tesis_analisis de la malla de un s.p.a.t.de una s.e. de potencia(teotihuacan)para su mejoramiento

8/13/2019 Tesis_Analisis de La Malla de Un S.P.a.T.de Una S.E. de Potencia(Teotihuacan)Para Su Mejoramiento.

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ANLISIS DE LA MALLA DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) PARA SU MEJORAMIENTO.

INGENIERA ELCTRICA SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA

2

PAGINA.

OBJETIVO. 1

INTRODUCCIN. 13

CAPITULO I. GENERALIDADES DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. 14

1.1. CONCEPTOS GENERALES DE PUESTA A TIERRA. 14

1.2. SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA. 14

1.2.1. DIFERENCIA ENTRE NEUTRO Y TIERRA. 14

1.2.2. CONCEPTO Y OBJETIVO DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. 14

1.2.2.1 RESISTENCIA TIERRA DE INSTALACIONES EL CTRICAS EN MEDIA

Y ALTA TENSIN (TRANSFORMADORES).

16

1.2.3. TENSI N DE PASO Y CONTACTO. 16

1.2.4. PUESTA A TIERRA DE LAS PERSONAS. 18

1.2.5. TRAYECTORIA EFECTIVA PUESTA A TIERRA (ATERRIZADO). 19

1.3. EFECTOS FISIOL GICOS EN EL CUERPO HUMANO. 20

1.3.1 NIVELES DE INTENSIDAD DE CORRIENTE QUE SOPORTA EL

CUERPO HUMANO.

21

1.3.2. RECOMENDACIONES ANTE UNA DESCARGA EL CTRICA 23

1.3.3. PRIMEROS AUXILIOS. 23

CAPITULO II. ANLISIS DEL SUELO.

2.1. RESISTIVIDAD DEL TERRENO. 24

2.1.1 FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO. 24

2.1.2 COMPOSICI N PROPIA DEL TERRENO. 25

2.2. TIPOS Y CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS DE PUESTA A

TIERRA.

25

2.2.1. TIPOS DE ELECTRODOS. 26


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3

2.2.1.1. VARILLA COPPERWELD. 26

2.2.1.2. PICA O JABALINA. 27

2.2.1.3. REHILETE. 28

2.2.1.4. PLACA. 29

2.2.1.5. ELECTRO DO EN ESTR ELLA. 30

2.2.1.6. ELECTRODO TIPO BUCLE. 30

2.2.1.7. ELECTRODO EN ANILLO. 31

2.2.1.8. TIPO MALLA. 31

2.2.1.9. PLACA TIPO ESTRELLA. 32

2.2.1.10. ELECTRODO DE VARILLAS DE HIERRO O ACERO. 32

2.2.1.11. ELECTRODO DE TUBO MET LICO. 32

2.2.1.12. ELECTRODO EMPOTRADO EN CONCRETO. 33

2.2.1.13. ELECTRODO DE ALUMINIO. 33

2.2.1.14. ELECTRODO HORIZONTAL O CONTRAANTENA. 34

2.2.1.15. ELECTRODO PROFUNDO. 34

2.2.1.16. ELECTRODO EN ESPIRAL. 35

2.2.1.17. ELECTRODOS QU MICOS. 36

2.2.1.18. ELECTRODO SOLENOIDEVARILLA. 40

2.2.1.19. SISTEMA DE TUBER AS SUBTERR NEAS DE GAS. 40

2.2.2. CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS. 41

2.2.3. COMPUESTOS QUMICOS. 45

2.3. MEDICI N DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO Y RESISTENCIADE TIERRA.

45

2.3.1. MEDI CIONES . 46

2.3.1.1. RESISTENCIA DEL ELECTRODO DE TIERRA. 46


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4

2.3.2. PRECAUCIONES CON EL SISTEMA DE TIERRA BAJO TENSI N. 47

2.3.3. PRINC IP IO DE FUN CI ON AMI EN TO DEL MED IDO R DE

RESISTENCIA DE TIERRA (POR EL MTODO DE CADA DE

POTENCIAL O DE LOS 3 PUNTOS).

47

2.3.3.1. POSICI N DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES PARA LA MEDICI N. 48

2.3.3.2. MEDICIONES DE RESISTENCIA DEL ELECTRODO DE TIERRA DE

ACUERDO AL MTODO DEL 62%.

50

2.3.3.3. ESPACIAMIENTO DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES. 52

2.3.4. MEDICI N DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO POR EL

MTODO DE LOS CUATRO PUNTOS.

53

CAPITULO III. ANLISIS DE LA MALLA DE UN SISTEMA DE PUESTA A

TIERRA DE UNA SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) PARA

SU MEJORAMIENTO.

3.1. AN LISIS DEL DISE O DE PUESTA A TIERRA DE UNA

SUBESTACIN DE POTENCIA.

57

3.1.1. PROCEDIMIE NTOS PARA DISEAR UN SISTEM A DE

PUESTA A TIERRA CONVENCIONAL (TIPO MALLA).

57

3.1.2. CRITERIOS PARA LA CONSTRUCCION DE MALLAS

CONECTADAS A TIERRA.

58

3.1.3. DATOS DE REFERENCIA DE LA MALLA DE PUESTA A

TIERRA DE UNA SUBESTACIN DE POTENCIA

(TEOTIHUACN).

60

3. 1. 3. 1 SOFTWARE CYMGrd de CYME. 72

3.1.4. ANALIZANDO Y SIMULANDO LA MALLA DE PUESTA A TIERRA DE LA

SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN).

74

3.1.4.1. NIVELES DE UMBRAL DEL M XIMO POTENCIAL DE TIERRA O DE

SUPERFICIE (GPR) PARA EL CUAL SE DISEO LA MALLA DE LA

SUBESTACIN DE POTENCIA.

75

3.1.4.2. NIVELES DE UMBRAL DEL POTENCIAL DE TOQUE O DE

CONTACTO TOLERABLE PARA EL CUAL SE DISEO LA MALLA DE

LA SUBESTACIN DE POTENCIA.

78


5/128



5

3.1.4.3. RESULTADOS DE LA SIMULACI N DE LA MALLA DE

PUESTA A TIERRA DE LA SUBESTACIN DE POTENCIA

(TEOTIHUACN).

82

3.2. DISEO PROPUESTO PARA MEJORAR EL SISTEMA DE

PUESTA A TIERRA DE LA SUBESTACIN DE POTENCIA(TEOTIHUACN).

83

3.2.1. ELECTRODO UNIDIRECCI ONAL. 84

3. 2. 2. SOFTWARE ATPDraw. 84

3.2. 2. 1. SIMBOLOGIA DE LOS CIRCUITOS SIMULADOS EN ATPDraw. 87

3.2. 3. BOBIN A RLC DEL ELEC TRODO UNID IREC CIO NAL. 90

3.2.3.1. RESPUESTA NO AMORTIGUADA. 90

3.2.3.2. RESPUESTA SUB-AMORT IGUADA. 92

3.2.3.3. RESP UEST A SOBR E-A MORT IGUA DA. 93

3.2.3.4. RESP UEST A CRIT ICAM ENTE AMORT IGU ADA. 95

3.2.4. ACOPLADOR DE ADMITANCIAS. 97

3.3. COMPARANDO EL COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS

CONVENCIONALES VS ELECTRODO UNIDIRECCIONAL EN LA

MALLA DE PUESTA A TIERRA DE LA SUBESTACIN DE POTENCIA

(TEOTUHUACN).

99

3.3.1. GRAFICAS OBTENIDAS DE LA SIMULACI N CON SISTEMAS

CONVENCIONALES DE PUESTA A TIERRA.

101

3.3.2. GRAFICAS OBTENIDAS DE LA SIMULACI N CON EL ELECTRODO

UNIDIRECCIONAL.

104

3.3.2.1. RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS SIMULACIONES CON SISTEMAS

CONVENCIONALES DE PUESTA A TIERRA VS ELECTRODO

UNIDIRECCIONAL.

109

3.4. DISE O PROPUESTO PARA EL MEJORAMIENTO DE LA MALLA

INSTALADA EN LA SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN).

112

3.4.1. GRAFICAS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LA

MALLA ANTE UNA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO.

113


6/128



6

3.4.1.1. NIVELES DE UMBRAL DEL M XIMO POTENCIAL DE TIERRA O DE

SUPERFICIE (GPR) CON EL NUEVO DISEO PROPUESTO.

113

3.4.1.2. NIVELES DE UMBRAL DEL POTENCIAL DE TOQUE O DE

CONTACTO TOLERABLE CON EL NUEVO DISEO PROPUESTO.

115

3.4.1.3. RESULTADOS DE LA SIMULACI N DEL DISE O PROPUESTO PARA

LA MALLA DE PUESTA A TIERRA DE LA SUBESTACIN DE

POTENCIA (TEOTIHUACN).

118

3.5. VENTAJAS TECNICAS, OPERATIVAS Y EN COSTOS DEL

ELECTRODO UNIDIRECCIONAL EN COMPARACIN CON SISTEMAS

DE TIERRAS FISICAS CONVENCIONALES (VARILLAS Y

ELECTRODOS QUIMICOS).

120

CAPITULO IV. CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES.

CONCLUSIONES. 122

BIBLIOGRAFIA. 124

TERMINOLOGIA. 126

INDICE DE FIGURAS.

FIGURA 1. S MBOLO IEC 5019. 15

FIGURA 2. TENSI N DE PASO. 17

FIGURA 3. TENSI N DE CONTACTO O TOQUE. 18

FIGURA 4. EFECTOS FISIOLOGICOS EN EL SER HUMANO 21

FIGURA 5. CURVA DE PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA 22

FIGURA 6. DETALLE DE INSTALACI N DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO

VARILLA COPPERWELD.

