DISEÑO DE MALLAS A TIERRA

7/29/2019 DISEO DE MALLAS A TIERRA

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MALLA DE PUESTA A TIERRA

PARAMETROS DE DISEO

DEFINICIN

Es un sistema de electrodos de tierra interconectados entre si por un numero de

conductores desnudos sepultados, los cuales proporcionan un punto comn dereferencia a los aparatos elctricos o estructuras metlicas

PROPSITO

Limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de cualquier tipo falla.Garantizar la seguridad e integridad de las personas que estn en contacto con elrea de malla, evitar daos en los equipos, descargar los equipos para procedercon un mantenimiento. Proveer una resistencia suficientemente baja paraminimizar o subir el potencial de tierra con respecto a una tierra lejana.


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OTRAS FUNCIONES DE LA MALLA DE TIERRA

Asegurar el buen funcionamiento de los equipos de proteccin de una red,lo cual garantizara el adecuado aislamiento de las proporciones de dichared que estn en falla.

Proporcionar un medio para disipar la corriente elctrica en la tierra bajocondiciones normales o de corto circuito.

Minimizar la interferencia de los circuitos de transmisin y distribucin sobre

los sistemas de comunicacin y control

Mantener ciertos puntos de una red a un nivel de potencial definido conreferencia a la tierra.

Proteger la red contra los efectos de las descargas atmosfricas.

DEFINICIONES

Circuito de retorno: es un circuito en el cual conductor la tierra o cualquierotro cuerpo conductor equivalente se emplea para completar el circuito ypermitir la circulacin de corriente desde o hacia su fuente.

Tierra: Es una conexin conductora, ya sea intencional o accidentalmediante la cual un circuito o equipo que da aterrizado

Puesto a tierra o aterrizado :Sistemas, circuitos o equipos que estnprovistos con tierra para el propsito de establecer un circuito de retorno detierra y para mantener su potencial aproximadamente al potencial de latierra.

Corriente simtrica inicial de falla a tierra: El valor mximo eficaz decorriente de falla despus del instante de iniciacin de una falla a tierra.

corriente simtrica de malla: Porcin de la corriente simtrica a tierra quecircula entre la malla a tierra y la tierra circundante

Elevacin de potencial de la tierra_GPR: Es la mxima tensin que la mallade tierra de una instalacin puede alcanzar relativa a un punto de tierradistante que se asume estar al potencial de tierra remoto.


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CIRCUITO ACCIDE

Tensin de paso

La diferencia decon los pies a distanciaterrizado. Ver Dibujo1

Tensin de Contact

La diferencia de

punto en donde una peren contacto con una est

POTENCIALES PELIGMEDIA Y BAJA TENSI

Tensin transfer

Es un caso espectransferida dentro o fuer

TAL A TIERRA

tensin en la superficie experimentadade 1metro y sin estar en contacto

o

tensin entre el GPR y la tensin en l

sona se para, mientras al mismo tiempuctura puesta a tierra. Ver Dibujo2

OSOS DE TOQUE Y DE PASO EN SN

ida

ial de tensin de toque en donde una tede una subestacin. Ver dibujo3

por una personaon ningn objeto

a superficie en el

tiene sus manos

BESTACION DE

sin es


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Tensin de lazo

La mxima tensin de toque encontrada dentro de un lazo de una malla de puesta

a tierra .dibujo 4

Tensiones mximas permitidas para T. paso y T de Contacto

Epc50=(1000+6Cs*c)*0.116/(ts)^1/2

Epc = Tensin de paso

50=peso de la persona en kg.

ts=duracin de la corriente de choque.

s=resistividad del cascajo /m.2000-5000

Cs=factor de reduccin.

Ejemplos=

Epc50=(1000+6Cs*c)*0.116/(ts)^1/2

Epc70=(1000+6Cs*c)*0.157/(ts)^1/2

Et50=(1000+1.5Cs*c)*0.116/(ts)^1/2

Et70=(1000+6Cs*c)*0.157/(ts)^1/2

K : Es la relacin de la permeabilidad del cascajo y la permeabilidad superficie delterreno.

