Sistemas de Puesta a Tierra

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Expositor : Ing. Rodolfo Pomalaya Tacuri

Ingeniero Electrónico especialista en redes y mediciones en planta externa con 15 años de experiencia en Telefónica del Perú

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1. CONCEPTOSRESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SUELO

2. LA RESISTIVIDAD• RESISTIVIDAD DE SUELOS• VARIACIONES DE LA RESISTIVIDAD• FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO• POROSIDAD DEL TERRENO• HUMEDAD• MEDICION DE LA RESISTIVIDAD• PLOTEO CURVA DE RESISTIVIDAD• ρa: Ascendente• ρa: Descendente

3. ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA ECTCOMO SE DEFINEN EN LA CEI 60364, EN LA UNE 20 460 Y EN LA NF C 15-100• TT: neutro del transformador T y masa T,• TN: neutro del transformador T y masa N,• IT: neutro del transformador I y masa T.ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU ECTEjemplo de coexistencia entre los diversos ECT.Corriente y tensión de defecto en el esquema TT.Neutro a tierra: esquema TT

CONTENIDO

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4. RESISTENCIA MÁXIMA DE LA TOMA DE TIERRA

5. PRINCIPALES PROBLEMAS DE SISTEMAS ELECTRICOS DEFECTO DE AISLAMIENTOZonas tiempo/corriente de los efectos de la CA (de 15 hz. a 100 hz.)sobre las personas según CEI 60479-1.Corriente admisible en el cuerpo humano, según la Norma CEI 60 364.Tensión de paso y tensión de toque

6.-CRITERIOS DE DISEÑO DE SPAT EN PLANTAS INDUSTRIALESRequerimientos básicos para el diseño de un SPATCorrientes de Falla, potencia de Corto CircuitoPaso de la corriente por el terrenoTensión de contacto (Uc) y tensión de paso (Up).Formula general de la resistencia de una barra verticalMétodos para la reducción de la resistencia eléctricaMallas de puesta a tierraEl Aumento de la Distancia entre Ejes de los ElectrodosElectrodos compuestos Método de Schwarz

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7. TRATAMIENTOS DE TERRENOS CON CEMENTO CONDUCTIVO

8. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (EMC)SUSCEPTIBILIDAD ELECTROSTATICA (ESD)

9. MEDICIÓN DE LA PUESTA A TIERRAMétodos de medición de SPATCurva de la resistencia eléctrica

10. NORMATIVIDAD SOBRE SPAT EN EL PERU Y EL MUNDONormas NFPA 780 y NECNormas Internacionales CEICódigo Nacional de ElectricidadNormas españolas MIE RAT

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1.- RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SUELO

El suelo, al igual que cualquier material conductor eléctrico, se opone al paso de la corriente eléctrica y ofrece una resistencia que puede ser calculada por la siguiente ecuación:

La resistencia específica (ρ) también se denomina resistividad del conductor o, en nuestro caso, resistividad del suelo. la resistencia específica depende de : a, del tipo de suelo, que a su vez depende de otros factores ; b, el contenido en electrolitos susceptibles de conducir la corriente eléctrica y c, el contenido en humedad.

K = Conductividad específica (S•m-1)R = Resistencia (Ω).L = Longitud (m).A = Superficie (m2).

R : resistencia en ohm : resistividad en ohm-mL : longitud del conductor en m.A : sección en m2

ρ

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2. LA RESISTIVIDAD

El factor más importante de la resistencia de tierra es la resistividad del suelo, siendo una propiedad muy importante de este.  La tierra (suelo, subsuelo)tiene propiedades que se expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudes físicas que son:La resistividad eléctrica ρ (o su inversa la Conductividad σ), La constante dieléctrica ε y La permeabilidad magnética μ.

La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso, pero igualmente se considera la facilidad de paso, resultando así el concepto de, Conductividad, que expresado numéricamente es inverso a la resistividad y se expresa en siemens-metro de modo que: σ = 1/ρ

En la NOM-022-STPS-1999 se define el término resistividad, como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un cubo de terreno de un metro por lado.De acuerdo con la NOM-008-SCFI-1993, Su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m.

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La resistividad del terreno varía ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por: • Sales solubles  • Composición propia del terreno  • Estratigrafía  • Granulometría  • Estado higrométrico  • Temperatura  • Compactación

FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

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SALES SOLUBLES Es la cantidad de electrolitos; ésto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas.

