiste en el empleo de materialesque dispongan de aislamiento de proteccin reforzado entre sus partes activas y sus masas

accesibles.

Otra medida muy efectiva contra los contactos indirectos es el uso de interruptoresdiferenciales, el cual detecta derivaciones de corrientes a tierra y abre el circuito defectuoso.

Efectos de la electricidad en el cuerpo humano.

El cuerpo humano al ser atravesado por la corriente elctrica, se comporta como un conductorsiguiendo la ley de Ohm. Donde: La intensidad es igual a la diferencia de potencial dividido por la

resistencia.

R

DDPI

Los factores ms importantes que determinan los efectos del paso de la electricidad a travs deuna persona son:

- Intensidad.- Resistencia.- Frecuencia.-

Tiempo de contacto.-

Recorrido de la corriente a travs del cuerpo.- Tensin.


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Intensidad: La intensidad que pasa por el cuerpo humano, unida al tiempo de circulacin, es la

causa determinante de la gravedad en el circuito elctrico. Est comprobado que las siguientesintensidades provocan:

Intensidad Efectos en el Cuerpo HumanoDe 1 a 3 mA Un organismo normal percibe un picor sin peligro(umbral de

percepcin)

A partir de 5 mA Un contacto prolongado puede provocar movimientos bruscos enciertas personas.

A partir de 8 mA Comienzan las convulsiones musculares y tetanizacin (rigidez ytensin convulsiva) de los msculos de la mano y del brazo,pudiendo ocasionar que la piel se quede pegada a los puntos decontacto con las partes bajo tensin( fenmeno deagarrotamiento).

Por encima de25mA

En un contacto de ms de dos minutos, si el paso de la corriente espor la regin del corazn, se puede producir una tetanizacin delmsculo del pecho, pudiendo llegar a sufrir la asfixia.

Entre 20 y 50 mA Se puede producir la fibrilacin ventricular si la corrienteatraviesa la regin cardiaca, produciendo la muerte si elaccidentado no es atendido en minutos.

Entre 2 y 3 A Sobreviene la parada respiratoria, inconsciencia, aparecen marcasvisibles.

Resistencia: La intensidad que circule por el cuerpo humano a causa de un contacto accidental,depender nica y exclusivamente de la resistencia que se ofrezca al paso de la corriente, siendo

esta resistencia la suma de:-

Resistencia del punto de contacto (piel).-

Resistencia de los tejidos internos que atraviese la corriente.- Resistencia de la zona de salida de la corriente.

El punto de contacto con la fuente de tensin es siempre la piel, y su resistencia puede variarentre 100 Ohm para piel fina y hmeda y 1000000 Ohm en piel rugosa y seca, tejidos internos500 Ohm.

En la mayora de los casos, la zona de salida de la corriente son los pies, as que la resistencia

depender tambin del tipo de calzado y del material del que este fabricado el suelo.


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Zonas tiempo/corriente.

Tiempo de Contacto: Este es otro de los factores que ms influirn en los daos que sufra lapersona afectada. Para una frecuencia industrial (50/60 Hz), se distinguen las curvas anteriores.

Sistemas de puesta a Tierra.

En nuestro estudio se describirn las configuraciones de sistemas de puesta a tierra msutilizados en nuestro pas, no obstante con esto se quiere decir que son las nicas, ni las mejores

respecto a otras.

Electrodo Vertical.

Esta configuracin de puesta a tierra, tiene como principal defecto el hecho de que suresistencia es bastante elevada. Por ejemplo, y tomando como base una resistividad de suelo de

100 m , la resistencia de una barra de 1,5 m por de dimetro alcanza en promedio a los 60Ohm.

Debido a lo anterior, se recomienda su uso solo en el caso de que se complemente con

dispositivos diferenciales.


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La ecuacin que permite determinar su resistencia es:

1a

L4Ln

L2R

a

L2Ln

L2R

1

1

eq

e

1

1

.eq

e

Donde: = Resistencia del electrodo ().L1= Largo del electrodo (m).