26

FIGURA 7. DETALLE DE INSTALACI N DE ELECTRODO DE TIERRA DE TIPO

PICA O JABALINA.

27

FIGURA 8. DETALLE DE INSTALACI N DE ELECTRODO TIPO REHILETE. 28

FIGURA 9. DETALLE DE INSTALACIN DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO

PLACA METLICA.

29


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7

FIGURA 10. ELECTRODO EN ESTRELLA. 30

FIGURA 11. ELECTRODO TIPO BUCLE. 30

FIGURA 12. ANILLOS INTERCONECTADOS CON VARILLAS. 31

FIGURA 13. MALLA. 31

FIGURA 14. ELECTRODO DE TIERRA TIPO ESTRELLA. 32

FIGURA 15. DETALLE DE INSTALACI N DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO

TUBERA O TUBO (CONDUIT).

33

FIGURA 16. CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS HORIZONTALES O

CONTRA-ANTENA.

34

FIGURA 17. ELECTRODO PROFUNDO DE TIERRA. 34

FIGURA 18. ELECTRODO CIRCULAR M LTIPLE. 35

FIGURA 19. ELECTRODO HORIZONTAL CON PRODUCTO QU MICO COLOCADO

EN ZANJA.

36

FIGURA 20. ELECTRODO DE TIERRA CON PRODUCTO QU MICO COLOCADO

EN ZANJA ALREDEDOR DE VARILLA.

37

FIGURA 21. ELECTRODO QU MICO. 37

FIGURA 22. ELECTRODO DE TIERRA TIPO L CON RELLENO QU MICO. 38

FIGURA 23. ELECTRODO DE TIERRA TIPO I CON RELLENO QU MICO. 38

FIGURA 24. ELECTRODO DE TIERRA TIPO T CON RELLENO QU MICO. 39

FIGURA 25. ELECTRODO QU MICO COMPACTADO. 39

FIGURA 26. ELECTRODO DE TIERRA TIPO SOLENOIDEVARILLA. 40

FIGURA 27. PUESTA A TIERRA O ATERRIZAMIENTO DE EQUIPO. 41

FIGURA 28. INTERCONEXI N DE DOS VARILLAS DE TIERRA. 42

FIGURA 29. INSTALACI N DE TRES VARILLAS DE TIERRA EN CONEXI N

DELTA.

42

FIGURA 30. INSTALACI N DE 3 O 4 VARILLAS EN L NEA. 43

FIGURA 31. INSTALACIN DE 4 VARILLAS DE TIERRA ELCTRICAMENTE EN 43


8/128



8

PARALELO.

FIGURA 32. CONFIGURACI N DE ELECTRODOS TIPO VARILLA COPPERWELD. 45

FIGURA 33. VARILLA MET LICA COMO ELECTRODO DE TIERRA. 46

FIGURA 34. PRINCIPIO DE OPERACI N DEL EQUIPO DE MEDICI N. 48

FIGURA 35. VARIACIN MXIMA DE LA RESISTENCIA DE TIERRA POR

DESPLAZAMIENTO DEL ELECTRODO AUXILIAR Y.

49

FIGURA 36. VARIACI N M NIMA DE LA RESISTENCIA DE TIERRA POR

DESPLAZAMIENTO DEL ELECTRODO AUXILIAR Y.

49

FIGURA 37. MEDICIN DE RESISTENCIA DE TIERRA POR EL MTODO DEL

62%.

50

FIGURA 38. MEDICI N DE RESISTENCIA DE TIERRA NO ADECUADA PORCERCANA DE LOS ELECTRODOS X Y Z.

51

FIGURA 39. MEDICIN DE RESISTENCIA DE TIERRA CORRECTA POR

SEPARACIN ADECUADA DE ELECTRODOS X Y Z.

52

FIGURA 40. MEDICI N DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO POR EL M TODO DE

WENNER.

55

FIGURA 41. DIRECCIONES RECOMENDADAS PARA MEDICIONES DE LA

RESISTIVIDAD DEL SUELO.

56

FIGURA 42. DISE O DE MALLA DE PUESTA A TIERRA REAL INSTALADO EN

LA SUBESTACIN DE POTENCIA TEOTIHUACN.

74

FIGURA 43. MALLA A SIMULAR DE LA SUBESTACIN DE POTENCIA

(TEOTIHUACN) CON EL SOFTWARE CYMGrd.

75

FIGURA 44. NIVELES DE UMBRAL DE GPR M XIMOS EN LA MALLA DE LA

FIGURA 41.

75

FIGURA 45. UMBRALES DEL MXIMO POTENCIAL A TIERRA EN LA

SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) DE LA FIGURA 41.

76

FIGURA 46. UMBRALES DEL M XIMO POTENCIAL A TIERRA EN LA

SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) VISTA EN 3D DE LA

FIGURA 41.

76

FIGURA 47. UMBRALES DEL MXIMO POTENCIAL A TIERRA EN LA

SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) VISTA EN 3D

77


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9

CASCADA DE LA FIGURA 41.

FIGURA 48. MALLA A SIMULAR DE LA SUBESTACI N DE POTENCIA

(TEOTIHUACN) CON EL SOFTWARE CYMGrd.

78

FIGURA 49. NIVELES DE UMBRAL DEL POTENCIAL DE TOQUE O CONTACTO

MXIMOS DE LA FIGURA 46.

78

FIGURA 50. UMBRALES DEL POTENCIAL DE TOQUE O CONTACTO

TOLERABLE PARA UNA PERSONA QUE AL MENOS TENGA UN

PESO CORPORAL DE 70 kg DE LA FIGURA 46.

79



PESO CORPORAL DE 70 kg VISTA EN 3D DE LA FIGURA 46.

80



PESO CORPORAL DE 70 kg VISTA EN 3D CASCADA DE LA FIGURA

46.

81

FIGURA 53. GRAFICA DE POTENCIALES DE CONTACTO EN LA MALLA VS

CONTACTO MXIMO ADMISIBLE, GPR EN LA MALLA VS

ELEVACIN DE POTENCIAL, POTENCIAL DE PASO EN LA MALLA

VS PASO MXIMO ADMISIBLE.

82

FIGURA 54. ELECTRODO UNIDIRECCIONAL. 84

FIGURA 55. REPRESENTACION EN EL ATPDraw DE UNA TORRE DE

TRANSMISIN.

89

FIGURA 56. CIRCUITO A SIMULAR CON EL SOFTWARE ATPDraw RESPUESTA

NO AMORTIGUADA.

90

FIGURA 57. GRAFICA DE TENSIN DE LA FIGURA 53 RESPUESTA NO

AMORTIGUADA.

91

FIGURA 58. GRAFICA DE CORRIENTE DE LA FIGURA 53 RESPUESTA NO

AMORTIGUADA.

91

FIGURA 59. CIRCUITO A SIMULAR CON EL SOFTWARE ATPDraw SUB-

AMORTIGUADO.

92

FIGURA 60. GRAFICA DE TENSI N DE LA FIGURA 56 RESPUESTA SUB-

AMORTIGUADA.

92


10/128



10

FIGURA 61. GRAFICA DE CORRIENTE DE LA FIGURA 56 RESPUESTA SUB-

AMORTIGUADA.

93

FIGURA 62. CIRCUITO A SIMULAR CON EL SOFTWARE ATPDraw SUBRE-

AMORTIGUADA.

93

FIGURA 63. GRAFICA DE TENSI N DE LA FIGURA 59 RESPUESTA SUBRE-

AMORTIGUADA.

94

FIGURA 64. GRAFICA DE CORRIENTE DE LA FIGURA 59 RESPUESTA SUBRE-

AMORTIGUADA.

94

FIGURA 65. CIRCUITO A SIMULAR CON EL SOFTWARE ATPDraw

CRITICAMENTE AMORTIGUADO.

95

FIGURA 66. GRAFICA DE TENSIN DE LA FIGURA 62 RESPUESTA

CRITICAMENTE AMORTIGUADA.

95

FIGURA 67. GRAFICA DE CORRIENTE DE LA FIGURA 62 RESPUESTA

CRITICAMENTE AMORTIGUADA.

96

FIGURA 68. ACOPLADOR DE ADMITANCIAS. 97

FIGURA 69. EJEMPLO DE ESQUEMA DE TIERRAS POR CONEXI N

DISTRIBUIDA.

98

FIGURA 70. TABLA DE IDENTIFICACI N DE LOS ELEMENTOS DE LA FIGUA 66. 98

FIGURA 71. CIRCUITO SIMULADO EN ATPDraw CON SISTEMASCONVENCIONALES DE PUESTA A TIERRA (VARILLAS

COPPERWELD).

100

FIGURA 72. FORMA DE ONDA DE IMPULSO POR RAYO 1.2s / 250s. 101

FIGURA 73. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO A.T DEL CTO 1. 101

FIGURA 74. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO ZnO_2. 102

FIGURA 75. TENSIN EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO x0010. 102

FIGURA 76. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO x0029 EN CTO 2. 103

FIGURA 77. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO x0012(HILO DE

GUARDA).

103

FIGURA 78. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 68 NODO x0017(MALLA). 104


11/128



11

FIGURA 79. CIRCUITO SIMULADO EN ATPDraw INSTALANDO EL ELECTRODO

UNIDIRECCIONAL.

105

FIGURA 80. TENSIN EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO A.T DEL CTO 1. 106

FIGURA 81. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO ZnO_2. 106

FIGURA 82. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO x0010. 107

FIGURA 83. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO x0029 EN CTO 2. 107

FIGURA 84. TENSI N EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO x0012(HILO DE

GUARDA).

108

FIGURA 85. TENSIN EN LAS FASES DE LA FIGURA 76 NODO x0017(MALLA). 108

FIGURA 86. DISE O DE LA MALLA A SIMULAR CON EL SOFTWARE CYMGrd. 112

FIGURA 87. NIVELES DE UMBRAL DE GPR M XIMOS EN LA MALLA DE LA

FIGURA 83.