COMPOSICIÓN DEL TERRENODepende de la naturaleza del  mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40-500 ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 ohms .En cambio, la resistividad de un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100 ohm o menos.

ESTRATIGRAFÍA El terreno no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos

GRANULOMETRÍAInfluye bastante sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y de que ésta sea mayor que la de la arcilla.

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ESTADO HIGROMÉTRICO El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Y, puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos.

TEMPERATURA A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese aumento se nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que,  a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra  COMPACTACIÓN La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles.

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La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso del suelo con mejor performance, así como para encontrar los puntos óptimos para ubicar la red de tierras, o para operar sistema electrónico, planta generadora o transmisora de radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas. 

En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. La medición de la resistividad del terreno, no es requisito para hacer una malla de puesta a tierra. Aunque para diseñar un sistema de tierras de gran tamaño, es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para lograr la instalación  más económica.

Para medir la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros países: telurómetro) o Megger de tierras de cuatro terminales.

MEDICION DE RESISTIVIDAD

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Ejemplo de medición de la Resistividad de la Tierra

C2 P2 C1P1

DET2/2

a a a

a/20

C2P2P1C1

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METODOS DE MEDICION DE RESISTIVIDAD

Los terrómetros tienen cuatro terminales 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) y están numerados en el aparato C1 P1 P2 C2.

La medición es puntual, se deben hacer mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero, y/o, en el sentido de las diagonales.

MÉTODO DE WENNER. En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre.  El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una

función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.  13

La resistividad aparente está dada por la siguiente expresión :

Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:

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ESQUEMA DE MEDIDA DEL METODO DE WENNER

MÉTODO DE SCHLUMBERGER El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, se emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na)El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.

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0Direcciones para medición de resistividad

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Curvas de Resistividad aparente

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DATOS DE RESISTIVIDAD DE SUELOS TÍPICOS  

Terrenos cultivables y fértiles 50Terraplenes compactos y húmedos 50Terrenos cultivables poco fértiles 500Suelos pedregosos desnudos arena seca y permeables 3000Suelos rocosos fraccionados 6000Suelos rocosos compactos 14000Terreno pantanoso 2 – 50Terreno fangoso, arcilloso, humus 20 – 260Arena y terreno arenoso (húmedo) 50 – 3000Grava (húmeda) 50 – 3000Terreno pedregoso y rocoso 100 – 8000Hormigón con 3 partes de arena + 1 cemento 50 – 300Hormigón con 5 partes de grava + 1 cemento 100 - 8000

RESISTIVIDAD Ohm-mTIPO DE TERRENO

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3.- ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA ECT

COMO SE DEFINEN EN LA CEI 60364, EN LA UNE 20 460 Y EN LA NF C 15-100• TT: neutro del transformador T y masa T,• TN: neutro del transformador T y masa N,• IT: neutro del transformador I y masa T.ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU ECTEjemplo de coexistencia entre los diversos ECT.Corriente y tensión de defecto en el esquema TT.Neutro a tierra: esquema TT

El Esquema de conexión a tierra, ECT (también conocido como Régimen de Neutro) especifica la forma en la que se relacionan el secundario del transformados Media Tensión-Baja Tensión y las masas metálicas con el potencial 0 (Tierra) en una instalación eléctrica.Todos los esquemas, en combinación con otros dispositivos de protección, garantizan la seguridad de las personas frente a los contactos indirectos debidas a fallos de aislamiento. Su principal diferencia radica en la continuidad del suministro eléctrico. 20

Los esquemas de conexión a tierra están definidos por la norma CEI 60364Y se identifican con 2 letras :

• Primera letra: Conexión del neutro del transformador. T(Tierra), I(Impedancia)

• Segunda letra: Conexión de las masas metálicas de la instalación. T (Tierra), N(Neutro).

En los esquemas TN se añade una S (separado) o una C (Conjunto) para definir si el conductor de Neutro y el de protección son un sólo conductor

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Esquema TT En este esquema el neutro del transformador y las masas metálicas de los receptores se conectan directamente, y sin elemento de protección alguno, a tomas de tierra separadas.En caso de un defecto a masa circula una corriente a través del terreno hasta el punto neutro del tranformados, provocando una diferencia de corriente entre los conductores de fase y neutro, que al ser detectado por el interruptor diferencial provoca la desconexión automática de la alimentación.....

