metodos de puesta a tierra para ie ing. flavio tito

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

Ing. Flavio Tito Fuentes


METODOS DE PUESTA A TIERRA PARA INSTALACIONES ELECTRICAS

HUANCAYO SETIEMBRE 2009



Sistemas de Puesta a Tierra SPAT

• CONCEPTOS

–En el campo de la electricidad las

características conductivas de la tierra

se utilizan en una variedad de maneras

útiles.



• CONCEPTOS

–Se utiliza como terminal para poner a

tierra el conductor neutro de los

sistemas de la CA para limitar voltajes

de toque a valores seguros.





• CONCEPTOS

–Absorbe una descarga de rayo a través

de una trayectoria controlada y protege

la vida humana y las estructuras de los

edificios.




• CONCEPTOS–También se utiliza como referencia cero

de los instrumentos electrónicos sensibles donde los puntos comunes de la señal están conectados con las carcasas metálicas que se conectan a tierra.




• CONCEPTOS–Cuando la carga se transfiere

repentinamente a tierra o a una estructura puesta a tierra, queda esta neutralizada por la masa de tierra. La tierra es así, el medio que disipa energía eléctrica sin cambiar su potencial.




• CONCEPTOS–La capacidad de la tierra de aceptar la

energía depende de la resistencia del suelo en la localización particular en donde la corriente de la salida (o descarga del relámpago) entra en la tierra.




• La resistencia del suelo es una variable

que se puede determinar exactamente

solamente por medidas. Los factores

principales que afectan la resistencia del

suelo son los siguientes:

Resistencia eléctrica del suelo



• Concentración y composición de sales disueltas • Contenido de agua • Temperatura • Textura o tamaño de grano y • Compactación

Resistencia eléctrica del suelo



R = ρ l/s

donde:

R = resistencia en Ω

ρ = resistividad en (Ω-metro)

l = longitud del conductor en metros

S = sección en metros cuadrados

La Resistividad de suelos



La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso en un material determinado, 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




Metales

Electrónica

Semiconductores

Conductividad Electrólitos sólidos

Iónica (dieléctricos)

Electrólitos líquidos





10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 1012 1014 Metales Calcopirita Margas Anhidrita Cinabrio Feldespatos Sal Gema Pirrotita Galena Blenda Azufre Grafito Arcillas Calizas Limos Cuarzo Arenas Pirita y Magnetita Gravas Micas Pizarras Rocas hipogénicas y metamórficas Agua de mar Agua Dulce



NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD EN Ω - m Terrenos Pantanosos Limo Humus Turba Húmeda Arcilla Plástica Marga y Arcillas Compactas Margas del jurásico Arena Arcillosa Arena Silícea Suelo Pedregoso Cubierto de Césped Suelo Pedregoso Desnudo Calizas Blandas Calizas Compactas Calizas Agrietadas Pizarras Roca de Mica, Feldespato o Cuarzo Granito y Gres procedentes de Alteraciones Roca Ígnea

De algunas unidades a 30 20 a 100 10 a 150 5 a 100

50 100 a 200 30 a 40

50 a 500 200 a 300 300 a 500

1,500 a 3,000 100 a 300

1,000 a 5,000 500 a 1,000

50 a 300 500

1,500 a 10,000 5,000 a 15,000




RESISTIVIDAD METODO DE SCHLUMBERGER



X-Axis

Y-A

xis

19

9

5.67

4

3

2.33

1.86

1.5

1.22

0.82

0.67

0.54

0.43

0.33

0.25

0.18

0.11

0.05

Curvas Patrón de Resistividad(Método de Schlumberger)

Elaborado por: Para-Rayos SAC



ρa: Es ascendente


Ing. Flavio Tito FuentesIng. Flavio Tito Fuentes

ρa: Es descendente



Normatividad: CNE

CNE 036.B. Sistemas puestos a tierra en un punto.La puesta a tierra con un solo electrodo deberá, tener una resistencia a tierra que no exceda 25 Ω. Si la resistencia con un solo electrodo excede 25 Ω, deberá utilizarse dos electrodos conectados en paralelo.



Normatividad: CNENOTA: Pueden presentarse casos especiales donde los

valores de resistencia eléctrica del sistema de puesta a

tierra cumplan con lo indicado en este código, pero el

sentido práctico y la experiencia para esta especial

situación obligue a disponer de una menor resistencia, por

lo que –indistintamente se cumpla- lo que siempre deberá

asegurarse del sistema es que ante una falla no se

presenten tensiones de toque o de paso peligrosas.



Normatividad: CNE

Cuando tenga que disminuirse la resistencia de puesta a tierra se podrá usar otros métodos, como puede ser el empleo de tratamiento químico o suelos artificiales, que deberá ser aceptable y certificado por una entidad especializada e imparcial competente, asegurándose que dicho tratamiento no atenten contra el medio ambiente.



Requerimientos básicos para el diseño de un SPAT



Paso de la corriente por el terrenoLa corriente pasa al terreno repartiéndose por todos los puntos de la superficie del electrodo en contacto con la tierra, por tanto, en todas las direcciones a partir del mismo.En la figura siguiente se representa este paso, en el caso de una barra vertical. Una vez ya en el terreno, la corriente se va difundiendo por el mismo. Con terrenos de resistividad ρt homogénea puede idealizarse este paso suponiendo el terreno formado por capas concéntricas alrededor del electrodo, todas del mismo espesor L.



