Taller de ETAPMdulo de Malla de Tierra Por:Ing. Lisbeth BarniqueIng. Daniel Serres

AGENDA1.- INTRODUCCIN

2.-NECESIDAD DE LA MALLA DE TIERRA

3.- PROCEDIMIENTO PARA ESTUDIO DE MALLA DE TIERRA

4.-MODELACIN DEL ESTUDIO EN ETAP:NORMAS FEM/IEEE

6.-RESULTADOS.

7.-EJEMPLOS PRCTICOS.

8.-TIPS DE AYUDA

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para drenar las corrientes de tierra, ya sean debidas a una falla de aislamiento o a la operacin de un descargador de sobretensin.

Evitar que durante la circulacin de estas corrientes de tierra, puedan producirse diferencias de potencial entre distintos puntos de la subestacin, que puedan ser peligrosas para el personal. Necesidad de la Malla de Tierra

Facilitar mediante sistemas de protecciones la eliminacin de las fallas a tierra en los sistemas elctricos.

Dar mayor confiabilidad y continuidad al servicio elctrico.Necesidad de la Malla de Tierra (Cont.)

PROCEDIMIENTO

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Forma TriangularPunteroConductorJabalinaForma RectangularForma TForma LNota: Se pueden representar todaslas formas si se selecciona IEEE80-2000. Para IEEE 80-1986 eIEEE 665-1995 slo la FormaRectangular.Forma TriangularForma RectangularForma TForma LForma TriangularForma RectangularForma TForma LPunteroMODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

ReportesFEMIEEEReportesAlertaOptimizar Cond. y JabalinasOptimizar Cond.Ejecutar ClculoEjecutar ClculoAlertaGrficosMODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Entrada de Datos - Conductores y JabalinasMODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Entrada de Datos Entrada de Datos - Conductores y Jabalinas Conductores y Jabalinas (IEEE)MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Entrada de Datos - Conductores y Jabalinas (FEM)MODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Entrada de Datos - TerrenoMODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

GRD Study Case EditorMODELACION DE LA MALLA DE TIERRA EN ETAP

Finite Element Method.

ANSI/IEEE Std 80-1986. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.

ANSI/IEEE Std 80-2000. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.

ANSI/IEEE Std 665 -1995. IEEE Guide for Generating Station Grounding.METODOLOGA

FEM: Es basado en el mtodo de imgenes y asume que el sistema de tierra es una estructura equipotencial. Da resultados exactos para redes de tierra pequeas (50 x 50 metros) y medianas (250 * 250 metros) tanto para terrenos uniformes como para biestratificados. Maneja configuraciones tanto regulares como irregulares de cualquier tipo de forma.

IEEE: Es un mtodo opcional, se puede utilizar para optimizar conductores y/o jabalinas. Slo realiza los clculos para el estrato donde se encuentra enterrada la malla. Slo se puede aadir una forma bajo estudio.METODOLOGA (cont.)

Tensiones de Toque (50 kg y 70 kg)

Tensiones de Paso (50 kg y 70 kg)

Factor de Ajuste de la Superficie (Cs)IEEE Std 80-1986IEEE Std 665-1995IEEE Std 80-2000

Donde:

KFactor de reflexin. Resistividad del terreno (ohm-m).s Resistividad de la capa superficial (ohm-m).HsGrosor de la capa superficial (m).Factor de Ajuste de la Superficie (cont.)

tf Duracin en segundos de la corriente de falla paradeterminar el Factor de Decremento (Df).

tc Duracin en segundos de la corriente de falla para elDimensionamiento de los Conductores de Tierra.

ts Duracin en segundos de la corriente de choque elctrico para determinar los niveles permitidos por el cuerpo humano (Tensiones de Toque y Paso). Duracin de la de la FallaDonde:

Factor de Decremento (Df)Debido a que los cortocircuitos suceden en forma aleatoriacon respecto a la onda de tensin y como el contactopuede existir en el momento en que se inicia la falla; sehace necesario suponer una onda de corriente de falla atierra asimtrica desplazada 100% durante el tiempo delchoque elctrico.