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Esquema TN-CEn el esquema TN-C los conductores de proteción se conectan directamente al conductor de neutro.

Esquema TN-S los conductores de proteción se conectan a un conductor de protección distribuido a la línea, y conectado al conductor de neutro en el transformador.

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Esquema ITEs utilizado en aplicaciones en las que la continuidad del servicio es crítica, como en quirófanos o industrias con procesos sensibles a la interrupción.En él, el Neutro del transformador está aislado de Tierra (o conectado a través de una impedancia de un elevado valor) y las masas metálicas conectadas a una toma de tierra exclusiva.

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Resumen de características TTTécnica de explotación: Desconexión al primer defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión por interruptor diferenciales. Usos: General. Red de distribución pública

Resumen de características TNTécnica de explotación: Desconexión al primer defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Puesta a tierra uniformemente repartidas. Desconexión por protecciones de sobreintensidad. Usos: Instalaciones temporales y de socorro

Resumen de características ITTécnica de explotación: Señalización del primer defecto. Desconexión al segundo defecto. Técnica de protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión al segundo defecto por protecciones de sobreintensidad. Usos: Quirófanos y procesos industriales sensibles.

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4. RESISTENCIA MÁXIMA DE LA TOMA DE TIERRAEl Código Eléctrico Nacional (sección 250-84) establece que un solo electrodoCon resistencia a tierra mayor que 25 ohm debe aumentarse un electrodo adicional.

No se puede definir el valor máximo de resistencia a tierra por que este valor se ajusta a las especificaciones de los equipos o sistemas que se requiere hacer la instalación.

Sin embargo de acuerdo a experiencias se tienen valores umbrales que podrian considerarse en una instalación.

Para un sistema de computo 1 – 5 ohmPara grandes Subestaciones, líneasde transmisión y estaciones generadoras 1 – 3 ohmSubestaciones de media tension 5 – 15 ohmPara un sistema de parrarrayos prom d. 10 ohmPara un sistema electromagnetico jaula de 10 ohmPara un sistema petróleo 5 – 10 ohmPara planta externa cobre 15 – 25 ohm

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La resistencia del cuerpo humano no es tan bajaDicha impedancia depende de varios factores:• Superficie de contacto : 1.000.000 ohmios por cm2 (piel seca)                                1.000 ohmios por cm2 ( piel húmeda)• Presión de contacto• Recorrido de la corriente: paso por el corazón, por el tórax, etc.

Este valor se puede situar entre 500 y 1.000.000 ohmios, y es la suma de la resistencia que ofrece el cuerpo y la que ofrece las superficie de contacto ( manos, pies, etc)En cualquier caso, es mayor que 10 ohmios y que con zapatos de goma, la resistencia es muchísimo mayor que 800.

La resistencia teórica MÁXIMA admisible, no es la que se debe emplear en los cálculo, ese valor no debe sobrepasar la resistencia de tierra que se calcule sabiendo que es la resistencia equivalente de la pica y del conductor enterrado.

SEGURIDAD DE UNA PERSONA

5. PRINCIPALES PROBLEMAS DE SISTEMAS ELECTRICOS DEFECTO DE AISLAMIENTO

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1000

< 1000 ; 30000=

> 30000

Voltios

Voltios

Voltios

Red de baja tensión:

Red de Media tensión:

Red de Alta tensión:

Tipos:

Red Aérea

Red Subterránea

REDES ELECTRICAS DE DISTRIBUCIÓN

COMO RECONOZCO LAS REDES?

Niveles:

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PosteSostiene los elementos y brinda altura.

VientoSoporta el esfuerzo del peso del conductor

AisladoresAisla y soporta el conductor

Conductor 10000 VTransporte de energía

Red aérea

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Transformador

Cambia el nivel de tensión de 10000 a 220V.

SeccionadoresProtección y operación

AisladoresAisla y soporta el conductor

Conductor 10000 VTransporte de energía

Subestación aérea

Conductor 220VTransporte de energía.