Paso de la corriente por el terrenoLa corriente va pasando sucesivamente de una capa a la siguiente. Véase que cada vez la superficie de paso es mayor, y por tanto la resistencia R de cada capa va siendo cada vez menor, hasta llegar a ser despreciable.La resistencia de cada capa es R = ρ L/S. Estas resistencias se suman, pues están en serie:



Paso de la corriente por el terreno



Tensión de contacto (Uc) y tensión de paso (Up).



Capacidad de Corriente y Resistencia Mecánica

Una práctica generalmente aceptada y satisfactoria en construcciones eléctricas ha sido utilizar cobre de una sección mínima de 10 mm² para acometidas o sistemas de puesta a tierra generales. El uso de secciones mayores se deja a criterio del diseñador. (Véase la Regla 033.D.) Cabe remarcar que una sección mínima de cobre de 16 mm² es requerida para la puesta a tierra de pararrayos.



Capacidad de Corriente y Resistencia Mecánica

Los conductos y accesorios galvanizados pueden proporcionar continuidad eléctrica apropiada entre secciones separadas. Sin embargo debido a la vibración o a problemas de mano de obra, debe reconocerse que los pernos y tuercas no son siempre un medio confiable de efectuar conexiones eléctricas; no se debe depender de estos medios de conexión cuando la tensión excede de 150 V.



Electrodos de puesta a tierra

en el Código no se consideran las tuberías de agua como un sistema de puesta a tierra.La conexión de puesta a tierra debe efectuarse de manera que se asegure la más efectiva puesta a tierra.Un “electrodo diseñado”.... suficientemente largas para ser introducidas a una profundidad de al menos 2,00 m



Esquemas de conexión a tierra ECT

Actualmente, tal como se definen en la Norma IEC 60364, y en el Anexo A3 del Código Eléctrico Nacional UtilizaciónTT: neutro del transformador T y masa T,TN: neutro del transformador T y masa N,IT: neutro del transformador I y masa T.



Duración máxima de mantenimiento de la tensión de contacto según la norma CEI 60 364.



Zonas tiempo/corriente de los efectos de la ca (de 15 Hza 100 Hz) sobre las personas según CEI 60479-1.



Sistemas con puesta a tierra dedicadas e interconectadas



Puestas a tierra separadas (prohibido)



Una sola puesta a tierra (prohibido)



ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU

ECT: TT, TNECT: IT



Esquemas de conexión a tierra

R

S

T

G

Motor 3Ø220 VAC

220 V

220 V

220 VAC 220 VAC + G

Distribucion Delta sin conexion a tierra (G)Tablero



Esquemas de conexión a tierra

R

S

T

380 VAC

380 VAC

Motor 3Ø380 VAC sin N

Motor 3Ø380 VAC + N y G

N

G

Distribucion Estrella + conexion a tierra (G)

Tablero



TEORÍA Y DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA

Electrodos verticales o barras



FORMULA GENERAL DE,LA RESISTENCIA DE BARRAS VERTICALES

ρ 2lR = ---------- ln-----

2π l a

donde : (l n 2 l /r) / 2 π l se considera = K; operando la fracción vale 0.49454.. por lo tanto R = 600 x 0.49454 ≈ 300 Ω



TEORÍA Y DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA Electrodos verticales o barrasa nivel del suelo

Dd

>> dI

D l

D l

)(36.14

2Ω

Π=

dnR λ

λλ

ρ



TEORÍA Y DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA Electrodos verticales o barrasa profundidad h del suelo

)](42

36.14[

2Ω

++

×Π

=λλλ

λλ h

hd

nR ρ

Dh

2h >D l

D l



Reticuladoρ 2L k1L

R1 = ----- ( ln------- +------- - k2)π l √hd √S

•Barrasρ 4 2k1L

R2 = --------- ln---- - 1 + ------- (√N - 1)22π Nl a √S

•Resistencia mutua• ρ lR12 = R21 = R1 - ----- ln------ - 1

π L √hd•Resistencia combinada

R1 R2 - R122

RT = --------------------R1+ R2 - 2 R12

Donde:

ρ = Resistividad aparente en ohm-m

L = Longitud reticulado en m

h = Profundidad enterramiento en m.

S = Superficie cubierte por malla en m2

N = Numero de barras

l = Longitud de cada barra en m.

a = Radio de lasbarras en m.

d = Diametro del contrapeso en m.

k1= 1.43 - 2.3h/ √S - 0.044 * A/B

k2 = 5.5 - 8h/√S - (0.15 - h/√S) * A/B

Electrodos Compuestos, método de Schwartz



MÉTODOS PARA LA REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

•El aumento del número de electrodos•El aumento de la distancia entre ejes de los electrodos•El aumento de la longitud de los electrodos.•El aumento del diámetro de los electrodos.•El cambio del terreno existente por otro de menor resistividad.



MÉTODOS PARA LA REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

•La construcción de mallas o zanjas de interconexión con cambio de tierra y tratamiento químico para aprovechar las propiedades de los contrapesos con cables desnudos de adecuado calibre.•El tratamiento químico electrolítico del terreno.



Distanciamiento entre electrodos



Distintas configuraciones de mallas de puesta a tierra


Ing. Flavio Tito Fuentes 24/05/2007

Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra



Diseño economico de un SPAT Corte A - A

Zanja de Puesta a T ierra

0.50

0.20

0.10

0.50

T ierra de chacra

Cemento conductivo

Cable de cobre 50 mm

T ierra existente



Medición de la puesta a tierra



Ing. FLAVIO TITO [email protected]

Muchas Gracias

Huancayo Setiembre 2009

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