medicion y evaluacion de sistemas de tierra - corporativo america

ELABORADO POR CESAR GENARO VARGAS MEDINA

ASESORAMIENTO Y SOPORTE TECNICO – ELECTRORED BOLIVIA SRL Página 2

1. ANTECEDENTES

Los sistemas de protección en instalaciones eléctricas industriales hoy en día son de vital importancia, vital en primer lugar por la protección que se debe brindar a las personas y secunda la protección que se debe proporcionar a los equipos. En ese sentido es que los sistemas de protección contra sobretensiones, ya sean estas por fuentes externas y/o internas tienen a su sistema de aterramiento como elemento fundamental para asegurar un sistema de protección confiable. Por su parte el Corporativo América, en su nuevo edificio comercial ubicado a la altura del Km. 4,5 de la Av. Blanco Galindo en la ciudad de Cochabamba tendrá diversos equipos eléctricos, equipos electrónicos y otros electrónicos digitales de procesamiento de datos: trasformador de potencia, motores (bombas), redes de computadoras y comunicación, etc., equipos que en la mayoría de los casos actualmente solicitan un aterramiento de muy buenas condiciones conductivas, ya sea para descargas de estática de las carcasas, descargas de corrientes parasitas y de falla ó por la utilización de un neutro aterrado. Es importante, mencionar que el Ing. Ignacio Oña (Encargado instalación Eléctrica) tiene la preocupación por este tema, en cómo construirlos de forma correcta siguiendo todas las normas y técnicas, además cuenta con las capacidades para realizarlas. En ese sentido es que se proyecta en el nuevo edificio un sistema de tierra ubicado en la parte posterior del edificio, este sistema de aterramiento tendrá como objetivo ser parte importante en brindar la protección necesaria a las personas y los equipos instalados en general. ELECTRORED BOLIVIA SRL a través de su división de ASESORAMIENTO Y SOPORTE TÉCNICO, en el afán de brindar el apoyo y acompañamiento a su cliente, en el diseño de proyectos y a encontrar las soluciones a diversos problemas que se presentan en la industria, es que se realizó este servicio de Medición de Resistencia de Tierra.

2. OBJETIVOS

• Identificar los sistemas de tierra existentes en la planta de producción.

• Realizar las mediciones para conocer el valor de resistencia de tierra.

• Evaluar los datos recogidos de las mediciones.

• De acuerdo a la valoración de los datos recogidos, detallar las medidas y acciones por asumir.

3. DESARROLLO

3.1. IDENTIFICACIÓN

Se identifica a 1 (uno) terreno apto para la construcción de la malla de puesta a tierra:

• Patio posterior Nuevo edificio – Malla de aterramiento prevista para transformador y tableros

Se pudo verificar el espacio disponible para la construcción de una malla, que estára conformada puntas de cobre (jabalinas) de 5/8” x 3 m (sugerido), el conductor utilizado 2/0 AWG (70 mm2), las conexiones con soldadura exotérmica y la construcción de sus respectivas cámaras de inspección para las tomas a tierra y mantenimientos de la malla de aterramiento futuros, todo en referencia y siguiendo la norma y las técnicas de Mallas de Tierra. Para las mediciones, se tropezó con la dificultad de que existía tierra de relleno y escombro, lo cual obligo a realizar excavaciones para los electrodos auxiliares y recién hacer la medición.



IMAGEN 1. Área Disponible para construcción – Malla de tierra en edificio nuevo Corporativo América

3.2. MEDICIONES

El método que se utilizó para realizar las mediciones en la cual se basa el equipo, es el método de Caída de Potencial de Tres puntos. En el Anexo A se muestra los detalles.

3.2.1. MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE TIERRA

IMAGEN 2. Proceso de excavación para clavado de Electrodo de prueba



También se realizaron excavaciones previamente a colocar los electrodos auxiliares para las mediciones.

IMAGEN 3. Proceso de excavación para clavar electrodos auxiliares Por otra parte se observó que el terreno tiene bastante humedad, factor que es beneficioso para mejorar la conductividad de la malla que será construida.