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LOS EFECTOS EN EL CUERPO HUMANO?

s PARO RESPIRATORIO

s FIBRILACIÓN VENTRICULAR

s QUEMADURAS

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CO

RR

IEN

TE

EN

M

ILIA

MP

ER

IOS

MUERTE EN TRES SEGUNDOS

FIBRILACIÓN VENTRICULAR

GRAVES DAÑOS - PARO RESPIRATORIO

RESPIRACIÓN EXTREMADAMENTE DIFÍCIL

PÉRDIDA DEL CONTROL MUSCULAR - CONTRACCIÓN

VIOLENTA

SACUDIDA DOLOROSA - PUEDE SOLTARSE

LIGERA PERCEPCIÓN

100 watts

EL CUERPO HUMANO Y LA CORRIENTE ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN

220 VOLTIOS )

50 watts

25 watts

15 watts

TRABAJOS FÍSICOSPIEL HÚMEDA

TRABAJOS NO FÍSICOSPIEL - SECA

350,000 OHMS

100

70

50

30

20

10

5

500

225

RESISTENCIA EN OHMS

500 1 000 1 500 2 000 3 0002 500

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Evitemos estos daños

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Requerimiento para el diseño de un buen sistema de tierra

• La resistividad del terreno • El valor de la resistencia de tierra requerido

Para ello se debe tener en cuenta :

• Limitar a valores definidos el voltaje a tierra del total del sistema eléctrico• Aterrar apropiadamente en gabinetes metálicos que formen partes del sistema eléctrico• Protección contra electricidad estática producida por fricciones• Protección contra descargas eléctricas directas y voltajes inducidos• Mantener buenos niveles de seguridad del personal.

6.-CRITERIOS DE DISEÑO DE SPAT EN PLANTAS INDUSTRIALES

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La corriente de cortocircuito y corriente de falla

El valor mayor de corriente de cálculo del supuesto cortocircuito relacionado con la malla lo debe transmitir hacia tierra.

Las fallas a tierra de alta impedancia son las mas ocurrentes. Son las mas perjudiciales por que pueden permanecer por mucho tiempo sin ser detectadas

En el cortocircuito interviene en forma decisiva el valor de la resistencia interpuesta en el cortocircuito. Si consideramos la situación más desfavorable (inexistencia de arco de ningún tipo), con impedancia de sistema evaluada en un amortiguamiento de 0,8 del valor teórico de impedancia infinita, e incorporando el valor que de todos modos existe como la resistencia de la malla misma,:

Que en forma simplificada :

Ef : Tensión de faseRm : Resistencia de malla

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Pasos para la construcción de un sistema de pozo a tierra

• Se realiza la evaluación de terreno y se mide la resistividad con un Telurómetro• Se procede a la excavación de(los) pozo de tierra en caso de ser mas pozos estos deberán estar separados una distancia miníma del doble de la varilla de tierra.• Se desecha todo material de alta resistividad (piedra, ormigón, arena, etc)• Se rellena el pozo utilizando tierra preparada o tierra de cultivo tamizada con bentonita hasta los primeros 0.3 m y se compacta, luego se instala la varilla de preferencia con cable helicoidal desnudo.• Se rellena nuevamente con la tierra aprox. 0,2 m y se compacta• Se aplica 1 dosis por cada m3, disolviendo el contenido en 20 litros de agua por por cada uno y se repite esta aplicación hasta culminar el pozo.• Se conecta o se fusiona el cable desnudo a la varilla de tierra, en caso de ser pozos en malla se interconectan los pozos.• Se instala la caja de registro de concreto.• Se realiza la medición del pozo(s) de tierra.

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ESQUEMA DE UN POZO A TIERRA 37

Paso de la corriente por el terrenoEl paso de la corriente y la resistencia de tierra a través de un electrodo de tierra tres factores :• La resistencia del electrodo y las conexiones a el• La resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo adyacente• La resistencia del suelo desde la superficie del electrodo hacia afuera

ICorriente

ICorriente 38

Tensión de ContactoEs la diferencia de potencial que podría experimentar una persona a través de su cuerpo cuando se presenta una corriente de falla en la subestación eléctrica y puede que al mismo tiempo tiene una mano o parte de su cuerpo en contacto con una estructura puesta a tierra y separado 1 m.

Tensión de PasoDiferencia de potencial que durante una falla se presenta entre dos puntos de la superficie del terreno, separados por una distancia de un paso (un metro)un brazo.

Las mediciones se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta.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

Medición de tensiones de paso y contacto

TENSION DE PASO Y TENSION DE CONTACTO (TOQUE)

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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 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 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.