2=resistividad del cascajo

1=resistividad del terreno

K= 2- 1/ 2+ 1

ver tabla

CONSIDERACIONES DE DISEO IEEE 80

Un sistema de tierra debe ser instalado de manera que limite el efecto delos gradientes de potenciales de tierra a niveles de tensin y corrientestales que no pongan en peligro la seguridad de las personas y equipo bajocondiciones normales y de falla.


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Se comienza con la inspeccin de la planta general de la subestacinmostrando los equipos principales y estructuras

Ver Dibujo 5

Un conductor continuo en forma de lazo debe rodear el permetro de lasubestacin de tal forma que encierre el rea total. Esta medida ayuda aevitar altas concentraciones de corriente y por lo tanto altas diferencias detensiones en el rea de la malla y cerca de los tramos finales de los cables

de la malla.

Dentro del lazo los conductores deben colocarse en lneas paralelas y en loposible, a lo largo de estructuras y filas de equipos de tal forma que setengan las conexiones mas cortas.

Una malla tpica de una subestacin puede estar conformada porconductores de cobre desnudos con calibre del orden de 4/0 AWG,enterrados entre 0.5 y 1.3 m bajo la capa del cascajo, separados entre 3 y 7formando retculas.


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Las varillas de puesta a tierra pueden colocarse en las esquinas de lamalla y en la periferia cada dos uniones.

Pueden instalarse tambin adyacentes a los equipos principales.

En suelos de varias capas de resistividad se puede instalar varillas devarios metros de longitud para poder llegar a la capa de menor resistividad.

Varios conductores o uno de mayor tamao deben instalarse en reas degran concentracin de corriente como en la puesta a tierra de los neutrosde transformadores, generadores, banco de capacitores, terminales detierra de pararrayos, prticos.

La relacin de los lados de una retcula esta generalmente entre 1:1 y 1:3,las conexiones cruzadas entre los conductores en paralelo que forman laretcula, tienen un efecto,relativamente pequeo en bajar la resistencia dela malla ;Su principal funcin es el control de las tensiones de choque.

Se debe prever una capa de cascajo de alta resistividad sobre la superficiede toda la subestacin. Esta puede tener un espesor entre 0.08 y 0.15 m.

Efecto de una delgada capa de gravilla

Frecuentemente se extiende una capa de gravilla de 10 a 15 cms (4 a 6 pulgadas)

de espesor sobre la superficie del terreno, encima de la malla de tierra, paraincrementar la resistencia de contacto entre el suelo y los pies de las personas enla subestacin.

La corriente por el cuerpo ser considerablemente menor debido a la mayorresistencia de contacto entre el suelo y los pies.

Seleccin del conductor y de las uniones

Consideraciones

Tener suficiente conductividad para no crear diferencias de tensioneslocales peligrosas.

Resistir la fusin y el deterioro mecnico bajo condiciones mas adversasde corriente de falla en cuanto a magnitud y duracin.

Ser mecnicamente confiable y fuerte, especialmente en reas expuestas acorrosin y abuso fsico.


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El material mas utilizado para los conductores y electrodos de la mallas detierra es el cobre debido a su alta conductividad y su alta resistencia a la

corrosin cuando esta enterrado.Otro material usado es acero galvanizado porque provee una proteccincatdica para evitar corrosin.

Tamao de los conductores

La formula de Sverak evala la capacidad de corriente de cualquierconductor.

I:corriente eficaz en KA

A:rea del conductor

Tm.:temperatura mxima C

Tc=temperatura de referencia para el material en C

=coeficiente trmico de resistividad a 0

r=coeficiente trmico de resistividad a la temperatura de referencia Tr

r=la resistividad del conductor de tierra a la temperatura de

referencia Tr

k=1/O ( 1/ r)-Tr

tr=Tiempo que fluye la corriente en s.

TCAP=Factor de capacidad trmica J/cm3/C

+

+

= TaK

TmK

LNrrtc

TCAP

AI **

10*4


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Constantes de mat

SELECCI N DE LAS U

Los mtodos mas comua presin.