113


SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) DE LA FIGURA 83.

114


SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) VISTA EN 3D DE LA

FIGURA 83.

114


SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN) VISTA EN 3D

CASCADA DE LA FIGURA 83.

115

FIGURA 91. NIVELES DE UMBRAL DEL POTENCIAL DE TOQUE O CONTACTO

MXIMOS DE LA FIGURA 83.

116



PESO CORPORAL DE 70 kg DE LA FIGURA 83.

116



PESO CORPORAL DE 70 kg VISTA EN 3D DE LA FIGURA 83.

117



PESO CORPORAL DE 70 kg VISTA EN 3D CASCADA DE LA FIGURA

117


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12

83.

FIGURA 95. GRAFICA DE POTENCIALES DE CONTACTO EN LA MALLA VS

CONTACTO MXIMO ADMISIBLE, GPR EN LA MALLA VS

ELEVACIN DE POTENCIAL, POTENCIAL DE PASO EN LA MALLA

VS PASO MXIMO ADMISIBLE.

118

INDICE DE TABLAS.

TABLA 01. VALORES DE RESISTENCIA A TIERRA PARA SUBESTACIONES. 16

TABLA 02. VALORES DE RESISTIVIDAD DE DIFERENTES TIPOS DE TERRENO. 25

TABLA 03. PORCENTAJE DE REDUCCI N DEL VALOR RESISTIVO EN

FUNCIN DEL TIPO DE CONFIGURACIN.

44

TABLA 04. ESPACIAMIENTO DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES. 53

TABLA 05. RESISTIVIDAD T PICA PARA MATERIALES USADOS EN

SUPERFICIES DE SUBESTACIONES.

59

TABLA 06. VALORES DE LA SOBRETENSIN POR CAUSA DEL RAYO QUE

CAY EN EL HILO DE GUARDA CON SISTEMAS DE TIERRA

CONVENCIONALES (VARILLA COPPERWELD).

109

TABLA 07. VALORES DE LA SOBRETENSI N POR CAUSA DEL RAYO QUE

CAY EN EL HILO DE GUARDA EL ELECTRODO UNIDIRECCIONAL.

110

TABLA 08. COMPARACI N DE RESULTADOS. 111

TABLA 09. COMPARACI N DE RESULTADOS DE LA SIMULACI N EN

CYMGrd.

119

TABLA 10. ELECTRODO UNIDIRECCIONAL VS SISTEMA CONVENCIONAL DE

P.A.T

120


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13

INTRODUCCIN.

En esta tesis hablaremos del diseo y proyecto de las instalaciones elctricasdestinadas al suministro o a la utilizacin de la energa elctrica, una de las

mayores preocupaciones de los ingenieros de diseo ha sido cmo conectar atierra los equipos elctricos de una manera segura, eficiente y apropiada.

Este problema existe en todos los campos de la Ingeniera Elctrica, desde lasbajas corrientes a tierra de los equipos electrnicos de estado slido, hasta lasaltas corrientes a tierra de las grandes subestaciones en alta tensin.

A causa de las altas corrientes de falla disponibles hoy en da, es esencial un buensistema de tierras en todas las partes del sistema elctrico, ya sea ensubestaciones, lneas de transmisin o distribucin o en equipos de baja tensin.

En las subestaciones elctricas, uno de los aspectos principales para la proteccincontra las sobretensiones, ya sean de origen interno o externo, es el de disponerde un adecuado sistema de tierras al cual se conecten los neutros de los equiposelctricos y todas aquellas partes metlicas que deben estar a potencial de tierra.

Hoy en da, existen diferentes elementos para mejorar los sistemas de puesta atierra como son:

Electrodos qumicos. Electrodos unidireccionales.

Compuestos qumicos.

En el cual, en nuestro trabajo analizaremos el comportamiento del electrodounidireccional al instalarlas en la malla de la subestacin de potencia(Teotihuacn) y simular con herramientas de software ante una descargaatmosfrica y corrientes de corto circuito.


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15

Por estas razones, se recomienda que se realicen las instalaciones de puestaa tierra porque la corriente siempre busca el camino ms fcil por dondepoder pasar, y al llegar a tierra se disipa por esta, esto si se tiene unaresistividad muy baja en el terreno donde se realiz la instalacin.

El objetivo de un sistema de puesta a tierra es:

El de brindar seguridad a las personas.

Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar ygarantizar la correcta operacin de los dispositivos de proteccin contrasobrecorriente y sobretensin elctrica.

Establecer la permanencia de un potencial de referencia, al estabilizarla tensin elctrica a tierra, bajo condiciones normales de operacin otransitorias.

Mejorar la calidad del servicio.

Disipar la corriente asociada a descargas atmosfricas y limitar lassobretensiones generadas.

Drenar las cargas estticas a tierra.

El smbolo de puesta a tierra que se muestra en la figura 1, es reconocidointernacionalmente:

FIGURA 1. SIMBOLO IEC NUMERO 5019.


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16

1.2.2.1. RESISTENCIA A TIERRA DE INSTALACIONES ELCTRICAS ENMEDIA Y ALTA TENSIN (TRANSFORMADORES).

De acuerdo a las normas mexicanas e internacionales de instalacioneselctricas nos indica que el cable que forme el permetro exterior del sistema,

debe ser continuo de manera que encierre el rea en que se encuentra elequipo de la subestacin.

En subestaciones tipo pedestal se requiere que el sistema de tierra quedeconfinado dentro del rea que proyecta el equipo sobre el suelo. ExcepcinEn las subestaciones tipo poste o pedestal se acepta como sistema de tierrala conexin del equipo a uno o ms electrodos. La resistencia total a tierra delsistema debe cumplir con los valores indicados en la tabla 01.

TABLA 01. VALORES DE RESISTENCIA A TIERRA PARA SUBESTACIONES(DATOS OBTENIDOS DE NORMA OFICIAL MEXICANA DE INSTALACIONES ELCTRICAS).

TENSIN ELCTRICA CAPACIDAD DEL TRANSFORMADOR VALOR DE RESISTENCIA

HASTA 34.5 kV HASTA 50 kVA 25

HASTA 34.5 kV MAYOR A 250 kVA 10

MAYOR 34.5 kV MAYOR A 250 kVA 5

1.2.3. TENSIN DE PASO Y CONTACTO.

El objetivo primordial del sistema de tierra es proteger al personal contraexposiciones peligrosas en contactos elctricos accidentales, fallastransitorias o permanentes.

Es importante resaltar que un valor bajo de la resistencia de un sistema detierra no es en s una garanta de seguridad para los sistemas de energaelctrica. La idea generalizada de que puede tocarse todo objeto conectado atierra es falsa, pues resulta evidente que esto ha sido causa de muchos

accidentes.Idealmente, el potencial entre el neutro de un sistema elctrico trifsico decorriente alterna y la tierra (suelo) debera ser cero. Bajo estas condiciones,las personas y los animales que accidental o intencionalmente establecencontacto con las estructuras metlicas directamente unidas al sistema deconexin a tierra estaran en condiciones de absoluta seguridad.Desafortunadamente, en la prctica la impedancia de un sistema de conexin


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17

MALLA DEL SISTEMA ELECTRICO

IF: CORRIENTE DE FALLA .

IT: CORRIENTE DE TIERRA.

IC: CORRIENTE POR CUERPO.

P: PIES.VP1-P2: TENSION DE PASO.

IF

IT

U

Z (SISTEMA)

P1 P2

VP1- P2

IC

a tierra es siempre un valor finito, lo que origina que siempre exista unadiferencia de potencial entre las estructuras directamente unidas al sistema deconexin a tierra y el suelo, particularmente en condiciones anormales otransitorias de operacin del sistema elctrico como las fallas a tierra o eldesbalanceo excesivo de corrientes en las fases, los cuales pueden originar

condiciones peligrosas para las personas o animales en funcin de lamagnitud de la diferencia de potencial entre las estructuras y el suelo, comose menciona a continuacin:

Para fines de clculo de las tensiones de paso y contacto, la gua Std 80-2000del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) recomienda utilizarun valor de 1000 para la resistencia del cuerpo humano.

Cuando una persona camina o tiene sus piernas separadas sobre la superficiedel suelo cercano al sistema de conexin a tierra y en ese momento se

experimenta una disipacin de corriente de falla en el sistema, la personaser sometida a una diferencia de potencial (VAB) resultante del gradiente depotencial que producir a su vez la circulacin de corriente a travs de suspiernas. La tensin producto de esa diferencia de potencial se conoce comoTensin de Paso (Ver Figura 2).

FIGURA 2. TENSIN DE PASO.

De donde, para asegurar la proteccin del personal dentro del rea de lainstalacin durante la ocurrencia de una falla, es necesario limitar estos

potenciales a valores normalizados, los cuales se han establecido a travsde experimentos.

Cuando una persona toque una estructura que se encuentre a una tensindiferente a la del suelo sobre el que est parado, ser sometida a unadiferencia de potencial que producir la circulacin de una corriente a travsde su cuerpo. La tensin producida de esta diferencia de potencial sedenomina Tensin de Contacto o Toque (Ver Figura 3).


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18

MALLA DEL SISTEMA ELECTRICO

IF: CORRIENTE DE FALLA.

IT: CORRIENTE DE TIERRA.

IC: CORRIENTE POR CUERPO.

RC: RESISTENCIA DE MANOS.M: MANOS.

P: PIES.

VMP: TENSION DE TOQUE.

VMP

IC

IF

IT

UM

RC

P

Z (SISTEMA)

FIGURA 3. TENSIN DE CONTACTO O TOQUE.