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Exposición a tensión de contacto

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Exposición a tensión de paso

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ESQUEMAS PARA REALIZAR LAS MEDICIONES

43

20

202

201

2

1800V

VVVK

PRUEBA

CCKB I

IVV 1

CÁLCULOS DE TENSION DE PASO Y CONTACTO

Se deben realizar dos cálculos para obtener los valores de tensiones de paso y contacto.Primero se deben “filtrar” (ajustar) los valores de tensión medidos Posteriormente, se deben extrapolar las tensiones de paso y contacto medidas a las realesPara obtener los valores reales de tensión de paso, se debe aplicar la ecuación AJUSTE DE LECTURASLas lecturas registradas de tensión de paso y contacto se deben ajustar de acuerdo con lasiguiente ecuación:

VK Tensión de Paso o de Contacto ajustadoV1 Tensión con Polaridad P1 00

V2 Tensión con Polaridad P2 1800

V0 Tensión cuando no se aplica corriente (debida a corrientes circulantes en la malla)

VALORES REALES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTOPara 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 VB Tensión con paso o contacto real a la que estará sometida una

personaVK Tensión entre los electrodos medido y ajustado en la prueba.ICC1 Nivel de cortocircuito monofásico en la subestaciónIPRUEBA Corriente aplicada durante la prueba.

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Tipos de Sistemas de Puesta a Tierra

Electrodo de Varilla Simple

Puesta a Tierra de Múltiples Postes

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Tipos de Sistemas de Puesta a Tierra

Electrodo de MúltiplesVarillas

Electrodo de Placa Enterrada

Electrodo Enterrado Malla/Rejilla

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Como mejorar la resistencia eléctrica

Cuando la resistencia de un electrodo a tierra no es suficiente baja, existen Varias formas de mejorarlas :

• Incrementar la longitud de la varilla

• Usar varilla múltiples

• Tratamiento del suelo o cambio de terreno por otro de menor resistividad.

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Electrodos compuestos Método de Schwarz

Los métodos Schwarz son una extensión de los métodos por bloques de Gauss-Seidel y Jacobi aplicados a problemas de discretización de ecuaciones diferenciales. Es conocido que tanto el método aditivo como el multiplicativo de Schwarz cuando A es una matriz simétrica definida positiva, una M-matriz no singular o una H-matriz . En la presente comunicación mostramosuna condición suficiente para la convergencia del método aditivo de Schwarz para la solución del sistema de ecuaciones Ax = b donde A es unaM-matriz cuyo núcleo es de dimensión uno. Este es el caso cuando A = I − B siendo B una matriz estocástica (por columnas) irreducible. Este resultado de convergencia complementa los resultados de [8] donde se muestra la convergencia del método multiplicativo de Schwarz aplicado a sistemas singulares de este tipo.

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7. TRATAMIENTOS DE TERRENOS CON CEMENTO CONDUCTIVO

El cemento conductivo es un polvo fino higroscopico conductor, con capacidad de absorber la humedad del suelo que lo circunda y lo endurece hasta formar parte electrodo de tierra.Permite reducir y estabilizar la resistencia del medio y proteje a los electrodos de efectos corrosivos , no es contaminante.

La instalación es similar a la construcción de un pozo de tierra a diferencia que seInstala provisional de un tubo pvc de 4” o 6” de diámetro l cual contiene a la barra de tierra para el caso de una instalación vertical, en caso sea horizontal se realiza una cama en el terreno.En ambos casos se debe tratar el terreno.

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Todo material tiene propiedades eléctricas y magnéticas y aumentan cuando se producen corrientes transitorias o de falla. Antes se había indicado los parametros del suelo :

La resistividad eléctrica ρ (o su inversa la Conductividad )

La constante dieléctrica y

La permeabilidad magnética μ

8. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (EMC)SUSCEPTIBILIDAD ELECTROSTATICA (ESD)

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El principio utilizado para este sistema de tierra con inducciones magneticas es el de una jaula de Faraday, que es en pocas palabras un cuarto blindado contra interferencias de radiofrecuencias. Para el blindaje de campos magnéticos, el material debe tener propiedades ferromagnéticas.El hecho que exista una conexión de la jaula a una tierra directa no tiene el menor efecto sobre las propiedades de un blindaje.Las características principales que deben cuidarse en la construcción de una jaula de Faraday son: La atenuación, en su valor mínimo garantizado, la gama de frecuencia protegida, el tipo de interferencias que debe blindarse, ventilación adaptabilidad para hacer modificaciones, tipo de entrada y alambrado.