El registro de datos de las mediciones (ANEXO B) se refleja en el siguiente cuadro:

MEDICION Y EVALUACION SISTEMA DE TIERRA

CLIENTE: Corporativo América LUGAR Y FECHA: Cochabamba, 1/03/3013

UBICACIÓN SISTEMA: Posterior Edificio Nuevo EQUIPO DE MEDICION: Kyoritsu Mod. 4105A

EJECUTOR: Cesar Vargas Medina ASISTENTES: Ignacio Oña, Sinforiano blanco

Nº

UBICACIÓN DE LA LÍNEA DE

REFERENCIA RESPECTO A LA

SUPERFICIE PREVISTA

DISTANCIA ENTRE ELECTRODO DE CORRIENTE Y

ELECTRODO DE REFERENCIA O BAJO ESTUDIO

[m]

DISTANCIA ENTRE ELECTRODO DE

POTENCIAL Y ELECTRODO DE REFERENCIA O BAJO ESTUDIO

[m]

DISTANCIA ENTRE ELECTRODO DE CORRIENTE Y

ELECTRODO DE POTENCIAL

[m]

TIEMPO DE DURACIÓN DE

LA PRUEBA [min]

LECTURA DE RESISTENCIA

[Ω] OBS.

1 A 8,5 4,5 4 0,75 59 R= 2000Ω

2 A 8,5 4,5 4 0,75 59,2 R= 200Ω

3 A 8,5 5,6 2,9 0,75 56,8 R= 200Ω

4 A 10 5,6 4,4 0,75 55,5 R= 200Ω

5 A 10 4,5 5,5 0,75 55,6 R= 200Ω

6 A 11,6 4,5 7,1 0,75 55,5 R= 200Ω

CUADRO 1. Registro de datos, medición de Resistencia de sistema de tierra.



Para obtener un valor de tierra confiable, se debe contar con un registro de datos que sean resultado de diferentes mediciones a diferentes distancias, es decir hacer un barrido del área donde se encuentra la malla de tierra, en este caso en particular no se pudo lograr el cometido con la extensión necesaria, en ese entendido es que los valores Máximo y Mínimo son:

59,2Ω

55,5Ω La ubicación de la línea de referencia y el área a tomada en cuenta se ven en la siguiente IMAGEN 3

4 m

12 m

NUEVO EDIFICIOCURTIEMBRE AMERICA

EDIFICIO INDUSTRIALCURTIEMBRE AMERICA

LÍN

EA

DE

RE

FER

EN

CIA

PUNTO DE REFERENCIA

A

IMAGEN 4. Área de referencia tomada en cuenta para la medición

3.3. EVALUACIÓN

Al ser un terreno húmedo se podría decir la malla de tierra que se construirá con buenas características de humedad y tierra, por tanto buenas para reducir la resistencia de Tierra. Con los valores de resistencia máxima y mínima obtenemos que el porcentaje de variación es:

∆%

∗ 100

∆% 59,2 055,5

59,2∗ 100

∆% 6,25%



Para tener la certeza de que los valores de las diferentes mediciones son los correctos no debe, entre ellos, existir una diferencia mayor a 10%, en este caso la variación nos muestra un 6%, que nos da la certeza de que los valores medidos son los correctos. Con la certeza de los valores y promediando los datos, obtenemos un valor de resistencia y resistividad referencial del terreno:

56,52Ω

678,24Ω m

Tomado en cuenta un perímetro para la instalación de

24m Longitud de jabalina de cobre de:

3m

Del Cuadro 2, se tiene una resistencia de jabalina enterrada de:

CUADRO 2. Resistencia RELEC - para un electrodo típico de cobre implantado en diversos tipos de terreno (Fuente IRAM 2281) Terreno: Arcilla, humus con arena y grava para jabalina de cobre de 3 m de longitud

300Ω

Tomando la resistencia referencial de terreno y la resistencia de jabalina enterrada tenemos:

47,55Ω El número de jabalinas a ser instaladas es:

5

Para una construcción simétrica se toma como:

6

La resistencia referencial de la Malla, despreciando el valor de resistencia del cable por ser este valor muy bajo, y tomando en cuenta que las jabalinas son de cobre:



7,925Ω

El valor calculado no debe asumirse como definitivo, es un Valor Referencial de la Malla de Aterramiento. Se debe tener en cuenta que las diferentes áreas de un terreno cualquiera, tiene diferentes valores de resistividad y resistencia, por tanto los valores entre cada punto de la malla son variables. Este valor antes de ser adoptado como definitivo y querer mejorarlo, es decir, antes de bajar la resistencia por los métodos conocidos, debe realizarse previamente una medición de resistencia de la malla, de este modo cerciorarse del valor actual de resistencia de la malla y recién tomar acciones. Por ejemplo si se desea Bajar la Resistencia, de forma simétrica se colocaran 2 jabalinas de cobre a uno de los extremos (ver Imagen 5) No obstante, el valor obtenido es considerado muy bueno ya que se encuentra por debajo de lo que indica la Norma, 10 ohm.

3.4. ACCIONES Y MEDIDAS

En función a los datos recopilados y el análisis realizado, se propone como primera acción la construcción de una malla de aterramiento en configuración rectangular, tal como se ve en la IMAGEN 5. La utilización de los materiales en cobre puro será importante para alcanzar los valores referenciales calculados. Para asegurar una larga vida y condiciones de buena conductividad de la malla, esta debe construirse en cada punto con un aditivo, las opciones conocidas: Bentonita, Geo Gel 8, Thor Gel. Por las condiciones técnicas y económicas se recomienda la utilización de Geo Gel 8.

CAMARA 1TOMA

TRANSFORMADOR

4 m

12 m

NUEVO EDIFICIOCURTIEMBRE AMERICA

EDIFICIO INDUSTRIALCURTIEMBRE AMERICA

CAMARA 2TOMA

TABLEROS

CAMARA 3LIBRE

CAMARA 4LIBRE

JABALINASADICIONALES A

MALLA 3 m

3 m3 m

IMAGEN 4. Construcción de Malla de Aterramiento, Cámaras de inspección y Jabalinas adicionales.

En la construcción de la malla, debe estar considerada la construcción de las respectivas cámaras de inspección. El número de cámaras dependerá del número de tomas que se realizaran a la malla. En cuanto al tema de mantenimiento, se recomienda instalar una toma de agua potable (válvula terminal) en la o las cámaras de inspección, o de otro modo llegar con algún desagüe, por ejemplo el de un lavamanos, para que en época seca se pueda proporcionar de agua al terreno de la malla y se mantengan las buenas



características conductivas. Debe tomarse en cuenta que la cámara de inspección tiene como finalidad brindar un punto de acceso a la malla con tres propósitos:

1° Mantener húmedo el terreno donde se ubica la malla: muy importante sobre todo si se ubica debajo de un empedrado, asfaltado, y más importante para la época seca, etc.

2° Realizar mediciones de resistencia de tierra: labor que se debe ejecutar al menos 1 o 2 veces al

año, de tal modo que, de acuerdo a los resultados se asuma acciones correctivas para lograr el valor de resistencia de tierra deseado.

3° Permitir la distribución, para la interconexión del Sistema de Tierra y los equipos a ser protegidos

mediante conductores de cobre previstos y otros adicionales en el transcurso del tiempo. Refiriéndonos a la conexión, se debe tomar en cuenta que para obtener una buena conectividad, por ende buena conductividad, las conexiones (cable-jabalina y cable-cable) deben realizarse con soldadura

exotérmica, modo de conexión recomendado y en otros casos de carácter obligatorio, por las normas.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Con la colaboración como asistentes del Ing. Ignacio Oña y el Sr. Sinforiano Blanco, que estuvieron apoyando la labor, se logró concluir con éxito las mediciones de resistencia de tierra cuyos resultados se reflejan en este informe.