= Resistividad equivalente del terreno (-m)

a = Radio del electrodo (m).

Conductor enmallado

Este tipo de configuracin, a diferencia de la anterior, presenta la ventaja de que se puedenconseguir valores de resistencia bastante ms pequeos, pero a un costo mayor.

Para el clculo de la resistencia de un enmallado o tambin denominado malla de puesta a tierra,existen dos alternativas de clculo, una debida a Laurent y la otra a Schwarz.

Mtodo de Laurent.

Este mtodo de clculo solamente considera como parmetros fundamentales de la malla, losconcernientes a la longitud del conductor que la conforma, y el radio equivalente de la misma.

Debido a lo anterior, algunos autores nombran a este mtodo como el mtodo aproximado deLaurent.

La expresin que permite determinar la resistencia de la malla de puesta a tierra mediante estemtodo, es la siguiente:

m

.eq.eq

MLLr4

R


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Donde:RML= Resistencia de la malla por Laurent ()

r = Radio medio de la malla (m)LM = Longitud total del conductor de la malla. (m)

.eq = Resistividad equivalente del terreno (-m)

Mtodo de Schwarz.

Este mtodo de clculo a diferencia del anterior, considera tanto las caractersticas delterreno, como las concernientes a la malla, debido a esto, el mtodo se denomina exacto.

Las expresiones de clculo que permiten determinar la resistencia de una malla medianteSchwarz, se presentan por:

B

A

S

h15,0

S

h85,5K

B

A044,0

S

h3,243,1K

KS

LK

dh

L2lnLR

ee2

e1

2m1

e

m

m

.eq

MS

Donde:

RMS= Resistencia de la malla por Schwarz ().= Resistividad equivalente del terreno (-m).

Lm= longitud total del conductor de la malla (m).S = superficie de la puesta a tierra (m2).d = dimetro del conductor de la malla (m).he= profundidad a la cual se entierra la malla (m).A = Longitud por el lado de mayor dimensin de la malla (m).B = Longitud por el lado de menor dimensin de la malla (m).

Nota: Segn la norma SEC, para conductores de malla de puesta a tierra la seccin mnima es de

16 mm2

para B.T. Y 21,2mm2

. Para A.T.


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Para poder determinar el valor de la malla por los diferentes mtodos (Laurent-Schwarz), es

necesario conocer un valor nico que refleje el comportamiento global del terreno.Existen varios procedimientos para establecer este valor, sin embargo nosotros estudiaremos el

criterio de Burgsdorf-Yakobs.

mallaladentoenterramiededprofundidab

.mallaladeeequivalentradioS

r

brr:si

brr2q:para

rq4rhqrhq2

1

V

r

V1Fdonde

1FF1

F

222

o

2

2

o

222

o

2

i

22

o

2

i

22

i

2

o

2

ii

n

1i ii

1

ne

Para poder entender y aplicar las ecuaciones, utilizaremos el siguiente ejemplo:

Si del estudio Geoelctrico se concluye que:

1. Terreno de tres estratos.2.

)m(10devalorelasumirpuedeespesorelcasoesteparamE)m(15

m5E)m(150

m2,0E)m(15

3

33

22

11

Se recomienda que para obtener un resultado con un grado de precisin los clculos se realicencon un mnimo de cinco decimales.Para establecer el diseo de la puesta a tierra se parte como premisa del terreno disponible

para realizar el Diseo de una puest a a T ier r a.


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Por ejemplo: Malla reticulada.

Datos:Seccin de la malla S = 2x2 = 4m2Profundidad de enterramiento de la malla b= 0,6 m.Seccin del conductor de la malla 21 mm2

Puesto que del estudio del terreno se determin que ste se trata de tres estratos, luego laecuacin para la resistividad equivalente queda definida por:

3

23

2

12

1

1

n.eq FFFFF

F

Donde n = nmero de estratos.