Si por razonesconsideracin, es

de unin o conexi

Uniones del tipconductores de tide fusin que lospuede ser tratada

riales

NIONES

nes: soldadura exotrmica, abrazadera

ecnicas, el recocido del conductor eprudente no exceder 250C indepen di

n

soldadura exotrmica debern unirrra con un conector que tiene las mismismos conductores , de tal forma qucomo si fuera parte integral de un cond

y los conectores

una cuestin dentemente del tipo

ntimamente losas caractersticastoda la conexin

uctor homogneo.


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SISTEMAS CON NEUT

SISTEMAS CON NEUT

O AISLADO

O PUESTO A TIERRA


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SEGMENTO DE SUEL

VARIACION DEL POTEDISPERSI N DE UNA

DENTRO DE UNA AREA HEMISFERI

NCIAL (V) EN EL SUELO () RESPECORRIENTE (I)

CA

O DE LA


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OBTENCIN DE LA EXPUNTO C.

PRINCIPIO DE CAIDA

PRESION DEL POTENCIAL A UNA DI

E POTENCIAL

TANCIA r DEL


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APLICACI N DE MEDI

METODO DE W

AS

NNER PARA LA MEDICION DE LA RE

SITIVIDAD


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SI LA SEPARACIONEQUIDISTANTE LAFORMULA:

EXPRESION GENERALMETODO DE WENNER

La resistividad aparentees igual a la de separaci

Generalmente b no es m

RESISTENCIA DE PUE

aR 2=

4

*21

*4

2a +

+

=

+=

LRg

20

11*

DE LOS ELECTRODOS DE MEESISTIVIDAD VIENE DADA POR

PARA EL CALCULO DE LA RESISTIVI

es cuando la profundidad a la que se en. Se denota como a.

ayor de 10 cm.

TA A TIERRA

aR

2=

)*(**

222

m

ba

a

b

Ra

+

++

Ah /201

11

IDA SE HACELA SIGUIENTE

DAD POR EL

tierra el electrodo


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Rg : Resistencia de la

: Resistividad prome

A : Area ocupada por l

L : Cantidad total de co

malla a tierra. ()

io en (*m)

malla de tierra en m2

nductor de la malla.

EL TELURMETRO


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Composicin de los S

O2 con el siliciola masa total.

xidos de hierro (

Compuestos de c

Compuestos de P

Compuestos de S

En pequeos por

Disposicin de los suelos

elos

el aluminio en forma de xidos hidrata

Fe) y magnesio (Mg)

alcio (Ca).

otasio (K).

odio (Na).

entajes sales solubles.

os. 70 al 80% de


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Factores que influyen en la resistividad del terreno

La composicin

Las sales solubles y su concentracin

El estado higromtrico

La temperatura

La granulometra

La compacidad

DETERMINACIN DE LA CORRIENTE MXIMA DE LA MALLA

Tipo y localizacin de la falla

Se debe evaluar el tipo y localizacin de la falla a tierra que produzca lacirculacin mayor de corriente entre la malla de tierra circundante, y por lo tanto el

ms alto GPR y la mayor tensin en la superficie.

GPR: Mxima tensin de la malla relativa a la tierra remota, V

Existen diferentes fallas como se ve en los esquemas


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Es recomendable que la evaluacin se centre en la fallas fase-tierra y fase-fase atierra ya que las fallas mltiples y simultneas no deben considerarse si la

probabilidad de ocurrencia es despreciable.El peor tipo de corriente que puede ocurrir puede ser definido como la resultanteen la ms alta circulacin de corriente de secuencia cero hacia la tierra. 3Io. En unsitio dado, una falla fase-tierra ser la de ms alto tipo si ZoZ1 > Z2 (Zo > Z1 si Z1 =Z2 ) en el punto de la falla, y una falla fase-fase a tierra ser la de ms alto tipo siZoZ1 < Z2 (Zo < Z1 si Z1 = Z2).