La circulacin de corriente a travs del cuerpo humano es muy peligrosa y loslmites tolerables han sido definidos en normas. En consecuencia, los

sistemas de conexin a tierra deben estar diseados para controlar lamagnitud de la corriente elctrica de falla que circular a travs de laspersonas como producto de las tensiones de paso y contacto, bajo distintascondiciones de operacin del sistema elctrico.

De las expresiones normalizadas de potenciales de paso y toque, el tiempo enque persista la falla determinar la magnitud del potencial seguro. Sinembargo, aunque en la actualidad se utilizan medios de interrupcin rpidos,se sugiere el de t = 0, 5 segundos (valor conservador).

1.2.4. PUESTA A TIERRA DE LAS PERSONAS.Cuando el personal labore en lugares donde puedan existir atmsferasInflamables es necesario que permanezca en todo momento conectado atierra por medio del uso de calzado y piso de alta conductividad. Tambin seutilizan los zapatos antiestticos; stos no son tan conductores para suponerun peligro serio cuando la persona toque accidentalmente algn equipo. Encualquier caso, es necesario medir la resistencia de puesta a tierra de losoperarios antes de que stos entren en una zona de riesgo.

Materiales como el papel, la lana y el algodn son hidrfilos y absorben aguade la atmsfera; cuando la humedad relativa ambiental es mayor de 40%favorece una ligera conduccin inica suficiente para atenuar los efectos delas cargas estticas. A su vez, los plsticos son materiales hidrfugos y elaumento de la humedad relativa influye muy poco en ellos, por lo cual unasolucin es aplicar un producto qumico antiesttico que se aplica a lasuperficie.


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1.2.5. TRAYECTORIA EFECTIVA PUESTA A TIERRA (ATERRIZADO).

La trayectoria a tierra de los circuitos, equipos y cubiertas metlicas deconductores deben ser:

Permanente y elctricamente continua.

De capacidad suficiente para conducir con seguridad cualquier corrienteelctrica que pueda producirse.

De una impedancia suficientemente baja como para limitar la tensinelctrica a tierra y facilitar el funcionamiento de los dispositivos deproteccin del circuito.

El terreno natural no se debe utilizar como el nico conductor otrayectoria de puesta a tierra del equipo.

Para lograr el potencial de referencia hay que conectar el sistema a travs delsecundario del transformador por medio de un conductor aterrizado, paraasociar la puesta a tierra con el neutro del transformador, conocido comoaterrizado del neutro, cuyo objetivo es reducir las tensiones anormales ycontrolar las corrientes de falla atierra, ya que un neutro sin aterrizarexperimenta tensiones disruptivas que se deben al desplazamiento del neutropor corrientes desbalanceadas.

Con lo anterior se mejora la regulacin y como consecuencia la regulacin delos equipos se vuelve ms eficiente, reducindose las perdidas por efecto

joule.

Una tierra fsica es la instalacin de puesta a tierra formada por una o variosconductores que conecta las partes metlicas de los equipos que no tienenpotencial (voltaje)con los electrodos de tierra en forma efectiva alcanzandovalores bajos a tierra, para permitir el paso de la corriente anormal quecirculara por las cubiertas metlicas.

A su vez, (las Normas Oficiales Mexicanas e internacionales de instalacioneselctricas).Indica que: "Los sistemas se conectan a tierra para limitar las

sobretensiones elctricas debidas a descargas atmosfricas, transitorios en lared o contacto accidental con lneas de alta tensin, y para estabilizar latensin elctrica a tierra durante su funcionamiento normal. Los equipos seconectan a tierra de modo que ofrezcan un camino de baja impedancia paralas corrientes elctricas de falla, y que faciliten el funcionamiento de losdispositivos de proteccin contra sobrecorriente en caso de falla a tierra.


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1.3. EFECTOS FISIOLGICOS EN EL CUERPO HUMANO.

Normalmente se piensa que el contacto directo con alta o media tensin puedeprovocar un shock ms severo que en baja tensin, y esto puede ser falso, yaque la intensidad de un shock depende directamente de la intensidad de

corriente en amperes que circula a travs del cuerpo y no tanto de la tensin ovoltaje aplicado; aunque est demostrado que cuando la tensin aumenta laresistencia elctrica el cuerpo humano tiende a disminuir hasta 1000 y parabajas tensiones puede alcanzar valores mayores. Esto explica por qu cuantoms elevado sea el voltaje, mas son los puntos de la piel que sufren perforacinelctrica, ya que el tejido humano posee caractersticas de tendencia negativa,es decir, la resistencia del cuerpo disminuye al aumentar la corriente y el tiempo decontacto.

En forma estricta, los efectos fisiolgicos de la electricidad en el cuerpo

humano dependen, adems de la corriente que lo atraviesa, del tiempo deduracin del contacto, la frecuencia y otros factores como son: sexo, edad, peso,altura, estado de nimo, callosidades en el punto de contacto, estado de laepidermis (seca, sudorosa o mojada), del punto de contacto de tierra (seco,hmedo o mojado), tipo de calzado (piel, hule, dielctrico, etc.).

Como ejemplo se tiene que en mujeres embarazadas, personas con presencia dealcohol en la sangre o estados depresivos se registran valores bajos deresistencia.

A frecuencias bajas la impedancia del cuerpo es esencialmente resistiva,mientras que a altas frecuencias se vuelve no lineal y presenta las caractersticasequivalentes a un circuito resistivo-capacitivo. Se ha demostrado que laresistencia del cuerpo humano se comporta linealmente hasta 100 Hz, sinembargo para valores como 50 000 Hz se puede reducir la impedancia a menos del50%.

Cuando una persona es afectada por un shock elctrico, es imposibledeterminar la intensidad de corriente que circul a travs de su cuerpo, sinembargo se ha podido establecer la relacin del rango de corriente y sus

consecuencias (Ver Figura 4).


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FIGURA 4. EFECTOS FISIOLGICOS EN EL SER HUMANO.

1.3.1. NIVELES DE INTENSIDAD DE CORRIENTE QUE SOPORTA ELCUERPO HUMANO.

En la grfica anterior se observa que en pequeos valores de corriente entre0,001 y 0,01 amperes el cuerpo los empieza a detectar por medio de unasensacin desagradable. De 0,01 amperes (10 miliamperes) hasta 0,1 amperes

(100 miliamperes) puede producir contracciones musculares dolorosas y hasta unshock severo. Ahora bien, si la corriente alcanza un valor entre 0,1 y 0,2amperes (200 miliamperes) puede ocurrir una fibrilacin ventricular del corazn(trepidacin no controlada de las paredes de los ventrculos) provocando la

MUERTE. Para valores mayores de 0,2 amperes las contracciones muscularesse hacen ms severas y el corazn es comprimido durante el shock,protegindolo de la fibrilacin ventricular, incrementndose las posibilidades desupervivencia.

Cuando se alcanzan rangos entre 4 y 9 miliamperes (9 mA), se conocen como

"corrientes para soltar o de desprendimiento", que en el hombre son de 9 mA yen Ia mujer hasta 6 mA; sin embargo estos valores toman importancia al relacionarloscon el tiempo.


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La Unin Internacional de Productores y Distribuidores de Energa Elctrica, harealizado estudios mdicos con objeto de determinar la "curva de peligrosidadde la corriente elctrica en el ser humano", basada en la ecuacin de lacorriente de desprendimiento Iden milamperes y en el tiempo de contacto, comosigue:

= +10

Las corrientes calculadas se grafican en funcin del tipo de sexo. As mismo, deacuerdo a la Gua de seguridad de aterrizado en subestaciones de la IEEE Std80-2000, la magnitud y duracin de una corriente de 50 60 Hz, que puede sertolerada por la mayora de la gente, est definida por la siguiente ecuacin, que es elresultado de los estudios del investigador C.F. Dalziel.

Donde:I= magnitud de la corriente (rcm) a travs del cuerpo humano.K = 0,116 para sexo femenino (50 kg prom.).K = 0,157 para sexo masculino (70 kg prom.).t= duracin de la corriente en segundos.

Donde la frmula es vlida para un rango de duracin de 0,03 a 3 segundos(180 ciclos), cuyos valores se pueden graficar (Ver Figura 5).

FIGURA 5. CURVA DE PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA.


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1.3.2. RECOMENDACIONES ANTE UNA DESCARGA ELCTRICA.

Si desafortunadamente llega a ocurrir un accidente elctrico es necesario cumplirlas siguientes recomendaciones antes de proporcionar los primeros auxilios:

Desconectar la alimentacin de energa de inmediato, por medio del interruptor oelemento de desconexin, siempre y cuando est visible, cercano, de fcilacceso y operacin segura. En caso contrario retire a la vctima del contactoelctrico, tan rpido como sea posible, sin arriesgar su propia seguridad por medio deun aislante seco (madera, plstico, cuero, tela de algodn, etc.), cerciorndose depisar una superficie seca, para poderle aplicar de inmediato los primerosauxilios.

1.3.3. PRIMEROS AUXILIOS.

Primero debe cerciorarse que el accidentado se encuentre aislado de la energaelctrica (conductor o equipo elctrico bajo tensin) para poder brindarle el auxiliocon rapidez, sin demora, pero con serenidad y evitar que el socorrista se afecte.

Posteriormente se debe examinar para comprobar que respire y tenga pulso; en casonecesario, deber aplicarse respiracin artificial de boca a boca o la resucitacincardiopulmonar, solicitando al mismo tiempo el auxilio mdico.


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2.1.2. COMPOSICIN PROPIA DEL TERRENO.

Es muy variable como se describe en la Tabla 02 con sus valores promedio deresistividad:

TABLA 02. VALORES DE RESISTIVIDAD DE DIFERENTES TIPOS DE TERRENO.

