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SISTEMAS DE PUESTA A
TIERRA – SPT
EN DIEZ LECCIONES
CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA
Tunja, 20 de septiembre de 2013
SE DICE QUE…
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
1 • LA HISTORIA
2 • LA DURA REALIDAD
3 • EL LÉXICO
4 • LAS CIENCIAS CONEXAS
5 • LA NORMALIZACIÓN
6 • EL DISEÑO
7 • LA CONSTRUCCIÓN
8 • LAS MEDICIONES
9 • EL MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO
10 • APLICACIONES
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
1 •LA HISTORIA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA
1720 S. GRAY y G. Wheeler realizan los primeros estudios sobre resistividad de rocas.
1879
Primera muerte con energía generada por el hombre
1892 El New York Board of Fire Underwriters (NYBFU) determina que la práctica de las conexiones a tierra es peligrosa y estas deben ser retiradas antes del 01/10/1892.
1904 VDE Publica las primeras recomendaciones sobre sistemas de puesta a tierra en Alemania.
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
1915 Schlumberger y Wenner, independientemente idean los arreglos tetraelectródicos.
1915 Invención de los electrodos marca Copperweld.
1936 Charles A. Cadwell y F. H. Neff, realizaron con éxito una soldadura, mediante una reacción de oxido de cobre y aluminio.
1970 IBM y HP comenzaron a utilizar el cable aislado de tierras para equipo electrónico.
BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA
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2 •LA DURA REALIDAD
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
El error fue…
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DETRANSFORMADORES FALLADOS
TOTAL: US$6'052.000
U$1,489,000
U$466,000
U$384,000
U$486,000
U$319,000
U$2,908,000 CODENSA
EEPPM
CHEC
ELECARIBE
EPSA
OTRAS
COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DE TRANSFORMADORES
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Más de 20 43%
Entre 10 y 20 25%
Menos de 10
32%
ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
EN TORRES DE TRANSMISIÓN
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MAYOR DE 5
OHMIOS
76%
MENOR DE 5
OHMIOS
24%
ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
EN ESTACIONES DE COMUNICACIÓN
MUESTRA DE 100 ESTACIONES EXAMINADAS © Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
RESISITENCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN FALLADOS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CASO TÍPICO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
BARRAJE?
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
EXAGERACIÓN DEL SOFTWARE
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
HAY DOS VIOLACIONES…
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CEMENTERIO DE ELECTRODOS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MUY PROFUNDO !!!
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ACABAN DE TRAER LA HELADERA
NUEVA
OCÚPESE DE CONECTAR
LA TOMA A
TIERRA
AL
RATO
YA ESTÁ, SE-
ÑORA
LA CONECTÉ A LA
TIERRA DE
ESTA MACETA
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Aire
Tierra (Earth / Ground)
LEY DE PARETO EN SPT
80 %
20 %
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3 •EL LÉXICO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
TIERRA (Ground o Earth)
Masa conductiva de la tierra con potencial cero. Para sistemas eléctricos, es una expresión que generaliza todo lo referente a conexiones con la tierra.
En temas eléctricos se asocia a suelo, tierra, masa, chasis, carcasa, armazón, estructura o tubería de agua.
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MASA
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Aire
Puesta a Tierra
(Grounding / Earthing)
Tierra (Earth / Ground)
r
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Puesta a Tierra
(Grounding / Earthing)
N
T
Red Equipotencial
(Equipotential Network / Grounded) S
P
T
Grounding
System
Earthing
System
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
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SISTEMA DE PUESTA A TIERRA - SPT
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OBJETIVOS DE UN SPT
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SPT TEMPORAL
Es el que pertenece al circuito de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal como de falla.
SPT PERMANENTE
Dispositivo de puesta en cortocircuito y a tierra, para protección del personal que interviene en redes desenergizadas.
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
PUESTO A TIERRA (GROUNDED)
FALLA A TIERRA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CIRCUITO EN MODO COMÚN Y MODO DIFERENCIAL
IextIext
ZS
ZL
IMD
IMC
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA
(CC) (FT) F
F CC
CC FT
FFT
FT
FT
T
N
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TIERRA DE PROTECCIÓN
V=120
I>0
I=0 Tubería
V=0
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TIERRA DE PROTECCIÓN
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
TIERRA AISLADA
TENSIÓN NEUTRO - TIERRA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
4 •LAS CIENCIAS CONEXAS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Músculos
Cerebro
Ondas
I I
NERVIOSO: La corriente (onda) extraña provoca alteración
en los impulsos
SOLUCIÓN: Corte de corriente
QUÍMICO: Disolución (electrolisis) en las células y líquidos
RECETA: 1 ó 2 cucharadas de bicarbonato de sodio en un vaso
de agua cada hora.