Luego se determina Fi, valor que corresponde a un valor estadstico y queda determinado por:

2

o

2

ii

R

V1F

h = 0,6m

2 metros

2 metros


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Por otra parte tenemos que:

2o222

o

2

i

22

o

2

i

22

i Rq4RhqRhq

2

1V

Dnde: brr2q2 ;222

o brR para: S

r

S r = corresponde a el radio equivalente de la malla en metros, y S = superficie de la malla en m2

Por tanto el desarrollo de las ecuaciones es:

1.

m90054,36,012838,112838,12q

m91324,06,012838,1R

m12838,14

r

2

222o

2. Luego se procede a determinar los valores de2

3

2

2

2

1 h;h;h que corresponden a las profundidadesde los estratos:

m04,1010427100052,0h

m04,2752,0h

m04,02,0h

22

3

222

221


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Conocidos los valores de las profundidades, que son parte de los antecedentes necesarios para

determinar las variables 232

2

2

1 V;V;V

90122,091324,090054,3491324,004,090054,391324,004,090054,32

1V

22

1

11222,091324,090054,3491324,004,2790054,391324,004,2790054,32

1V

22

2

091324,090054,3491324,004,101042790054,391324,004,101042790054,32

1V

22

3

3. Una vez determinado las variables V i2 se procede a determinar los valores estadsticos Fi

11473,091324,0

90122,01F1

93655,091324,0

11222,01F2

191324,001F3

Nota: Siempre el valor 2o2

1 RV

Luego la resistividad equivalente del terreno ser:

)m(61209,57

15

93655,01

150

11473,093655,0

15

11473,0

1.eq


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Una vez establecido un valor representativo del terreno en relacin a su comportamientoresistivo, podremos mediante las ecuaciones respectivas determinar el valor resistivo quepresentaran ya sea un electrodo o la malla planteada.

La resistencia que presentar un electrodo de 1.5 m de largo y un dimetro de es:

16375,35

009525,0

5,12L

5,12

61209,57

a

L2L

L2R N

1N

1

.eq

e

El valor de la puesta a tierra de la malla por el mtodo de Laurent es:

56534,17

12

61209,51

12838,14

61209,57

Lr4R

M

eqeq

ML

Como se puede apreciar en la aplicacin de la ecuacin, es necesario determinar en forma previa,la longitud total del conductor, as como el radio medio de la malla.

Para determinar el valor de resistencia que ofrecer la malla por el mtodo de Schwarz esnecesario establecer primeramente las variables K1 y K2 luego:

69600,02

2044,0

4

6,03,243,1

B

A044,0

S

h3,243,1K e1

95000,22

2

4

6,015,0

4

6,085,5

B

A

S

h15,0

S

h85,5K ee2

14355,1195000,24

1269600,0

00517,06,0

122L

12

61209,57R

KS

LK

dh

L2Ln

LR

nMS

2m1

e

m

m

eq

MS

Entre las diferentes configuraciones que puede adquirir una malla y segn el mtodo que seutilice para determinar el valor de resistencia que sta presentara de acuerdo a lasespecificaciones tcnicas definidas con antelacin. Se presenta una combinacin de electrodos ymalla.


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Conductor enmallado con electrodos verticales.

Esta configuracin de sistema de puesta a tierra consiste en agregar a la malla, electrodos obarras verticales, con el fin de conseguir una resistencia de menor valor, comparativamente conla lograda al haber utilizado la malla sola.

Si la resistencia de la malla determinada por Schwarz la denotamos como RMS, y la resistenciade los electrodos como Re, veremos que las expresiones que permiten determinar la resistenciatotal del conjunto malla-electrodos son:

meems

2

meemsTC

e

1

m

ems

2111

1

ee

R2RR

RRRR

1

dh

LLn

L

RR

1nS

LK21

a

L4Ln

nL2R

me

Donde: Re= resistencia de los electrodos ().Rme=resistencia malla-electrodos ().Rms= resistencia de la malla por Schwarz ().RTC= resistencia total del conjunto ().

= resistividad equivalente del terreno (-m).L1 = largo del electrodo (m).a = radio del electrodo (m).n = nmero de electrodos

S = superficie de la malla de puesta a tierra (m2).Lm = longitud total del conductor de la malla (m).d = dimetro del conductor de la malla (m).he= profundidad a la cual se entierra la malla (m).