TIPO DE TERRENO RESISTIVIDAD (-m)

Terreno pantanoso Hasta 30Limo 20100Humus 10 -150Turba hmeda 5-100Arena arcillosa 50-500Arena de slice 200 -3000Suelo pedregoso cubierto 300-500

Suelo pedregoso 1500 -3000Calizas blandas 100-300Calizas compactas 1000 -5000Calizas agrietadas 5001000Pizarras 50-300Rocas de mica y cuarzo 800Granitos 1500 -10000Hormign 2000 -3000Grava 3000 -5000

Es muy necesario e importante conocer el valor directamente, a travs deun medidor de resistencia de tierra. Las mediciones deben efectuarse en variospuntos del predio.

2.2. TIPOS Y CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA.

Existe una variedad de electrodos que son utilizados para puesta a tierra, loscuales presentan ventajas unos con respecto de otros desde su instalacin,costo y mantenimiento.

En la instalacin de electrodos ha sido frecuente utilizar como registro un tubo dealbaal completo, pero no adecuado, ya que limita la disipacin de corriente en elterreno; por lo cual se debe recortar y utilizar nicamente una longitud entre 25 y 30 cmo construir directamente un pequeo registro cuadrangular que servir paraIdentificarlo rpidamente y revisar el punto de interconexin. Instalar cualquierelectrodo sin registro es aceptable slo cuando se hace directamente en un jardno se tenga la certeza de que no se afectar mecnicamente y se ubique confacilidad.


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2.2.1. TIPOS DE ELECTRODOS.

A continuacin se describen los electrodos ms comunes:

2.2.1.1. VARILLA COPPERWELD.

Es una varilla de acero recubierta de cobre, de 3,05 metros de longitud, deseccin circular de 16 mm (5/8) de dimetro. Las varillas de ma terial metlico no-ferroso o sus equivalentes deben tener un dimetro mnimo de 16mm. Esteelemento se debe instalar en posicin vertical (clavndola generalmente a basede golpes), de modo que se encuentre en contacto con la tierra en una longitudmnima de 2,4m.La norma acepta que un electrodo de este tipo se puedaenterrar en posicin horizontal en una zanja que tenga como mnimo 80cm deprofundidad aunque no es una prctica recomendable. Este tipo de electrodoes muy utilizado debido a su bajo costo de material y mano de obra, aunquetiene poca rea de contacto con el terreno, gracias a su longitud es muyprobable que se encuentre en contacto con capas de terreno hmedas, lo cualfavorece a la conductividad. (Normas Oficiales Mexicanas e internacionales deinstalaciones elctricas), (Ver Figura 6).

FIGURA 6. DETALLE DE INSTAL ACIN DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO VARILLA COPPERWELD.


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2.2.1.2. PICA O JABALINA.

Electrodo formado por un perfil de acero galvanizado en bao caliente, enforma de I, ngulo recto (L) o en Te (T). Este tipo de electrodo tiene mayor reade contacto con el terreno y por lo tanto no requiere de mayor longitud (Ver

figura 7).

0.2m

.

3.0

5m.

= 16 mm.

Minimo enterrado 2.4 m.

Tierra, arcilla o material quimico.

FIGURA 7. DETALLE DE INSTALACIN DE ELECTRODO DE TIERRA DE TIPO PICA O JABALINA.


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2.2.1.3. REHILETE.

Est formado por dos placas de cobre cruzadas, interconectadas y soldadas.Esteelectrodo es adecuado en terrenos donde escavar es un problema, como enterrenos con mucha piedra o tepetates que tienen la ventaja de tener una mayor

rea de contacto (Ver figura 8).

FIGURA 8. DETALL E DE INSTALACIN DE ELECTRODO TIPO REHILETE.


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Piso de concreto

Tapa removible

Cable desnudo

Union con SoldaduraExotermica

A= 2000mm2 (como minimo)

e

L=0.50mminimo

e = espesorPara:a) Espesor de placa hierro o acero 6.4 mm (como minimo)b) Espesor placa cobre = 1.52mm (como minimo)c) Material de aluminio no esta permitidp

2.2.1.4. PLACA.

Debe tener una rea mnima de 2000 cm2 (0.2 m2) en contacto con la tierra y unespesor mnimo de 6.4mm para materiales ferrosos y de 1.52mm para materialesno ferrosos puede ser otra solucin para terrenos de alta resistividad por su rea

de mayor magnitud (Ver Figura 9).

FIGURA 9. DETAL LE DE INSTALACIN DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO PLACA METLICA.


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Cable desnudo Union

como minimoCalibre 1/0 AWG

Union Soldable Cable de cobre desnudo

como minimoCalibre 1/0 AWG

2.2.1.5. ELECTRODO EN ESTRELLA.

Puede formarse con un cable de cobre desnudo cuyas ramificaciones debenconservar ngulos de 60. Este tipo de electrodo se elabora sobre todo en elcampo. Debido a la longitud del conductor favorece el logro de valores que

reducenla resistencia (Ver Figura 10).

FIGURA 10. ELECTRODO EN ESTRELL A.

2.2.1.6. ELECTRODO TIPO BUCLE.

Este electrodo es semejante al anterior, pero en este adicionalmente se unen laspuntas. Es un electrodo mejorado, por tener mayor longitud (Ver Figura 11).

FIGURA 11. ELECTRODO TIPO BUCLE.


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Cable desnudo

Varilla copperweld

Cable de cobre desnudo Union soldable oUnion con varilla

Esquina redondeada

2.2.1.7. ELECTRODO EN ANILLO.

Conductor determinado que forma una espira de cable de cobre desnudo deseccin transversal no menor a 33,6 mm2(2 AWG) y longitud no menor de 6m,en contacto directo con la tierra y a una profundidad no inferior a 80 cm.

Adems, se le pueden interconectar electrodos (generalmente varillas). (VerFigura 12).

FIGURA 12. ANILL OS INTERCONECTADOS CON VARILLA S.

2.2.1.8. TIPO MALLA.

Se forma armando una red de conductores de cobre, tipo cuadrcula, que sepuede complementar con electrodos. Este tipo de arreglo es uno de los ms

utilizados en las subestaciones elctricas por tender a reducir el gradiente depotencial, disminuyendo el potencial de paso (Ver Figura 13).

FIGURA 13. MALL A.


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Terminal de conexin

Cable de cobre desnudo

Tierra naturalcompactada

Bentonita omaterial quimico

1m

Canalizacin paraverter agua

2.2.1.9. PLACA TIPO ESTRELLA.

Est formada por una placa con varias puntas en su perfil que se interconecta atravs de una barra atornillable. Este electrodo favorece la disipacin de energaa travs de los vrtices o puntas (Ver Figura 14).

FIGURA 14. ELECTRODO DE TIERRA TIPO ESTRELLA .

2.2.1.10. ELECTRODO DE VARILLAS DE HIERRO O ACERO.

El conductor de tierra debe ser soldado y las varillas deben tener como mnimo16mm. Este tipo de electrodo es utilizado cuando se aprovechan las varillas deconstruccin de una edificacin.

2.2.1.11. ELECTRODO DE TUBO METLICO.

No debe tener un dimetro inferior a 19 mm y, si es de hierro o acero, debetener una superficie exterior galvanizada o revestida de cualquier otro metal que loproteja contra la corrosin. Esta tubera necesariamente debe estar directamenteenterrada por lo menos 3 metros. Podr ser tubera conduit o tubera dealimentacin de agua (Normas Oficiales Mexicanas e internacionales deinstalaciones elctricas).Sin embargo no es muy recomendable, debido a que con el


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Cable desnudo de tierra

Tapa removible

Piso de concreto

recortado (registro)Tubo de albaal

Superficie exterior(diametro minimo)Tubo conduit = 19mm

protegida contragalvanizada o

corrosion

material quimicoTierra, arcilla o

(conexion de cables)Barra de cobre

para tierraCable de cobre forrado

(cuando sea requerido)

minimo= 8 AWG cobreCable desnudo calibre

6 AWG aluminio

L=2.40m

(minimo enterrado)

paso del tiempo se puede modificar al cortarse, encerarse, intercalar conectoresaislantes, desconectarse, etc. (Ver Figura 15).

FIGURA 15. DETALLE DE INSTAL ACIN DE ELECTRODO DE TIERRA TIPO TUBERA O TUBO

(CONDUIT).

2.2.1.12. ELECTRODO EMPOTRADO EN CONCRETO.

Este electrodo debe estar empotrado en concreto como mnimo 5cm,localizado en y cerca del fondo de una cimentacin o zapata que est encontacto directo con la tierra y que consta de 6m como mnimo, de una o msvarillas de acero desnudo o galvanizado o revestido de cualquier otro recubrimiento

elctricamente conductor de no menos de 16mm de dimetro (NormasOficialesMexicanas e internacionales de instalaciones elctricas).

2.2.1.13. ELECTRODO DE ALUMINIO.

No est permitido el uso de electrodos de aluminio, debido a la corrosin que seproduce al estar en contacto directo con la tierra (Normas Oficiales Mexicanase internacionales de instalaciones electicas).


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Soldadura exotermica

Cable de conexion Cable de conexion

en linea rectaa) Cable desnudo

en angulo rectob) Cable desnudo



en estrella de 3 ladosc) Cable desnudo

en cruzd) Cable desnudo



en estrella de 6 ladose) Cable desnudo

en estrella de 8 ladosf) Cable desnudo

2.2.1.14. ELECTRODO HORIZONTAL O CONTRAANTENA.

Consiste en instalar un conductor de cobre desnudo de gran longitud,enterrado en forma horizontal y a una profundidad entre 50 y 100 cm, dediferentes configuraciones, siendo los ms utilizados la lnea recta, el ngulo recto,

estrella de tres lados, en cruz y en estrella de 5 ms lados (Ver Figura 16).

Este tipo de electrodo presenta la desventaja de requerir una canalizacin oexcavacin muy costosa; sin embargo se aprovecha cuando se abren zanjaspara instalar el sistema de distribucin de agua potable o drenaje.