CALORÍFICO:Cuando por un conductor circula corriente, se
desarrolla energía en forma de calor. Se producen quemaduras
W = RI2t
RECOMENDACIÓN: Tratamiento médico a las quemaduras.
I I
+ + + + + + + +
_ _ _ _ _
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ELECTROFISIOPATOLOGÍA
UMBRALES DE
SOPORTABILIDAD 0.1 0.2 0.3 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000t (ms)
I(mA)
1
Habitualmente ningun efecto fisiopatológico peligroso
Habitualmente ningun riesgo de fibrilación
Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 5%)
Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 50%)
Habitualmente ninguna reacción
ZONA 2
ZONA 3
ZONA 4
ZONA 5
ZONA 1
Paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras severas
ZONA 6Riesgo de fibrilación (por encima de un 50%)
DALZIEL (IEEE)
IEC
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COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ESTADOS DE ASOCIACIÓN DE ARCILLAS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
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2
3
41ÁNODO
CÁTODO
ELECTROLITO
CONEXIÓN
Iones
CONDICIONES PARA QUE EXISTA CORROSIÓN
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CORROSIVIDAD DE SUELOS NATURALES
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5 •LA NORMALIZACIÓN
PRINCIPALES NORMAS
• BAJA TENSIÓN: NEC / NTC 2050 / RETIE / IEC 60364
• DISTRIBUCIÓN: ANSI C2 / IEEE 1410
• SUBESTACIONES: IEEE 80 / IEEE 837
• GENERACIÓN: IEEE 665
• TELECOMUNICACIONES: UIT / EIA / TIA / MOTOROLA
• PROTECCIÓN CONTRA RAYOS: IEC 62305 / NTC 4552
• EQUIPO ELECTRÓNICO: IEEE 1100 / IEC 61000-5-2
• MEDICIONES: IEEE 81 / IEC 61557
• TIERRAS TEMPORALES: IEC 61230 / IEEE 1048
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TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO
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UMBRALES SEGÚN NORMAS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CONEXIONES Y TÉRMINOS PARA SISTEMA TN-C-S
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
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CONEXIONES PARA TN-C-S
INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA
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Sistema de puestas a tierra dedicadas e interconectadas
INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA
Configuraciones prohibidas
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6 •EL DISEÑO
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Medición de Resistividad
Modelamiento del suelo
Recolección de datos del sistema de
potencia
Asuma un diseño preliminar de la PT
Calcule la impedancia de todas las PT
Realice análisis detallado del SPT:
Resistencia, tensiones de paso y
contacto en porcentaje del GPR
Calcule el GPR
Evaluación del Nivel de Riesgo
Cumple los criterios
de seguridad?
FIN
Modificaciones a
las estructuras, si
aplica.
Modificaciones al
diseño de la
puesta a tierra
-10 -5 0 5 1010 5 0-5
-1014042
10532
7021
3511
010
50
-5
-10
-10
-5
0
5
1 0
14042
10532
7021
3511
11 70210 643
9 5858 5267 4686 409
5 3504 2923 233
2 1751116
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POTENCIALES SOBRE UN ELECTRODO TIPO VARILLA
Si r0 =L R = 94%
ÁREA DE INFLUENCIA DE UN ELECTRODO
r1
r0
L
Cílindro crítico
Electrodo
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CONTRAPESO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CÁLCULO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
