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13/02/2015
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DistriLuz III Calculo de puestas a tierra
1.2.
3.
4.
5.
Puesta a tierra puntualesPuesta a tierra en líneas de transmisión.
Puesta a tierra en Estaciones transformadoras.
Aplicaciones.
Diseño de malla de puesta a tierra de unasubestación. (Trabajo de gabinete)
DistriLuz Consideraciones
La resistencia de puesta a tierra total tiene trescomponentes:
• (a) La resistencia del conductor conectado al sistemade puesta a tierra, que es función de su resistividad,longitud y sección
• (b) La resistencia de contacto entre la superficie delelectrodo y el suelo, este valor es usualmentepequeño si el electrodo está libre de pintura o grasa,esto se elimina efectuando un buen contacto entreel electrodo y tierra.
• (c) La resistencia de la tierra alrededor del electrodoque es la resistencia principal que influirá en laresistencia total de la puesta a tierra.
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2 x
DistriLuz Consideraciones
LA
R
L
r
a
b
c
Donde:
:resistividad del terreno
L :longitud del electrodoA :área de la semiesfera equivalente
R r1r dx2
dx2x2
d R
2 r
Si r1 ∞
R∞
CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICADE LAS PUESTAS A TIERRA
ELECTRODOS VERTICALES
L
MALLASELECTRODOS HORIZONTALES
L
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Puesta a tierra puntuales SEMT/BT
Electrodos verticales (BARRAS )
eR = ----------
2 L
2*LLn --------
a L
• a : Radio de la barra (m)• R : Resistencia a tierra de la barra ( Ohm )• L : Longitud de la barra (m)
e : Resistividad equivalente del terreno ( - m)
APLICACIÓN 1• Determinar la resistencia de puesta a
tierra, de una barra, en las siguientescondiciones
• L = 2.0 (m) ; = 100 ( Ohm - m )• a = 0.008 (m)Solución :
e 2*L 100 2*2R = -------- Ln ------ = --------------- Ln ---------
2 L a ( 2* 3.14* 2) 0.008
R = 49.45 ( Ohm )
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・Ln・ 8,10-3 ・・ 21,21
APLICACIÓN 2
Una barra de cobre de 2,4 m de longitud, 8mm de radio, en un terreno de resistividadequivalente 50 ( - m) tiene una resistencia depuesta a tierra de:
50 ・ ・ 2 x 2,4・・R
2 ×2,4・ ・ ・・
・Ln・8x10-3 ・・ 2,47
APLICACIÓN 3
Determinar la resistencia de puesta a tierra de una jabalina enlas siguientes condiciones, Longitud = 2 m; = 5 - m,radio de la barra 8 mm.
R 5 ・ ・ 2 x 2 ・・
2 ×2・ ・ ・・
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Tarea2
Determinar la resistencia de puesta a tierra de una jabalina enlas siguientes condiciones, Longitud = 2,4 m; = 100 - m,radio de la barra 8 mm.
Electrodos verticales enterrados a unaprofundidad (t)
R
L
t
Superficie
2a• a : Radio de la barra (m)• R : Resistencia a tierra de la barra ( Ohm )• L : Longitud de la barra (m)
e : Resistividad equivalente del terreno ( - m)
Nota: El objetivo de enterrar una distancia “t” alelectrodo debajo de la superficie es para disminuir losposibles gradientes de potencial sobre la superficie delterreno en los contornos de la barra.
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Ln・ ・ ・ 20,31
APLICACIÓN 4
Para la aplicación 2, calcular la resistencia sabiendoque la jabalina está a 30 cm debajo de la superficie.
2,48 x10-3
・
・
・
・R 3x2,4 4 x 0,3
2,4 4 x 0,350
2× 2,4
Como se puede observar los resultados sonsimilares pero los gradientes seran menos
peligrosos
Tarea 3
Para la tarea 2, calcular la resistencia sabiendo que lajabalina está a 20 cm debajo de la superficie.
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Res
iste
ncia
equi
vale
nte
Ln・ ・D2 -(b L)2
・・
RESISTENCIA A TIERRA DE DOS O MÁS JABALINAS EN
PARALELO
Para dos jabalina seaparados una distancia D.
D
bL
2a
・
・
0.44
0.2440.174
0.136 0.113 0.097 0.085
0
0.3
0.2
0.1
0.5
0.4
1 2 3 4 5 6 7
Numero de electrodos enparalelo
5 -(5,546 2,4) 2・・
bL
Aplicación
Calcular la resistencia equivalente de dos jabalinasestan separadas 5m, longitud 2,4m, resistividad 50 -m y un radio de 8 mm.
D2a
・
・R2
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Tarea 4
Calcular la resistencia equivalente: de dos jabalinasestan separadas 10m, longitud 2,4m, resistividad 50-m y un radio de 8 mm.