• En base a los resultados obtenidos de las mediciones y las observaciones realizadas en cuanto a las mediciones y las condiciones del terreno, se obtuvo que la Resistencia Referencial del terreno es de 56,52 [Ω] y la Resistencia Referencial de la malla a construir es de 7,92 [Ω]. Estos valores considerados muy buenos, es decir de muy buenas características conductivas. Esta condición se concreta con la construcción de la malla con los elementos de cobre ya antes mencionados, configuración sugerida, distancias, conexiones, etc., pero además por las condiciones húmedas del terreno, será importante mantenerlas de esta manera, con las recomendaciones señaladas en Acciones y Medidas.

• Se recomienda que al momento de realizar la distribución a los diferentes pisos, se tome en cuenta un buen calibre de conductor ya que a mayores distancias la resistencia aumenta y si el cable es de sección delgada aún más. Por lo menos al piso más bajo con cable 4 AWG (25 mm2) y al piso más alto con cable 1/0 AWG (50 mm2). En caso de pararrayos la sección mínima a utilizar es de 70 mm2

• Se recomienda un mantenimiento y revisión de la malla a través de la cámara de inspección por lo menos 1 o 2 veces al año.

• El análisis económico se encuentra en el Anexo

• El cálculo del número de jabalinas y el valor de resistencia está en función a Formulas extractadas y criterios de normas internacionales (NFPA-70, NFPT – 780, NEMA – 4, IRAM 2281) y nacionales NB 148005, 148006, 148007.



ANEXO A

METODO EMPLEADO PARA LA MEDICION

El método utilizado para la medición de resistencia de tierra fue de “CAIDA DE POTENCIAL” de tres puntos, en los siguientes gráficos puede verse el concepto del método y la utilización del equipo:

IMAGEN 6. Metodología y concepto para la medición Resistencia de Tierra

IMAGEN 7. Instalación del equipo de medición utilizado

Asdfsdfsdfsfs

dfsf

AsdfsdfsdfsfsAsdfsdfsdfsfs

A

AsdfsdfsdfsfsAsdf

Asdf

Asdf

A

Asdf

As As



ANEXO B

HOJA DE DATOS – MEDICION DE RESISTENCIA DE TIERRA (Copia de original)



ANEXO C

ANÁLISIS ECONÓMICO



La malla de aterramiento tiene el siguiente detalle de cantidades y costo:

CODIGO ITEM D E S C R I P C I O N U.M. CANT. UNITARIO

Bs.

TOTAL

Bs.

5396 1 JABALINA CU 5/8"x3MTS PZA 6 651,87 3911,22

590 2 CABLE DESNUDO DE CU 70 MM2 19 HILOS MTS 21 74,40 1562,40

4623 3 TAPA PARA ATERRAMIENTO DE ALUM FUNDIDO PZA 4 417,60 1670,40

4743 4 GEO GEL 8+ BOL 6 47,33 283,98

TOTAL Bs 7428

C1.- Materiales para construcción de malla de tierra para pararrayo

Para la conexión de la malla, se deberá proceder a realizar el empalme y conexión entre jabalina-cable y cable-cable con SOLDADURA EXOTERMICA. A continuación el detalle de los materiales:

CODIGO ITEM D E S C R I P C I O N U.M. CANT. UNITARIO

Bs.

TOTAL

Bs.

388 1 MOLDE THERMOWELD M-548 JAB. 5/8- CABLE2/0 PZA 1 675,12 675,12

382 2 MOLDE THERMOWELD M-232 "T" 2/0-2/0 PZA 1 675,12 675,12

379 3 TENAZA B - 106 W/F PZA 1 615,96 615,96

393 4 SOLDADURA No. 115 THERMOWELD PZA 8 43,91 350,80

380 5 CHISPERO T - 320 38-0309-00 PZA 1 62,10 62,10

6261 6 MASILLA SELLANTE 1-LB 38412900 PZA 1 66,98 66,98

TOTAL Bs 2445,90

C2.- Materiales para conexión de la malla

Nota: Los costos se refieren solo a los materiales que contempla la construcción de la malla de aterramiento, de acuerdo a los precios unitarios se puede evaluar otras instalaciones, tales como: cables bajantes de tableros y transformador a tierra, cable y jabalinas adicionales para la malla, etc.

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