FIGURA 16. CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS HORIZONTALES

O CONTRA-ANTENA.

2.2.1.15. ELECTRODO PROFUNDO.

Est formado por un conductor de cobre desnudo de baja impedancia (calibre4/0) en cuyo extremo se conecta una varilla copperweld. Se instala enperforaciones verticales profundas en zonas de roca volcnica, hasta que seencuentra el nivel fritico o las capas de baja resistividad por incremento de

humedad (Ver Figura 17).


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Soldadura exotermicaConductor de tierra cobre

no homogeneasEstratos de capas

Terreno humedo

Varilla coperweld 3 m Relleno quimico o tierra

Union soldable

Cable desnudo

FIGURA 17. ELECTRODO PROFUNDO DE TIERRA.

2.2.1.16. ELECTRODO EN ESPIRAL.

Consiste en enterrar un cable en espiral o circular con diferentes dimetros envarios, niveles para las diferentes capas (Ver Figura 18).

FIGURA 18. ELECTRODO CIRCULA R MLTIPLE.


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Tierra natural compactada

Tierra

Material quimico


40cm

5cm

2.5cm

10 cm

2.2.1.17. ELECTRODOS QUMICOS.

Se denominan porque al electrodo seleccionado se le agrega algn material demayor conductividad que el terreno para reducir la resistividad y facilitar ladispersin de la corriente inducida, de falla o defecto (Ver Figuras 19 a 25).

Prefabricados. Existen varios tipos, unos estn formados por tubos de cobrede corta dimensin (40 cm de longitud y 6 cm de dimetro) con pequeasperforaciones que permiten el escape del material qumico contenido en suinterior. Otros constan de un elemento como cinta de cobre con forma helicoidalrodeada por un material qumico compacto de corta longitud, para que requierapoca profundidad de excavacin.

Electrodos instalados en campo. stos estn formados por electrodos de

cualquier tipo, los cuales utilizan como material de relleno algn materialqumico (gel, sulfatos de sodio o cobre, silicatos, etc.), alguna arcilla especficacomo la bentonita, yeso, carbn mineral finamente triturado (coque), etc.

La ventaja de este tipo de electrodos es que se puede obtener resultadosfavorables de inmediato, pero requieren ser vigilados o monitoreados cadasemestre para garantizar que se encuentren en buenas condiciones para el logrode su efectividad, por lo tanto se les tiene que dar mantenimiento con mayorfrecuencia (limpieza y agregado de material qumico).

FIGURA 19. ELECTRODO HORIZONTAL CON PRODUCTO QUMICO COLOCADO EN ZANJA.


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Registro

Tierra compactada

Material quimico

Varilla o electrodo de tierra

Tierra compactada

Material quimico

2.40 m (como minimo)


Compuesto quimico

Punta de acero

Contenedor (tubo de cobre)

recubierta de cobre

FIGURA 20. EL ECTRODO DE TIERRA CON PRODUCTO QUMICO COLOCADO EN ZANJA

ALREDEDOR DE VARILLA.

FIGURA 21. ELECTRODO QUMICO.


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Cemento

Terreno natural

Tubo de cobre

Registro con tapa

Orificios de aire


Conductor de tierra

Orificios de drenado

Cemento

Terreno natural

Tubo de cobre

Registro con tapa

Orificios de aire


Conductor de tierra


FIGURA 22. ELECTRODO DE TIERRA TIPO L CON RELLENO QUMICO.

FIGURA 23. ELECTRODO DE TIERRA TIPO I CON RELLENO QUMICO.


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Cemento

Terreno natural

Tubo de cobre

Registro con tapa

Orificios de aire


Conductor de tierra


Cable de cobre

Material quimico

Cinta de cobre

FIGURA 24. ELECTRODO DE TIERRA TIPO T" CON RELLENO QUMICO.

FIGURA 25. ELECTRODO QUMICO COMPACTADO.


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Piedra braza

Varilla copperweld

Conector

4 AWG de 7-10 v

interior del poste

Soldadura copperweld

Bentonitaconagua

Tierra vegetal

Cable copperweld

Cable de tierra en el

0.60 m0.80 m

1.20m

1.5m

0.30m

0.15m

3.05m

2.2.1.18. ELECTRODO SOLENOIDEVARILLA.

Este tipo de electrodo est formado por un solenoide de 7 a 10 espiras de 60cmde dimetro, de alambre copperweld de calibre No. 4 AWG (21,15 mm 2) elcual se interconecta con una varilla copperweld por medio de una soldadura

cadweld, que es clavada en el centro de la bobina, rellenndose el pozo conbentonita y tierra, como se muestra en la Figura 26.

FIGURA 26. ELEC TRODO DE TIERRA TIPO SOLENOIDE- VARILLA .

2.2.1.19. SISTEMA DE TUBERIAS SUBTERRNEAS DE GAS.

No se debe usar como electrodo de puesta a tierra un sistema de tuberametlica de gas (Normas Oficiales Mexicanas e internacionales deinstalaciones elctricas).

Sin embargo esta disposicin no contra viene que las tuberas de gas puedanser interconectadas al sistema de tierra.


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Electrodo o varilla de tierra

puesta a tierra

material quimico

Terminal de conexionde puesta a tierra

Tierra compactada o

Cable desnudo de

3.05m

2.2.2. CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS.

De los electros mencionados con anterioridad el ms usado es la varillacopperweld (barra de acero recubierta de cobre de 3.05m de longitud) debidoa su bajo costo y su fcil instalacin (a base de golpes). Su objeto es estar en

contacto con estratos hmedos, de tal forma que debe clavarse en formavertical a una longitud mnima de 2.4m. Si no se logra obtener el valoradecuado de resistencia de tierra, se pueden multiplicar los elementosdispuestos en diferentes configuraciones, espaciados a una distancia que porlo menos iguale la longitud del electrodo (generalmente 3m) y conectadosentre s con un conductor de cobre desnudo. Los arreglos ms comunes semuestran en las figuras 27 a 31.

FIGURA 27. PUESTA A TIERRA O A TERRIZAMIENTO DE EQUIPO.


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copperweldVarilla

desnudoCable

copperweldVarilla

0.20m

(minimo)

3.05m

3m(minimo)


puesta a tierra

material quimicoTierra compactada o

Cable desnudo de

3.05m


Conexion delta

bajo tierraCable de cobre desnudo

FIGURA 28. INTERCONEXIN DE DOS VARILL AS DE TIERRA.

FIGURA 29. INSTALA CIN DE TRES VAR ILLA S DE TIERRA EN CONEXIN DELTA .


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Registrode tierra

del sistema o sistemasBarrera de conexion

de tierras

de tierraCable desnudo

Cable desnudo Cable desnudo Cable desnudo

recortado (registro)Tubo de albaal

0.50 m0.25m

3.05m

3m3m3m

Varillascopperweld

Varillascopperweld

Taparemovible


puesta a tierra

material quimicoTierra compactada o

Cable desnudo de

3.05m


bajo tierraCable de cobre desnudo

3 m

0.50m

FIGURA 30. INSTAL ACIN DE 3 O 4 VARIL LA S EN LNEA .

FIGURA 31. INSTALACIN DE 4 VARILLAS DE TIERRA ELCTRICAMENTE EN PARALELO.


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Dos o ms electrodos de tierra elctricamente unidos entre s se debenconsiderar un solo electrodo.

las Normas Oficiales Mexicanas e internacionales de instalaciones elctricasespecifica que la distancia mnima de separacin entre electrodos debe ser de

1.83m (6 pies) entre s; sin embargo, indica que aumenta su eficiencia si sesepara mas la distancia.

Es importante sealar que despus de conocer el valor de resistencia detierra a travs de la medicin efectuada en el terreno se puedeseleccionar el arreglo para la obtencin del valor deseado, a sabiendasde que duplicar el nmero de electrodos no reduce en formaproporcional el valor de la resistencia, pero si se aproxima a los valoresde la Tabla 03.

TABLA03. PORCENTAJE DE REDUCCIN DEL VALOR RESISTIVO ENFUNCIN DEL TIPO DE CONFIGURACIN DE ELECTRODOS.

NUMERO DE

ELECTRODO

VALOR

ORIGINAL

EL VALOR ORIGINAL SE

REDUCE AL

Un s o l o e l e c t r od o 100 % _

Dos electrodos en lnea _ 55 %

Tres electrodos en triangulo _ 38%

Tres electrodos en lnea _ 35%

Cuatro electrodos en simetra _ 28%

Ocho electrodos en simetra _ 16%

Como se observa, se obtienen mejores resultados al instalar 3 electrodosen lnea que en tringulo y adems se utiliza menos cable en suinterconexin, por lo cual solamente se recomienda el arreglo deltringulo cuando no se tiene el suficiente espacio (6 m de longitud). (Ver

Figura 32).


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Dos electrodos en paralelo reducen

al 55% la resistencia en uno

Tres electrodos en linea recta

reducen al 35 %

Tres electrodos en delta

reducen al 38 %

Cuatro electrodos en cuadro

reducen al 28 %

Ocho electrodos en cuadro

reducen al 17 %

Ocho electrodos en circulo

reducen al 16 %

I . I I I

IFIG UR A 32 . CONFIGURACIN DE ELECTRODOS TIPO VARILL A COPPERWELD.

2.2.3. COMPUESTOS QUMICOS.

Si ante cualquier caso no se logra reducir la resistencia al valor deseado sepodr utilizar una maya o electrodos combinados por materiales diferentescomo bentonita (arcilla), gel (solucin salina), resinas sintticas, mezclasqumicas especiales formados a base de sulfato de sodio, sulfato de cobre,sulfato de magnesio, cloruro de calcio, silicatos, carbn mineral tipo coke, grafito,yeso, que se colocan alrededor de los conductores enterrados o electrodosutilizados.