DistriLuz Puesta a tierra en LT
Criterios de diseño:
• Puesta a tierra para protección del personal;el diseño debe contemplar evitar tensiones Up y Ucmenores a los valores tolerables Up= 90V y Uc<65Vpara t=0,3s ( 50V tensión admisible para t<3s), siendomás riguroso en zonas pobladas.
Up=1993V, (Permisible) para t=166msUc=1966V, (Permisible) para t=166ms
• Puesta a tierra de servicio; R< 15 para laefectiva actuación de los relés de distancia.
• Puesta a tierra como protección de la LTcontra descargas atmosféricas; Los valoresdeben ser los mas bajos económicamente posible, sobretodo en estructuras vulnerables a las descargas (Torresen cumbres, elevado nivel isoceraúnico), a fallas y dealto transito peatonal.
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DistriLuz Puesta a tierra en LT
Configuración de la puesta a tierra:• Pueden ser sistemas simples o
compuestos, entre jabalinas, contrapeso simple, doble o auna profundidadde enterramiento de h=0,65 m
•
•
Anillo de contrapeso
Jabalinas y contrapeso radial
CONTRAPESOS SIMPLES
2
eR = ----------
2 L
LLn --------
d*hL
• d• R• L
e• h
: Diámetro del conductor. (m): Resistencia a tierra del conductor. ( Ohm ): Longitud del conductor .(m)
: Resistividad equivalente del terreno. ( - m): Profundidad de enterramiento. (m)
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APLICACIÓN
• Determinar la resistencia de puesta a tierra , de unconductor horizontal , en las siguientes condiciones :
• L = 50(m) ; = 100 ( Ohm - m )• d = 0.0022 (m) ; h = 0.6 (m)
Solucion :
R = ----------
2 L
2 2L 100 50
Ln -------- = ------------------ Ln ---------d * h (2 * 3.14 * 50) (0.0022 * 0.6)
R = 14.16 ()
CONTRAPESOS COMPUESTOS
2 Contrapesos simétricos a 180°:
2 Contrapesos simétricos a 90°
3 Contrapesos simétricos a 120° :
4 Contrapesos simétricos a 90° :
2 4
: R 3 L・Ln・2a h・ 1,077 0,836 L 3,808・L・ 13,824・L・
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・Log・ ・・ ・log
Aplicación
Calcular la resistencia de puesta a tierra de una lineacompuesta por dos contrapesos de 30 m de longituddispuestos en angulo de 180 grados, resistividad 300-m y un conductor de 15 mm de diámetro,enterrado a una profundidad de 0,7m.
600,760 ・ ・ 0,015・
R 0,366x300・ ・4x60 ・
Tarea
Calcular la resistencia de puesta a tierra de una lineacompuesta por dos contrapesos de 20 m de longituddispuestos en angulo de 180 grados, resistividad 50 -m y un conductor de 15 mm de diámetro, enterradoa una profundidad de 0,7m.
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・Ln・ ・L・ ・
・ ・・
2n L・Ln・ ・・ ・ 1
・・・
・・・i・・・・sen ・
CONTRAPESOS COMPUESTOS Y ANILLOS CONCENTRICOS
El objetivo es obtener Up y Uc dentro de lo permisible, en algunoscasos es necesario varios anillos, cuya profundidad deenterramiento puede ir variando a medida que se aumenta elnumero de anillos.
Contrapesos de anilloDonde:D: Diámetro del anilloh: Profundidad de enterramientod: Diámetro del conductorL: D, longitud del conductora: (d h)1/2
Jabalina equidistante en anilloDonde:D: Diámetro del anillon: número de jabalinasb: RadioL: D, longitud del conductor
・・
・・aRc
・ ・1,27L
・・
・
・・ n ・・
1LD
・4L
・ bR
・ ・
・
・
n 1
i1
DistriLuz Puesta a tierra en SS.EE
Malla de tierra profunda
Compuesto por conductoresenterrados en formahorizontal formando malla yelectrodos verticales enlugares apropiadosgeneralmente en lasesquinas de las cuadriculaslas ventajas de la mallason:
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DistriLuz Puesta a tierra en SS.EE
• La malla es la manera más practicapara controlar los potencialesanormales, debido a las Ift altas yresulta dificil de obtener reistenciasbajas.
• La malla proporciona mejordispersión de las corrientes de fallaya que con un electrodo simple seriaimposible.
• Las jabalinas conbinadas con la mallason de gran valor para terrenos dealta resistividad superficial.
Métodos clasicos de cálculo
METODO APROXIMADO DE LAURENT y NIEMAN
eR = --------- +
4*r
e--------
L
• r• R• L
: (A/)1/2 Radio medio de la malla (m): Resistencia a tierra de la malla ( Ohm ): Longitud del conductor de la malla (m)
: Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m)
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3m
100R = --------- +
4 * 2.39
100-------- = 14.16 (Ohm)
27
6m
eR = --------- +
4*r
e--------
L
APLICACIÓN
• Determinar la resistencia de puesta a tierra , deuna malla, en las siguientes condiciones:
e = 100 (Ohm-m)
10m
4・・ ・・・
APLICACIÓN•• Calcular la R de la malla de un terreno de 100 -m de
resistividad equivalente, de la malla mostrada.