El factor de decremento toma en cuenta el efecto deldesplazamiento de la corriente continua y la atenuacin delas componentes transitorias de corriente alterna y dedirecta de la corriente de falla.

Donde:

Ta Constante de tiempo subtransitoria del sistema equivalente (seg). Ta = X/(wR)Factor de Decremento (Cont.)

Dimensionamiento de los Conductores deTierraDonde:

Akcmil Area del conductor (kcmil).I Corriente de falla (kA rms).tc Duracin de la corriente de falla (seg).Kf Constante para diferentes materiales adiferentes temperaturas de fusin Tm y unatemperatura ambiente de 40C (ver Tabla 2).

Dimensionamiento de los Conductores de Tierra (cont.)

Corriente Mxima de la de la MallaDonde:

IGCorriente Mxima de la Malla.SfFactor de Divisin de Corriente (Current Division Factor).CpFactor de Seguridad por Crecimiento del Sistema (Corrective Projection Factor).DfFactor de Decremento (Decrement Factor).3IoValor rms de la Corriente de Falla a Tierra (Ground Short-CircuitCurrent). Ifg = 3Io

Factor de Divisin de Corriente (Sf)Este factor se refiere a la porcin de la corriente de falla que fluye entre la malla de tierra y la tierra circundante.

Sf depende de los siguientes parmetros:

El lugar de la falla.La magnitud de la impedancia de la malla de tierra de la subestacin.Las tuberas enterradas y los cables en las cercanas de o directamente conectadas al sistema de puesta a tierra de la subestacin.Los cables de guarda, neutros u otras trayectorias de retorno a tierra.

Resulta prudente tomar un margen adecuado para estimar los aumentos futuros de las corrientes de falla por aumento de la capacidad del sistema elctrico o por interconexiones posteriores, pues las Modificaciones a la malla de tierra resultan costosas y generalmente se omiten dando motivo a introducir inseguridad en el sistema. Este efecto puede tomarse en cuenta disminuyendo la impedancia del sistema o aplicando un factor de seguridad al valor calculado de la corriente de falla.Factor de Seguridad por Crecimiento del Sistema (Cp)

ResultadosFEMIEEE

Resultados (cont.)FEM

FEM y IEEEResultados (cont.)

Mxima elevacin de potencial en la malla de una subestacin con respecto a un punto distante que se asume que est al potencial de tierra remoto.

GPR = IG * Rg (V)

Si GPR > Etouch tolerable se calculan las tensiones de malla y de paso en caso de falla; si GPR < Etouchtolerable, entonces el diseo ha concluido.GPR (Ground Potential Rise)

Rg (Resistencia del Sistema de Tierra)Donde:

LTLongitud total del conductor (m).Area de la malla de tierra (m2).HProfundidad de enterramiento de la malla (m).

TipsNormalmente tf, tc y ts se asumen iguales y debernreflejar el tiempo mximo de despeje de la falla (incluyendo el respaldo). Los rangos ms comunes estn entre 0,25 seg. hasta 1 seg.

Sf y Cp al fijarlos en 100% dan el diseo ms conservador. Sf=100% significa que toda la intensidad de la corriente de falla va a la malla. Si se fija Cp=100% se deber utilizar el nivel de cortocircuito mximo esperado (ao horizonte,mxima expansin, etc.).

Una malla de tierra tpica para una subestacin incluye conductores de cobre 4/0 enterrados entre 0,3 y 0,5 metros (12-18 pulgadas), separados de 3 a 7 metros.

Las jabalinas penetrando el suelo de baja resistividad son hasta ahora ms efectivas en disipar corrientes de falla siempre que el suelo sea de dos capas o mltiples capas. Las capas superiores del suelo tienen una resistividad mucho ms alta que las capas inferiores.Tips (cont.)

En transmisin usualmente Rg es menor o igual a 1 . En distribucin usualmente el rango aceptable es desde 1 hasta 5 .

Entre ms grande sea el rea que ocupa la malla de tierra, ms baja ser Rg, y por lo tanto, el valor de GPR ser menor.Tips (cont.)

La grava o roca triturada colocada en la superficie ayuda tanto a evitar la evaporacin del agua como reducir la magnitud de los choques elctricos, dada su alta resistividad.Tips (cont.)