2.3. MEDICIN DE LA RESTIVIDAD DEL TERRENO Y RESISTENCIADE LA TIERRA.

La determinacin de la resistividad debe obtenerse a travs de medicionesdirectas en diferentes puntos del terreno para establecer la representatividad delsuelo a travs de un modelo homogneo o un modelo estratificado, que tiene

por objeto determinar el grado de oposicin al paso de la corriente elctricao disipacin de energa y estar en condiciones de disear el sistema depuesta a tierra adecuado a las necesidades, que posteriormente sercomprobado a travs de la medicin de la resistencia total a tierra del propio sistema.


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46

2.3.1. MEDICIONES.

Para realizar la medicin de la resistividad se utiliza un medidor conocidocomo Megger de tierra, tambin mal llamado terrometro o simplemente medidorde resistencia de tierra, que existe bsicamente en dos tipos, analgico y digital

del mismo existen varias versiones que dependen de la configuracin de tres ocuatro electrodos.

En trminos generales, la impedancia de una toma de tierra, el efecto inductivo ycapacitivo son prcticamente nulos, por lo cual se reduce nicamente a unefecto resistivo, salvo que el conductor enterrado sea de gran longitud o elconductor se instale sobre roca de resistividad extremadamente elevada o paradescargas con frente de ondas de corriente muy escarpados.

Los electrodos auxiliares de los equipos de medicin permiten la inyeccin de

corriente en la toma de tierra y la medida de la elevacin del potencial queexperimenta. Con estos datos se determina por Ley de Ohm el valor de laresistencia del electrodo o malla.

2.3.1.1. RESISTENCIA DEL ELECTRODO DE TIERRA.

La figura 33 muestra una varilla de tierra, donde la resistencia del electrodotiene los siguientes componentes:

a) La resistencia del propio metal y su conexin.b) La resistencia del rea de contacto de la tierra circundante al electrodo.

c) La resistencia en la tierra circundante para el flujo de corriente o resistividad delterreno que frecuentemente es el factor ms significativo.

FI GU RA 33 . VARILLA METLICA COMO ELECTRODO DE TIERRA.


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2.3.2. PRECAUCIONES CON EL SISTEMA DE TIERRA BAJO TENSIN.

Cuando se vaya a medir la resistencia de tierra de un electrodo se recomienda:

a) Investigar con un ampermetro de gancho la presencia o ausencia de corriente

elctrica en el conductor de tierra.

Si existe corriente en el conductor de tierra se considera como un sistema de tierrabajo tensin. Aquella corriente que proviene de la fuente de alimentacin principal sedebe a una conexin errnea, una mala instalacin o una condicin de falla.

b) Desconectar o interrumpir la energa del sistema o equipo.

c) Desconectar o aislar el electrodo del resto del sistema.

d) En instalaciones donde no sea factible interrumpir el servicio de energa elctrica,

duplique o instale otro electrodo de tierra (instalacin en paralelo) de tal maneraque al desconectar el primero para efectuar la medicin, el segundo sirva comomedio de proteccin o referencia del circuito.

e) Que las personas autorizadas para realizar los trabajos deben estarcapacitadas adecuadamente y ser competentes en los procedimientos deaislamientos y de seguridad del sistema en que estn trabajando. Dichapersona debe tener en claro que donde exista la posibilidad de trabajar conconductores de tierra bajo tensin, no se debe tocar el electrodo de tierra, ni las picaso electrodos auxiliares del equipo de prueba, ni las terminales del medidor.

f) Utilizar durante el proceso de medicin guantes aislantes y zapatos consuela de hule que sean apropiados para este tipo de labores y pararse sobreuna tarima aislante o tapete de hule.

2.3.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MEDIDOR DERESISTENCIA DE TIERRA (POR EL MTO DO DE CA DA DEPOTENCIAL O DE LOS 3 PUNTOS).

La mayora de los instrumentos de equipos de medicin de resistencia de

tierra usan el principio de cada de potencial de circulacin de corrientealterna entre un electrodo auxiliar y el electrodo bajo prueba, la lectura se da enohms y representa la resistencia del electrodo de tierra alrededor de la tierra.

La diferencia de potencial entre dos varillas x" y "Y" es medido por unvoltmetro, y la corriente que fluye entre las varillas "X" y Z p or un ampermetro(Ver Figura 34).


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a

v

i

FIGURA 3 4. PRINCIPIO DE OPERA CIN DEL EQUIPO DE M EDICIN.

2.3.3.1. POSICIN DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES PARA LA MEDICIN.

Los electrodos del equipo de medicin de resistencia de tierra se deben clavar enel terreno en forma colineal a partir del electrodo de prueba o a partir delpermetro del rea del sistema, placa o malla en forma radial o perpendicular.

El mejor camino para encontrar la medicin correcta ser cuando la varillaauxiliar de potencial "Y" est fuera de las reas de resistencia efectiva almoverse entre los puntos "X" y "Z", tomando las lecturas correspondientes. Si la

varilla auxiliar de potencial "Y" se encuentra en un rea de resistenciaefectiva, por desplazamiento de esta ltima se pueden tener valores que varannotablemente. Bajo estas condiciones los valores de resistencia de tierramedidos no son muy exactos (Ver Figura 35).


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FIGURA 35. VARIACIN MXIMA DE LA RESISTENCIA DE TIERRA POR DESPLA ZAMIENTO DEL

ELECTRODO AUXILIAR Y.

Por otro lado, y de acuerdo con la Figura 36, si la varilla auxiliar de potencial Yest localizada fuera de las reas de resistencia efectiva, como "Y" es movidahacia atrsy hacia delante la variacin de las lecturas son mnimas. Las lecturasdeben ser trazadas para asegurar que grafique una regin de valor constante. La

regin esfrecuentemente referida como el 62% del rea.

FIGURA 36. VAR IACIN MNIMA DE LA RESISTENC IA DE TIERRA POR DESPL AZAMIENTO DEL

ELECTRODO AUXILIAR Y.


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2.3.3.2. MEDICIONES DE RESISTENCIA DEL ELECTRODO DE TIERRA DEACUERDO AL MTODO DEL 62%.

El mtodo del 62% ha sido adoptado despus de la consideracin grfica. Es almtodo ms preciso o exacto, pero est limitado por el hecho de que es una sola

medicin.Este mtodo se aplica slo cuando los tres electrodos estn en lnea recta y sedesea medir la resistencia de un electrodo individual como: varilla, tubo o placa,etc. (Ver Figura 37).

MEDIDOR DE RESISTENCIA DE TIERRA (PUENTEADO X-X1).

FIGURA 37. MEDICIN DE RESISTENCIA DE TIERRA POR EL MTODO DEL 62%.


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En la Figura 38, se muestran las reas de resistencia efectivas (zonasconcntricas) del electrodo de tierra "X" y del electrodo auxiliar de corriente "Z", ascomo las reas traslapadas de resistencia. Si las lecturas fueron tomadas por eldesplazamiento del electrodo auxiliar de potencial "Y" hacia cualquiera de loselectrodos "X" o "Z", las diferenciales de lecturas sern grandes. En las reas

sensibles traslapadas constantemente se incrementa el valor de la resistenciaconforme el electrodo "Y" se desplaza alejndose del electrodo "X".

FIGURA 38. MEDICIN DE RESISTENCIA DE TIERRA NO ADECUADA POR CERCA NA DE LO S

ELECTRODOS "X" Y "Z " .

Si se considera la Figura 39, donde los electrodos "X" y "Z" estnsuficientemente espaciados como para que las reas de resistencia efectivasno se traslapen. Si graficamos los valores de la resistencia medida, se encontrarque las mediciones se estabilizan cuando "Y" est situado al 62% de la distancia de"X" a Z. Ia tolerancia de la banda est definida por el usuario y se expresacomo un porcentaje de la lectura inicial: 2%, 5%, 10%, etc.


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FIGURA 39. MEDICIN DE RESISTENCIA DE TIERRA CORRECTA POR SEPARACIN ADECUADA DE

ELECTRODOS "X" Y " Z".

2.3.3.3. ESPACIAMIENTO DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES.

la distancia no definida entre "X" y "Z" puede ser dada, ya que esta distancia esrelativa al dimetro del electrodo medido, su longitud, la homogeneidad de latierra probada, y particularmente las reas de resistencia efectiva. Sin embargo,una distancia aproximada puede ser determinada en la Tabla 04, que est dadapara una tierra homognea y un electrodo de 25,4 mm (1) de dimetro.

Para un dimetro de 16 mm (1/2) la distancia se reduce un 10%; para un

dimetro de 50,8 mm (2 ) se incrementa la distancia en un 10%.


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TABLA 04.ESPACIAMIENTO DE LOS ELECTRODOS AUXILIARES.

2.3.4. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO POR EL

MTODO DE LOS CUATRO PUNTOS.Este se conoce como el mtodo de Wenner debido a la teora desarrollada porFrank Wenner.

La medicin de la resistividad del terreno tiene un triple propsito:

a) Datos semejantes son usados para hacer mediciones de superficiesgeofsicas como un apoyo en la identificacin o localizacin de minerales.

b) La resistividad tiene un impacto directo sobre el grado de corrosin en

tuberas subterrneas.c) La resistividad del terreno afecta directamente el diseo del sistema detierra.

Cuando se disea un sistema de tierra extenso es aconsejable localizar el rea demnima resistividad del terreno para lograr la instalacin del sistema de tierrams econmica.