10m
・
・
6,110060
R 10010x10・
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10m
Tarea•
• Calcular la R de la malla de un terreno de 50 -m deresistividad equivalente, de la malla mostrada.
20m
Métodos clasicos de cálculo
METODO SCHWARZ
Método mas exacto que el anterior y se efectúa en dos pasos:a)
a)
Cálculo de la resistencia de puesta a tierra de la malla, R11
Cálculo de la resistencia de la jabalina, R12
1)L1a1
(LnR12 R11
- K2)LS
K12La1
(LnR11
L
L
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Métodos clasicos de cálculo
METODO IEEE-Std 80-2000Método mas utilizado y se efectúa en los siguientes pasos:Paso 1: Investigación de las características del suelo
Paso 2: Determinación de la If-t máx, considerar las futurasampliaciones, la Rf, el cable de guarda, el factor dedecremento.
Diseño preliminar del SPAT•••
Configuración del reticuladoElección de los materiales a utilizarseCálculo de la longitud del conductor a utilizar requerido para elcontrol de los gradientes
Ln( )( )( )...
Paso 3: Cálculo de la longitud del conductor autilizar requerido para el control de los gradientes
Entre los potenciales mas peligrosos es la tensión demalla. Em:
Em=Km Ki (I/L)Donde Km: Coeficiente que toma el efecto del numero
de conductores en paralelo n, el espaciamiento entreconductores D, el diámetro del conductor d y laprofundidad de enterramiento h.
3 5 74 6 8
D 2
16hdLn
1
12
Km
El número de los factores entre paréntesis es dos menos que elnúmero de conductores en paralelo de la malla básica.
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Cálculo de la longitud del conductor a utilizarrequerido para el control de los gradientes
Ki: factor de corrección de irregularidad, que toma en cuenta lano uniformidad del flujo de corriente en las diferentes partesde la malla.
: Resistividad promedio del terreno en .mIf: Corriente total máxima rms de falla a tierra, en AL:Longitud total del conductor enterrado en m.
Igualando la Em = U toque tolerable y considerando suelo uniforme(Cs=1) se determina la longitud del conductor requerido paramantener la tensión de malla dentro de los límites deseguridad
tKmKi × × If
116 0.174 SLT
Ki =0,65+0,172 n
Paso 4: Cálculo de la resistencia de puesta a tierra
Se recomienda hacer un cálculo preliminar segúnLaurent y posteriormente cuando se logre laconfiguración definitiva del reticulado, se puede hacerun cálculo más exacto utilizando el método deSchwarz.
Paso 5: Cálculo de la máxima elevación de potencialde la malla
La máxima elevación de potencial de la malla conrespecto a tierra remota va a ser E=IR, donde R es laresistencia de puesta a tierra del reticulado.
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(
Paso 6: Cálculo de la tensión de paso en laperiferia de la malla
El chequeo de la máxima tensión de paso que puedeocurrir en el perímetro de la malla se hace:
Epaso Ep tolerableIfL
Epaso KsKi
Ks: Coeficiente que toma en cuenta el efecto delnúmero de conductores en paralelo n, espaciamientoD y la profundidad de aterramiento h de losconductores de la malla.
....) 13D
12D
1D h
Ks 1 1 2h
El número total de términos entre paréntesis es igual al númerode conductores en paralelo.
Paso 7: Cálculo de la tensión de toque y pasointernas
Estos potenciales se encontraran dentro de los límites tolerablessi es que se emplea por lo menos la longitud de conductorcalculado.
Todo lo tratado hasta aquí es válido para casos de falla, perocuando se trata de una corriente permanente, se debe hacer unchequeo del valor de corriente que puede fluir a tierra sin causarpeligro a las personas: 9mA para el hombre y 6mA para la mujer
91000
91000
xLx
IfL
KmKi
(1000 1,5 s)KmKi
I
(1000 1,5 s)
Esta corriente a la vez sirve para la calibración de los relés.
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Paso 8: Investigar los posibles potencialestransferidos
Comprende el análisis de los efectos que puedan tener en lacreación de potenciales peligrosos ciertos dispositivos comocircuitos de comunicación, rieles, conductores neutros de bajatensión, equipos portátiles e instrumentos alimentados desde lasubestación.
Paso 9: Investigación de puntos peligrososespeciales
Estos puntos son las cercas, las manijas de operación, la puesta atierra del apantallamiento de los cables, la puesta a tierra de lospararrayos, etc.
Paso 10: corrección o refinamiento del diseñopreliminar
Aplicación