USO PARA VALOR MÁXIMO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
Estructuras de líneas de transmisión. 20 Ω
Subestaciones de alta y extra alta tensión. 1 Ω
Subestaciones de media tensión en poste. 10 Ω
Subestaciones de media tensión de uso interior. 10 Ω
Protección contra rayos. 10 Ω
Neutro de acometida en baja tensión. 25 Ω
Descargas electrostáticas. 25 Ω
Equipos electrónicos sensibles. 5 Ω
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TRANSFORMADOR CON PANTALLA ELECTROSTÁTICA
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7 •LA CONSTRUCCIÓN
DISPOSICIÓN ÓPTIMA DE CABLEADOS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MATERIAL POTENCIALES
ELECTROQUÍMICOS
TEMPERATURA
DE FUSIÓN
CONDUCTIVIDA
D RELATIVA
CATÓDICO
S
Oro
Plata
Cobre
Bronce
Latón
+ 1,69
+ 0,80
+ 0,52
1063
960
1082
71%
106%
100%
30%
21%
Hidrógeno 0,00
ANÓDICO
S
Estaño
Níquel
Hierro
Cromo
Zinc
Aluminio
- 0,14
- 0,23
- 0,44
- 0,74
- 0,76
- 1,66
232
1452
1535
1890
419
660
14%
16%
14%
----
30%
60%
CARBÓN DE COQUE 0.03%
TERRENO MUY BUEN CONDUCTOR 1X10-8 %
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA
1. ALTA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.
2. ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.
3. ALTA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.
4. MÍNIMA DILATACIÓN LINEAL.
5. MÍNIMA ELONGACIÓN PERMANENTE.
6. GRAN ESTABILIDAD ESTRUCTURAL.
7. RESISTENCIA AL ATAQUE ELECTROQUÍMICO
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REQUISITOS DE LOS ELECTRODOS DE PT
REQUISITOS PARA ELECTRODOS DE PT
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Tipode
Electrodo
Materiales
Dimensiones mínimas
Diámetro (mm)
Área (mm2)
Espesor (mm)
Recubrimiento
(mm)Varilla Cobre 12,7
Acero inoxidable 10
Acero galvanizado en caliente 16 70
Acero con recubrimientoelectrodepositado de cobre
14 250
Acero con recubrimiento totalen cobre
15 2000
Tubo Cobre 20 2
Acero inoxidable 25 2
Acero galvanizado en caliente 25 2 55
Fleje Cobre 50 2
Acero inoxidable 90 3
Cobre cincado 50 2 40
Cable Cobre 1,8 para cada hilo
25
Cobre estañado 1,8 para cada hilo
25
Placa Cobre 20000 1,5
Acero inoxidable 20000 6
INSTALACIÓN DE ELECTRODOS TIPO VARILLA
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CONEXIONES MECÁNICAS
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PROCESO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA EXOTÉRMICA
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1 2
3 4
1 2
3 5 4
AP
LIC
AC
IÓN
SO
LDA
DU
RA
1 2
3 4
AP
LIC
AC
IÓN
SO
LDA
DU
RA
USO DEL BARRAJE EQUIPOTENCIAL
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PUENTE EQUIPOTENCIAL
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© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
8 •MEDICIONES
MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MÉTODO DE LA CURVA DE CAÍDA DE POTENCIAL
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MEDICIÓN DE RESISTENCIA EN ZONAS URBANAS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MÉTODO DE LA PENDIENTE
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MONTAJE DE COMPROBACIÓN DEL TELURÓMETRO DE ALTA FRECUENCIA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MONTAJES PARA MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MÁXIMO PERIODO ENTRE MANTENIMIENTOS DE UN SPT
Nivel de
tensión de la
instalación
Inspección
visual
(años)
Inspección
visual y
mediciones
(años)
Sistemas
críticos(1)
Inspección
visual y
mediciones
(años)
Baja 1 5 1
Media 3 6 1
Alta y Extra Alta 2 4 1
TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE PUESTAS A TIERRA
• INSTALAR CONTRAPESOS
• HACER ANILLOS ALREDEDOR DE ESTRUCTURAS
• HACER MALLAS DE TIERRA EXTENSAS
• UTILIZAR CONCRETOS ESPECIALES
• UTILIZAR CONCRETOS CONDUCTIVOS
• INTRODUCIR ELECTRODOS AL CONCRETO
• UTILIZAR ELECTRODOS QUÍMICOS
• HACER RELLENOS
• UTILIZAR SUELOS ARTIFICIALES
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ECUACIONES PARA MEJORAMIENTO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
06,0*5,01*12ln* sa
dhl
lR rr
r
06,0*5,01*8ln*
2sad
ll
R rr
r
Contrapeso
Varilla
l
d
d
l
2
3 4
1 A
PLI
CA
CIÓ
N S
UEL
O A
RTI
FIC
IAL
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
10 •APLICACIONES
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ENTRADA A UN CUARTO DE
EQUIPOS
MALLA PARA SUBESTACIÓN
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
PUESTA A TIERRA EN SISTEMAS DE
DISTRIBUCIÓN
CONDUCTOR AISLADO Y CONDUCTOR DE PROTECCIÓN
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
PREGUNTAS Y COMENTARIOS