DISTANCIANCIA APROXIMADA PARAELECTRODOS AUXILIARES USANDO EL

METODO DEL 62%

PROFUNDIDAD DISTANCIA AY

DISTANCIA AZ

1.8 m 13.7 m 21.9 m

2.4 m 15.2 m 24.3 m

3.0 m 16.7 m 26.8 m

3.6 m 18.3 m 30.5 m5.4 m 21.6 m 35.0 m

6.0 m 22.5 m 36.5 m

9.1 m 26.2 m 42.7 m


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Las mediciones de la resistividad ms comunes son de dos tipos, el mtodo de lostres puntos y el mtodo de cuatro puntos. El segundo mtodo es el msadecuado y se efecta de acuerdo con la Figura 40.

Como el nombre indica, requiere de la insercin de cuatro varillas igualmente

espaciadas en lnea. Se inyecta una corriente de baja frecuencia o corrientedesde un generador de corriente continua que circula entre los electrodos msalejados o extremos. La cada de potencial (una funcin de la resistencia) esentonces medida entre dos electrodos cercanos. A su vez el medidordetermina directamente la lectura de la resistencia, que al ser sustituida en laexpresin siguiente se puede calcular el valor de la resistividad () terreno.

=4

1 + 2

(2 + 42)

(2 + 2)

Cuando la distancia a no es muy grande en comparacin con la longitud "b" sereduce la expresin a:

=4

Si a = 2 b entonces N = 1.5198




En cambio, si la distancia entre los electrodos "a" es igual o mayor a 20 veces la

longitud de enterrado del electrodo, se reduce la expresin a:

Si a>20 b:

= 2aR


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i

v

A

i

i

ii

ii

=191,5 a R (donde a" est en pies).

= es el valor de la resistividad promedio del terreno a una profundidadequivalente.

FIGURA 40. MED ICIN DE LA RESISTIVIDA D DEL SUELO POR EL MTODO DE WENNER.

Para obtener el valor ms representativo del rea a analizarse se determinauna superficie rectangular de longitud "L" y ancho "A" y se efectan lasmediciones ubicando el medidor en el centro del rea y clavando yespaciando las varillas cada 2m, despus cada 3m, luego cada 4m,posteriormente cada 5m y as sucesivamente en las cuatro direccionesindicadas en la Figura 41, hasta cubrir el 150% de la longitud, ya que el mtodoexige que se efecten 4 mediciones con diferentes distancias sobre la mismatrayectoria, que al ser graficadas distancia contra resistividad, se determina siel suelo es homogneo (curvas semejantes y con tendencia plana) o heterogneo(curvas diferentes).


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Para obtener el promedio se recomienda hacer la medicin a 4m entreelectrodos con diferentes direcciones y obtener el promedio. Estos valores son laresistividad promedio de terreno.

FIGURA 41. DIRECCIONES RECOMENDADAS PARA MEDICIONES DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO.


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CAPITULO III. ANLISIS DE LA MALLA DE UN SISTEMA DEPUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACIN DE POTENCIA

(TEOTIHUACN) PARA SU MEJORAMIENTO.

3.1. ANLISIS DEL DISEO DE PUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACIN DEPOTENCIA.

3.1.1. PROCEDIMIENTOS PARA DISEAR UN SISTEMACONVENCIONAL DE PUESTA A TIERRA (TIPO MALLA).

Un sistema adecuado de puesta a tierra debe tener una resistencia detierra tan baja como sea posible. En realidad es virtualmente imposiblemantener los potenciales de tierra dentro de las tolerancias de

seguridad cuando las corrientes de falla son muy intensas.

Generalmente el sistema de tierra industrial consiste en una malla,conformada por retculas o mallas pequeas rectangulares ocuadradas, y conductores de tierra instalados en forma horizontal, lomismo que electrodos de tierra ubicados a ciertas distancias entre s.Los electrodos tipo varilla pueden usarse o no, lo que depender deldiseo de la malla de tierra.

Lo ms importante es que por razones de seguridad todas lasestructuras metlicas y cubiertas del equipo, incluyendo las rejasmetlicas ubicadas en reas de trabajo, se deben conectar a la mallade tierra.

Las normas indican que el diseo de una red o malla de tierra debetener presente los potenciales de paso y de contacto para brindarproteccin a las personas. Los clculos de la malla de tierra y susprocedimientos en este captulo estn de acuerdo con la IEEE Std 80-

2000.


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Antes de emprender el diseo es necesario efectuar un anlis isgeneral del rea y del cubrimiento de la malla. Un diseo preliminarincluir la longitud y el calibre del conductor que se extiende alrededorde la periferia del rea, ms los conductores en paralelo para brindaracceso a la conexin de equipos.

En base a la IEEE Std 80-2000 supone que todo diseo corresponde auna malla horizontal en forma de retcula conformada por conductoresenterrados y complementada por cierto nmero de varillas verticales.

3.1.2. CRITERIOS PARA LA CONSTRUCCIN DE MALLASCONECTADAS A TIERRA.

I. Es necesario realizar pruebas de resistividad para la condicin de

terreno seco antes de disear o analizar una malla conectada a tierra.

II. Toda malla nueva se debe de construir a una profundidad mnimade 0.5 metros.

III. Las mallas se disean para fallas a baja frecuencia. No seconsideran fallas de alta frecuencia como descargas atmosfricas parael diseo de las mallas.

IV. La malla se disea para ser capaz de disipar el 100% de la

corriente de falla trifsica o de lnea a tierra, la que resulte mayor.

V. La malla debe cubrir toda el rea de la subestacin y extenderse unmetro hacia afuera de la verja.

VI. La gravilla de diseo de la malla tiene que cumplir con lossiguientes requisitos:

a) El valor de resistividad mnimo permitido de la superficie de lasubestacin es de 1300 ohm-metros para condicin hmeda que se

usara para el cmputo del anlisis de la malla, con excepcin de loscasos donde se realicen pruebas para determinar la resistividad (Deacuerdo a la IEEE Std 80-2000).


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TABLA 05. RESISTIVIDAD TIPICA PARA MATERIALES USADOS ENSUPERFICIES DE SUBESTACIONES (DE ACUERDO A LA IEEE STD 80 -2000).

NmeroDescripcin del material Resistividad de la muestra -m.

de superficie Seco. Hmedo1 Granito 140x10

1300(agua superficial 45-m)

2Granito molido 1.5 pulg.

(0.04)m.4000

1200(agua llovida 100W)

3Granito molido 0.75-1 pulg.

(0.02-0.025)m.6513(10min. Despus dedrenar agua a 45 -m)

4Granito limpio 1-2 pulg.

(0.025-0.05)m.

1.5x10a

4.5x10

5000(agua de lluvia a100 -m)

5 Granito limpio 2-4 pulg.(0.05-0.1)m.

2.6x10a 3x10

10000(agua de lluvia a100 -m)

6 Piedra caliza. 7x102000-3000(agua

superficial 45 -m)

7Granito limpio similar a lagrava 0.75 pulg. (0.02)m.

2x10 10000

8 Granito lavado 10x10 5000

9Granito lavado #57 0.75

pulg. (0.02)m.190x10

800(agua superficial 45-m)

10 Asfalto. 2x10a30x10

10000 a 6x10

11 Concreto.1x10a30x10

21 a 100

VII. Aun cuando se especifican 6 de gravilla en los planos deconstruccin, se requiere utilizar 4 como el valor de diseo o de

anlisis para compensar por la compactacin natural de la gravilla ylas variaciones que ocurren al depositarlas en la subestacin.


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3.1.3. DATOS DE REFERENCIA DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA DEUNA SUBESTACIN DE POTENCIA (TEOTIHUACN).

Los parmetros, diseo y clculos de la malla se tomaron del Manual De DiseoDe Subestaciones Elctricas captulo 5 de Luz Y Fuerza Del Centro (Subdireccin

De Planeacin Estratgica). La red de tierras se construy en un rea de 385metros de longitud y 245 metros de ancho.

Se considerar para los clculos una corriente de 29170 Amperes simtricos.

Datos para el clculo.

Corriente de falla: 29170 A

Resistividad del terreno: 45 -m

Resistividad superficial (Grava triturada): 3000 -m

Profundidad de la red: 0.5 m.

Espesor de la capa de grava: 0.10 m.

Longitud de red: 385 m.

Ancho de red: 245 m.

rea de la red: 94,325 m

2.

Tiempo de duracin de la falla: 0.2 seg.

Relacin X/R en acometida: 7.40

Longitud de varillas: 3.0 m.

Dimetro de varillas: 0.0159

Factor de proyeccin a futuro (CP): 1.6


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Diseo de la red .

Clculo de la seccin del conductor de la red:

Constante de tiempo subtransitoria equivalente:

Ta= Constante de tiempo subtransitoria en segundos.

X/R = Relacion X/R del sistema.

segTa 0196.0120

40.7

Tiempo de duracin de la falla (t f):ciclos)(12segtf 2.0

Del siguiente rango la seleccin de t fdeber corresponder a un menor tiempo deliberacin de falla en subestaciones de transmisin y para subestaciones dedistribucin. Se recomiendan entre 0.25 a 1 segundo. Un valor usual es 0.5segundos.

Clculo del factor de decremento (Df):

Es un factor de ajuste que se usa conjuntamente con los parmetros de lacorriente simtrica de falla a tierra en los clculos de aterrizaje orientados conseguridad. Determina el equivalente rms de la onda de corriente asimtrica parauna duracin de falla dada, tf. A su vez, el factor de decremento para el tiempo deduracin de la falla (tf), que est en funcin del valor de la relacin de reactancia(X) y de resistencia (R) en el punto de falla. Si el tiempo de duracin de lacorriente es mayor o igual a 1 segundo, o la relacin X/R en el punto delocalizacin de la falla es menor que 5, el factor de decremento puededespreciarse, es decir Df = 1.

*120

/RXTa

af

f

af

Tt

et

TD

2

11


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ANLISIS DE LA MALLA DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIER

tesis_analisis de la malla de un s.p.a.t.de una s.e. de potencia(teotihuacan)para su mejoramiento

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