Susceptibilidad Electrostática (ESD)

Uno de estos desafíos está asociado con la manipulación de dispositivos semiconductores que son susceptibles de daño por la presencia de cargas eléctricas dispersas. Este es un problema que potencialmente puede afectar a una amplia gama de equipos electrónicos y puede tener un amplio rango de efectos.

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Porqué Medir Periódicamente la Resistividad de la Tierra?

Para tener la perspectiva de ubicaciones de puesta a tierra de baja resistencia.

Para chequear que las condiciones climáticas no han afectado la puesta a tierra en forma tal que ya no cumple con los requerimientos.

Para verificar por variaciones estacionales.

9. MEDICIÓN DE LA PUESTA A TIERRA

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Beneficios de una Puesta a Tierra Adecuada

• Disminuye la posibilidad de daños debido a un bajo aislamiento• Reduce la probabilidad de daño debido a rayos y voltajes o

ruidos inducidos.• Mejora el comportamiento de computadoras, comunicación y

otros equipos sensitivos.• Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla

dentro de los límites de seguridad de modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos y/o animales.

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Causas del Deterioro del Sistema de Puesta a Tierra

• La corrosión y el clima influencian provocando la deformación mecánica en las varillas de puesta a tierra y causan corrosión metálica con el tiempo.

• Eventos catastróficos tales como rayos o altas corrientes de falla pueden causar degradación instántanea.

• La resistividad del suelo puede cambiar con el tiempo debido a las condiciones ambientales.

• La expansión de las instalaciones eléctricas/planta pueden crear necesidades diferentes en el sistema de puesta a tierra.

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Efectos Negativos del Ruido Eléctrico

Señal Lógica de 20-30 V

Señal Lógicade 3-5 V

Ruido

Ruido

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Probador de Puesta a Tierra de 3-Terminales

Suministro de Corriente

Amperímetro (I)

Voltímetro (E)

P C

X

TierraTierra

Electrodo de prueba de Corriente

Electrodo de Prueba de Potencial

Electrodo de Puesta a Tierra

bajo Prueba

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Probador de Puesta a Tierra de 4-Terminales

Suministro de Corriente

Amperímetro (I)

Voltímetro (E)

P2 C2

C1 P1

X

TierraTierra

Electrodo Auxiliar de CorrienteElectrodo

Auxiliar de Potencial

Electrodo de Puesta a Tierra

Bajo Prueba

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Curva de Resistencia

Posición del Electrodo de

Prueba de Corriente

Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)Posición del

Electrodo de Puesta a Tierra

X C

Res

iste

nci

a en

Oh

mio

s

Resistencia Verdadera

58

Caída de Potencial

Posición del Electrodo de

Prueba de Corriente

Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)Posición del

Electrodo de Puesta a Tierra

X CRes

iste

nci

a en

Oh

mio

s

Electrodo de prueba de Corriente (C)

Posiciones del Electrodo de Prueba de

Potencial (P)

Electrodo de Puesta a Tierra

Bajo Prueba (X)

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Regla del 61.8% (62%)

Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)X C

Res

ista

nce

in O

hm

s

Electrodo de Prueba de Corriente (C)

Electrodo de Prueba dePotencial (P)

Electrodo de Puesta a Tierra

Bajo Prueba (X)

61.8%

Resistencia del Electrodo de

Puesta a Tierra

Resistencia del Electrodo de Prueba de Corriente

60

Insuficiente Espaciamiento del Electrodo de Prueba

Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)

Res

iste

nci

a en

Oh

mio

s

Electrodo de Prueba de

Corriente (C)

Electrodo de Prueba de

Potencial (P)

Electrodo de Puesta a Tierra

Bajo Prueba (X)

61

Prueba de Tierra en Asfalto

C1 P2 C2

MEASURE

P1

3 POLE 4 POLE

MEGGER® DET5/4R

62

Resolviendo los Problemas de Prueba en Sistemas de Puesta a Tierra de Subestaciones Grandes

Use un instrumento con resolución de 1 mW para tomar lecturas bajas sin error.

