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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
Ing. Flavio Tito Fuentes
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
METODOS DE PUESTA A TIERRA PARA INSTALACIONES ELECTRICAS
HUANCAYO SETIEMBRE 2009
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
Ing. Flavio Tito Fuentes
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.
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Ing. Flavio Tito Fuentes
• 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.
Sistemas de Puesta a Tierra SPAT
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• CONCEPTOS
–Absorbe una descarga de rayo a través
de una trayectoria controlada y protege
la vida humana y las estructuras de los
edificios.
Sistemas de Puesta a Tierra SPAT
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• 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.
Sistemas de Puesta a Tierra SPAT
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• 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.
Sistemas de Puesta a Tierra SPAT
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• 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.
Sistemas de Puesta a Tierra SPAT
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• 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
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• Concentración y composición de sales disueltas • Contenido de agua • Temperatura • Textura o tamaño de grano y • Compactación
Resistencia eléctrica del suelo
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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
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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
La Resistividad de suelos
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Metales
Electrónica
Semiconductores
Conductividad Electrólitos sólidos
Iónica (dieléctricos)
Electrólitos líquidos
La Resistividad de suelos
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La Resistividad de suelos
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
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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
La Resistividad de suelos
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RESISTIVIDAD METODO DE SCHLUMBERGER
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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
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ρa: Es ascendente
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Ing. Flavio Tito FuentesIng. Flavio Tito Fuentes
ρa: Es descendente
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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.
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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.
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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.
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Requerimientos básicos para el diseño de un SPAT
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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.
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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:
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Paso de la corriente por el terreno
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Tensión de contacto (Uc) y tensión de paso (Up).
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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.
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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.
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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
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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.
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Duración máxima de mantenimiento de la tensión de contacto según la norma CEI 60 364.
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Zonas tiempo/corriente de los efectos de la ca (de 15 Hza 100 Hz) sobre las personas según CEI 60479-1.
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Sistemas con puesta a tierra dedicadas e interconectadas
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Puestas a tierra separadas (prohibido)
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Una sola puesta a tierra (prohibido)
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ESQUEMAS DE CONEXION A TIERRA EN EL PERU
ECT: TT, TNECT: IT
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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
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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
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TEORÍA Y DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA
Electrodos verticales o barras
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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Distanciamiento entre electrodos
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Distintas configuraciones de mallas de puesta a tierra
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Ing. Flavio Tito Fuentes 24/05/2007
Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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Ing. Flavio Tito Fuentes 24/05/2007
Tratamientos para reducir la resistencia de puesta a tierra
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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
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Ing. Flavio Tito Fuentes
Medición de la puesta a tierra
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Medición de la puesta a tierra
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Ing. Flavio Tito Fuentes 24/05/2007
Ing. FLAVIO TITO [email protected]
Muchas Gracias
Huancayo Setiembre 2009