Corriente de Falla en una Subestacin

Se debe analizar fallas en alta como en el lado de baja del transformador, as

como dentro y fuera de la subestacin.En la gran mayora de los casos, es suficiente el calculo de la mxima corriente demalla despreciando el efecto de la parte resistiva de la impedancia del sistema, laresistencia de puesta a tierra de la malla y la resistencia de la falla. El errorintroducido al despreciar estas resistencias es usualmente pequeo.

Factor de divisin de corrientes

Ig = SfIf (If = 3I0)

Donde:Ig : Corriente simtrica de malla, A

If : Valor eficaz de corriente simtrica de falla de tierra, A

Sf : factor de divisin de corriente de falla

I0 : corriente de secuencia cero

Mtodo grfico

El mtodo grfico de Garret intenta correlacionar la corriente de secuencia cero dela subestacin obtenida de un estudio tradicional de cortocircuitos con la corrientesimtrica de malla.

Los grficos se pueden dividir en tres categoras:

1. Contribucin de corriente: 100% remota 0% local. Representasubestaciones de distribucin tpicas con transformadores delta-estrellapuesta a tierra, con A lneas de transmisin y B alimentadores.


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2. Representan subestaciones de transmisin o de plantas generadoras con Alneas de transmisin y con fuentes locales de secuencia cero

(autotransformadores, transformadores, etc.) Los alimentadores sonconsiderados como lneas de transmisin.

3. Contribucin de corriente: 50% remoto 50% local.

APLICACIN

Efecto de asimetra

La mxima corriente de falla, IG, es la mxima corriente asimtrica de corrientealterna que circula entre la malla y la tierra circundante. Esta corrienteasimtrica, incluye la corriente simtrica Ig, as como un factor de correccinllamado factor de decremento, Df, el cual es igual a:

)1(1/2 Tatf

f

f et

TaD

+=


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tf : duracin de la fall

Ta : constante

Efecto de futuros c

El ltimo paso en la sencontrar el mayor prod

un factor de proyeccisistema. De lo anteriormalla sera:

IG = Cp Df Ig

Tensin de retcula

a en s

ubtransitoria equivalente del sistema en

mbios en el sistema

leccin de la corriente mxima de fallucto Df, Ig, (o sea la condicin peor de

, Cp, que da el margen para futurose tiene que el valor del diseo de la co

s

, IG, consiste enfalla) y establecer

crecimientos delriente mxima de


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Em = pIGKmK1/L

Donde:

Km : Factor de geometra

K1 : Factor de correccin por geometra en forma de malla

IG : Corriente mxima de malla, A

P : Resistividad del suelo, ohm-m

L : Longitud total del conductor de la malla Lg, ms

longitud total de las varillas, L.m

Los factores de la anterior ecuacin tienen las siguientes expresiones:

donde:

KH = 1 para mallas con varillas en el permetro o en las esquinas

KH = 1/(2n)2/n para mallas sin varilla en el permetro o en las esquinas,

pudiendo tener algunas en la parte central.

h0 = 1 m (referencia de la profundidad de la malla)

Cuando se tiene varillas en el permetro, L se convierte en: L = Lc + 1,15Lf

+

++= )

)12(

8(.)

4.8

)2(

.16ln(

2

122

nLn

K

K

d

h

dD

hD

dh

DK

h

Hm

nK 172.0656.01

+=

0/1 hhK h +=


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Donde:

Lc : longitud total del conductor enterrado, m

Lf : longitud total de las varillas enterradas, m

Tensin de paso

Para el enterramiento normal de la malla en donde 0.25 < h < 2.5m, se tiene:

K0 : factor de geometra

y para una profundidad de 0,25 m o menos

donde:

o para n 6

El valor de L, como en la tensin de retcula, depende de si existen varillas depuesta a tierra en el permetro o no.

L

KKIpE Gm

10...

=

+

++= )5.01(

11

2

11 20

n

DhDhK

+

++= w

DhDhK

11

2

110

1

1...

4

1

3

1

2

1

+++=

nW

423.0)1ln()1(2

1+

n

nW


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DISEO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

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