Use un instrumento con alto rechazo de ruido, frecuencia variable, y filtrado mejorado para superar el problema de ruido.

Use el Método de Pendiente para manejar el desafío de prueba provocado por grandes “Areas de resistencia”.

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El Problema de Distancia/Espacio Limitados

Distancia del Electrodo de Prueba de Potencial desde X (dp)

Res

ista

nce

in O

hm

s

Electrodo de Prueba de

Corriente (C)

Electrodo de Prueba de

Potencial (P)

Electrodo de Puesta a Tierra

Bajo Prueba (X)

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Importantes Características/Ventajas/Beneficios – de un equipo

Alta resolución.Alta precisión.Monitorea continuamente resistencia de ruido y pico.Frecuencia variable de prueba.Rechazo de ruido para 40V en circuito P, 60V en circuito C.Corriente de prueba conmutable.Filtrado con Software.Rechazo de ruido para 40V.Protección ambiental IP54.

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Método de Gancho/Sin Electrodo de Prueba

R6R5R4R3R2R1

VI

Probador de Gancho

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Desventajas del Método de Gancho/Sin Electrodos de Prueba

• Efectivo únicamente en situaciones con puestas a tierra múltiples en paralelo (puesta a tierra de poste).

• No se puede usar en puestas a tierra aisladas.- no ruta de retorno

• No se puede usar si existe un retorno alterno de baja resistencia que no involucra al suelo.- Torres para Celulares- Subestaciones

• Requiere de una buena ruta de retorno

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NORMAS INTERNACIONALESNormas ISONormas CEI (Comisión electroténica

Internacional)Normas EuropeasNormas Americanas

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NORMAS TÉCNICAS PERUANAS ELABORADAS POR EL COMITÉ

NTP 370.052:1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Materiales que constituyen el pozo de puesta a tierra, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999.NTP 370.053:1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Elección de los materiales eléctricos en las instalaciones interiores para puesta a tierra. Conductores de protección de cobre, 1ª Edición el 13 de diciembre de 1999.NTP 370.054:1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Enchufes y tomacorrientes conprotección a tierra para uso doméstico y uso general similar, 1a Edición el 11 de diciembre de 1999.NTP 370.055:1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Sistema de puesta a tierra. Glosario de términos, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999.NTP 370.056:1999 SEGURIDAD ELÉCTRICA. Electrodos de cobre para puesta a tierra, 1a Edición el 13 de diciembre de 1999.

INDECOPI, en su calidad de Organismo Peruano de Normalización, instalo el Comité Técnico Especializado de Seguridad Eléctrica

CONCLUSIONES

La resistencia puesta a tierra y la distribución de potencial de la superficie del terrenos son los parámetros principales que caracterizan la propiedades eléctricas de un sistema de puesta a tierra.

Los parámetros eléctricos del sistema de puesta a tierra dependen de las propiedades del terreno y de la geometría del electrodo puesta a tierra, las propiedades del suelo están caracterizadas por la resistividad del terreno, dependiendo del tipo de terreno su estructura así como la humedad, lo cual hace difícil el calculo de la resistencia puesta a tierra.

Debemos tener en cuenta que para valores de corriente muy elevado reducen la resistencia de puesta a tierra, a causa del fuerte campo eléctrico entre el electrodo y el suelo, mientras que en unos cambios rápidos de corriente aumenta la impedancia de puesta a tierra, a causa de la inductancia del electrodo de la tierra.

La profundidad a la que se entierren los electrodos de prueba no afecta el resultado de la medición, pero los electrodos debe hacer un buen contacto.

La presencia de objetos metálicos enterrados y tendidos eléctricos afecta la medición.

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BIOGRAFIA

1.- Para diseño de tensión de contacto y pasoNorma UNE-EN 61008/9 – 20460

2.- Para calculo del método de SchwarzG Alefeld y H. Shneider- Raiz cuadrada de Matrices y aplicaciones de algebra linealM. Berzi – teoria algebraica y multiplicativa de Schwarz.

3.- Para diseño y calculo de resistividad de terrenoAdby P.R: Deempster – Introducción a métodos de optimización Kindermann G y Campoagnolo J.M. – aterramiento electricoKoefoed O. - Medición de resistividad de tierra

4.- Para diseño de puesta a tierra IEEE - 80 y para mediciones IEEEE - 81

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¡GRACIAS !

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