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Segn los datos obtenidos anteriormente en el ejemplo tenemos que:

91745,914

4

5,1696,021

009525,0

5,14Ln

45,12

61209,57R

2

e

6388,71

00517,06,0

5,1Ln

12

61209,5714355,11Rme

0197,96388,7291745,914355,11

6388,791745,914355,11R

2

TC

Diseo preliminar del sistema de puesta a tierra.

Como hemos visto en las ecuaciones que definen el clculo de la resistividad equivalente, el

antecedente primario, es la superficie y caractersticas de la malla de puesta a tierra,informacin, que el proyectista del sistema ya debe tener definido, sobre la base de losparmetros siguientes.

Superficie de la malla.

Para determinar la superficie de la malla de puesta a tierra, no exist e una ecuacin gener alque

sirva para este efecto, principalmente la definicin de la superficie de la malla depende del readisponible, tipo de terreno y la experiencia del proyectista.Como sugerencia se presentan algunas recomendaciones de superficie de mallas, en funcin del

tipo de terreno en el caso que se quiera conseguir una resistencia mxima de 5 .

Par a t er r enos con una resist ividad promedio de 21650 mm Par a t er r enos con una r esist ividad promedio de 2m25m100 Par a t er r enos con una resist ividad promedio de 2m100m150


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Conexiones a la malla.

Mediante cables continuos de secciones adecuadas y uniones que garanticen un 100% deconductividad, debern conectarse a la malla de puesta a tierra los siguientes elementos.

a) Todas las partes metlicas que normalmente no conducen corriente, pero que accidentalmentepor fallas de aislamiento, pueden quedar energizadas.

b) Varillas, tuberas y toda clase de estructuras metlicas enterradas dentro del permetro de lamalla.

c) Pararrayos, condensadores de acoplamiento y cuando corresponda, los neutros de lostransformadores de tensin y de corriente.

Uniones entre los conductores de la malla.

Existen dos alternativas de unin entre los conductores de la malla de puesta a tierra, uno es lasdenominadas prensas de unin y el otro es el sistema denominado como termofusin.

En la prctica, no se recomienda el uso de prensas para la unin de los conductores de puesta atierra, debido a que no ofrece un grado de unin adecuada entre los conductores, lo que traecomo consecuencia un aumento de la resistencia de contacto.

Preferentemente entonces, se deber preferir realizar las uniones entre los conductores de lapuesta mediante termofusiones.


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Los procesos de termofusin se basan en reacciones qumicas de oxido-reduccin.En el proceso de termofusin aplicado a la unin de conductores de cobre, la reaccin es:

Oxido cobre + Aluminio = Cobre + Oxido Aluminio + H

La gran cantidad de energa generada (H), funde el cobre que cae en forma de colada defundicin, en tanto que el oxido de aluminio arrastra impurezas, y por su menor densidad subecomo escoria.


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El polvo de soldadura es una mezcla de xido de cobre y aluminio, cuya reaccin exotrmicaproduce metal fundido. El cobre fundido fluye a travs del canal sobre los conductores,fundindolos y soldndolos.

Esta unin as obtenida es de gran estabilidad fsico- qumica en el tiempo, y altamenteresistente a las solicitaciones trmicas y elctricas a las cuales puede ser sometida.


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Referencias:- NCH 4/2003 Instalaciones Interiores de Baja Tensin. Ministerio de Economa Fomento

y Reconstruccin.- Diseo de Sistemas de Puestas a Tierra. Seminario de Electricidad-INACAP Coln.- Sistemas de Puestas a Tierra. Maria Morelli- Universidad de Carbono.- Distribucin Industrial de la Energa-Mario Lillo Saavedra- Universidad de Concepcin.

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IEEE Std-142-1991 Grounding of Industrial and Comercial Power Sistems. Green BookIEEE.- Manual para el proyecto de Sistemas de Puestas a Tierra- Pedro Ortuondo F.

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