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UCV-EIE RSC 1
MANUTENCIN DE PUESTAS A TIERRA ENSUBESTACIONES
R al Saavedra C ossio
Introduccin:
Uno de los aspectos principales para la proteccin contra
sobretensiones en toda subestacines la de disponer de una malla de
tierra adecuada, a la cual se conecten todos los elementos,como por
ejemplo, los neutros de los transformadores, mquinas, banco de
reactores ocondensadores, los pararrayos, los cables de guardia;
las estructuras metlicas, las carcazasde mquinas, tanques de
transformadores y pararrayos, como as tambin, todas aquellasotras
partes metlicas que requieren estar a potencial de tierra.
Los requerimientos que debe cumplir un buen diseo de puesta a
tierra de este tipo son:
Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la
circulacin de las corrientes defallas a tierra, de manera que las
protecciones pertinentes de la subestacin puedanoperar holgadamente
y aclaren la falla.
Evitar que se presenten potenciales intolerables durante la
circulacin de estas corrientesde fallas a tierra dentro del rea
ocupada por la subestacin.
Dar mayor seguridad, confiabilidad y calidad de servicio.
Para verificar el estado de una malla despus de un tiempo de
construida y puesta en servicio,se acostumbre a juzgar mediante la
medicin de la resistencia de la malla y comparar estevalor con el
medido cuando se construy o con el valor para el cual se dise. Lo
adecuadoes comparar los valores histricos de la resistencia de la
malla para poder concluiracertadamente con la evolucin del estado
de sta a travs del tiempo.
Sin embargo, con slo el parmetro de resistencia no es posible
comprobar los valores depotenciales de paso y de contacto, ya que
stos dependen significativamente de la condicin ydisposicin de los
electrodos que la forman y principalmente de la resistividad del
terreno. Losvalores bajos de resistencia, como se mencion, no son
una garanta de seguridad, ni muchomenos el estado de la malla, a
menos que sea tan bajo que al circular la mxima corriente defalla a
travs de la malla, no se eleve el potencial a un nivel peligroso.
En caso contrario sedeber medir los gradientes de potencial.
Por lo anterior, el mtodo de mantencin de una ms recomendable es
el de medirperidicamente algunos de los siguientes parmetros
susceptibles de variar con el tiempo,estos son: Resistividad de
terreno, Resistencia de la puesta a tierra, Resistividad de la
capasuperficial agregada y la mxima corriente de falla disipada por
la malla.
A continuacin se analizan cada uno de ellos.
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Resistencia del Terreno:
La humedad y la temperatura tienen una gran influencia sobre la
resistividad del terreno; staaumenta a medida que aumenta la
humedad y disminuye con los aumentos de temperatura.
Humedad
Resistividad
0C Temperatura
Por consiguiente, parece aconsejable, en la medida que sea
posible, enterrar los electrodos auna profundidad que se asegure el
contacto con estrato permanentemente hmedo. Esto esposible, en la
mayora de los casos, agregando electrodos verticales, en forma de
barras, al
electrodo principal de la malla, para tratar de alcanzar capas
hmedas. El empleo de barrasen una malla, por lo general, no slo se
emplea para lograr valores de bajos de resistencia delconjunto, si
no que, su objetivo principal es de estabilizar el valor de
resistencia de la mallaante la variacin de las condiciones
climticas estacionales. En muchos casos la influencia delempleo de
barras no tiene mayor significacin sobre el valor de resistencia
del conjunto; suempleo en estos casos obedece a lo que ya se
mencion, en estabilizar el valor de resistenciadel conjunto.
La capa superficial de grava o chancado, que tiene como
finalidad aumentar los valores depotenciales tolerables de paso y
contacto, ayuda a retardar la evaporacin de la humedad delterreno y
a limitar el resecamiento de la capa superficial durante el perodo
de verano. Porconsiguiente, es otra alternativa para mantener
humedad. Sin embargo, tiene el inconvenienteque est se desgasta con
el tiempo si no se le presta una debida atencin y se le hace
una
buena mantencin peridica.
El autor ha venido experimentado desde hace unos cuatro aos, la
utilizacin de una mangaplstica que cubre en toda su longitud el
electrodo principal de la malla, con el fin de mantenerla humedad
del terreno casi constante durante todo el ao y de este modo
mantener la delvalor de resistencia de la malla invariante a los
cambios estacionales. La manga plstica sepuede conseguir fcilmente
en las casas del ramo. Esta es de 40 cm. de ancho y de 0.2 a0.4mm
de espesor. La manga plstica se instala a unos 10 a 15 cm. sobre el
conductorprincipal. Los resultados obtenidos y comprobados han sido
bastante satisfactorios.
Grado de Compactacin
Resistividad
W
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UCV-EIE RSC 3
0.40
DETALLE DE LA ZANJA
nivel del suelo
Relleno compactado
en hmedo
0.3
0.2
Manga Plstica
Conductor principal
de la malla
Otro factor que puede afectar la resistividad del terreno en
forma sustancial es la compactacinde ste. Despus de la construccin
el terreno se ir compactando naturalmente, haciendodisminuir la
resistividad del terreno, es decir, el terreno debera mejorar sus
condicionesgeolctricas hasta estabilizarse a su valor natural.
Por consiguiente, considerando todos estos factores, es
recomendable tener en cuenta lasvariaciones que puede experimentar
la resistividad del terreno debido a los cambiosestacionales y al
grado de compactacin, efectuando mediciones peridicas de la
resistividaddel terreno.
Resistencia de la Puesta a Tierra:
Algunas mediciones efectuadas despus de uno o dos aos
transcurridos desde laconstruccin de la malla, han permitido
comprobar que sta tiende a disminuir algunas veces
hasta en un 50% del valor original y, que las variaciones
estacionales son poco importantes.
A continuacin, se considerarn las variaciones que puede
experimentar la resistencia de unamalla, independientemente de
aquellas derivadas de los cambios experimentados por laresistividad
del terreno y que fueron analizadas en el punto anterior.
Por ejemplo, stas puedes deberse a la cortadura de electrodos
causada por agentesmecnicos o agentes qumicos. La primera, puede
haber tenido su origen debido aldesplazamiento del terreno por el
movimiento de maquinarias durante la etapa de construccinde la
malla o de la subestacin, o simplemente por sustraccin departe del
conductor principalde la malla, en la etapa de explotacin. La
segunda, no debera producirse en una puesta atierra bien
proyectada, salvo casos fortuitos.
En cualquier caso, es altamente recomendable realizar mediciones
peridicas con la finalidad
de detectar este tipo de situaciones.
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UCV-EIE RSC 4
Resistividad de la Capa Superficial:
Una de las consideraciones que ms fuertemente influyen en la
mantencin de las condicionesde seguridad de una malla a tierra de
una subestacin, es in lugar a dudas, la resistividad de lacapa
superficial de la grava o chancado.
Como bien se sabe, el valor de los potenciales admisibles de una
malla se logran mediante laevaluacin de las siguientes frmulas,
dadas en la Norma ANSI/IEEE Std 80 del ao 1986:
Para la tensin de paso :( )
t
hKCV ssspaso
,695.0116 +=
Para la tensin de contacto :( )
t
hKCV ssscontacto
,174.0116 +=
donde:
s
= es la resistividad de la capa superficial
C(K,hs) = constante que es funcin del coeficiente de reflexin K
del terreno y del espesorhs de la capa superficial.
Conforme a estas expresiones, es altamente conveniente contar
con una capa superficial dealta resistividad de manera que los
potenciales mximos tolerables no resulten muy pequeospara un mismo
tiempo de aclaracin de la falla. En caso contrario, la malla tiende
aencarecerse debido a la alta densidad de conductores paralelos de
la malla que se requierenpara controlar los gradientes y, de este
modo, mantener el grado de seguridad de sta.
Es comn considerar que la capa superficial est constituida por
grava o chancado de untamao medio de y un espesor de 10 a 15 cm.;
la cual estando limpia, presenta una
resistividad de 3.000 (m) aproximadamente. Esto supone que
existe adicionalmente un buendrenaje como para impedir que se
formen pozas. Estas ltimas consideraciones constituyenlos puntos
clave puesta que podran producirse grandes modificaciones con el
transcurso deltiempo.
Conforme a antecedentes bibliogrficos referente a mediciones
efectuadas por empresas
elctricas, el valor de la resistividad de la capa superficial
puede baja a 500 (m) cuandollueve y al cabo de algunos aos, debido
a la contaminacin, puede llegar hasta tan slo 200
(m).
Por consiguiente, si no es posible mantener la calidad original
de esta capa superficial, serconveniente, como se mencion
anteriormente, disminuir el espaciamiento de los electrodosque
forman la malla, con el fin de asegurar el control de los
potenciales por debajo de losmximos admisibles determinados por las
ecuaciones anteriores.
El anlisis anterior, conlleva a considerar seriamente el
cuestionamiento de la utilidad de lacapa superficial y a hacer
descansar la seguridad de las personas en otros elementos, comopor
ejemplo, el uso de zapatos adecuados. En la modelacin circuital
para la deduccin de lasfrmulas anteriores, no se considera la
resistencia presentada por los zapatos, puesto que slo
se tom en cuenta la resistencia del cuerpo humano = 1000HR . De
tal manera que la
resistividad del zapato de seguridad de goma es del orden de (
)mz =6
1010 , y ha aparecido
hasta ahora, como uno de los tantos coeficientes de seguridad
contemplados en el proyecto.
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Corriente Mxima de Cortocircuito a Tierra:
El valor de la corriente mxima de cortocircuito a tierra puede
variar sustancialmente debido aampliaciones de capacidad de una
subestacin o debido a nuevas interconexiones en elsistema.
En el primer caso, la consideracin de un porcentaje adicional de
la corriente de diseo odisminucin de la impedancia equivalente del
sistema en algn porcentaje, permite quedar aresguardo de futuras
ampliaciones.
Sin embargo, es posible que nuevas interconexiones del sistema
en puntos alejados,modifiquen las corrientes de cortocircuitos en
la subestacin proyectada.
Por este ltimo motivo es altamente conveniente establecer algn
sistema de control de lainformacin, de tal manera, que sea posible
conocer las modificaciones que ocurran sobre elsistema, para
comprobar la efectividad del proyecto de puesta a tierra de la
subestacin yaconstruida.
Bibliografa
[1] P. Ortuondo, N. Morales, R. Sandoval, Proyecto de Puesta a
Tierra de SistemasElctricos de Potencia, Universidad de Chile,
Departamento de Ingeniera Elctrica(1982).
[2] ANSI/IEEE Std 80-1986, IEEE Guide for Safety in AC
Subestation Grounding
[3] Jos Ral Martn, Diseo de Subestaciones Elctricas, Mc
Graw-Hill, 1992
[4] R. Saavedra C., C. Rojas A., Interpretacin de Mediciones de
Resistividad:Experiencia con Programa Computacional INTRES, Anales
del Seminario de
Mantencin y Proteccin de Subestaciones, UCV, 1992.
