- 1. UNIVERSIDAD FERMN TORO VICERECTORADO ACADMICO FACULTAD DE
INGENIERAESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA
- Mediciones de puesta a tierra, en alta tensin y localizacin de
falla
- 1 .Analizar los mtodos de medicin de puesta a tierra de
seguridad en las instalaciones y los instrumentos utilizados para
tal fin.(Miguel Caldern).
- 2. Verificar la aplicacin de diversos mtodos de medicin para el
funcionamiento de equipos sometidos a altas tensiones durante su
vida til.(Estefany Gutirrez)
- 3. Aplicar las distintas tcnicas y mtodos de deteccin del lugar
de la falla en los sistemas de transmisin de la energa
elctrica.(Ernesto Ruiz)
2. Analizar los mtodos de medicin de puesta a tierra de
seguridad en las instalaciones y los instrumentos utilizados para
tal fin.
- Materia: Mediciones Elctrica
3. Que es un sistema de puesta a tierra?
- Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexin de equipos
elctricos y electrnicos a tierra, para evitar que se daen los
equipos en caso de una corriente transitoria peligrosa, o tambin
que por falta de aislamiento en uno de los conductores y al quedar
en contacto con las placas de los contactos y ser tocados por
alguna persona pudiera ocasionarle lesiones o incluso la
muerte.
- Por estas razones, se recomienda que se realicen las
instalaciones de puesta a tierra por que la corriente siempre busca
el camino mas fcil por donde poder pasar, y al llegar a tierra se
disipa por esta esto si se tiene una resistividad muy baja en el
terreno donde se realizo la instalacin.
4. Objetivo de un sistema de puesta a tierra
- 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 y garantizar la correcta operacin de los dispositivos de
proteccin.
- Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al
estabilizar la tensin elctrica a tierra, bajo condiciones normales
de operacin.
- Mejorar la calidad del servicio
- Disipar la corriente asociada a descargas atmosfricas y limitar
las sobre tensiones generadas.
- Dispersar las cargas estticas a tierra.
5. Importancia de un sistema de puesta a tierra
- La importancia de realizar una conexin a tierra en un edificio,
casa, o en cualquier instalacin es mucha, ya que en estos hay una
gran cantidad de equipos electrnicos y una corriente indeseable o
sobr tensin podra causar una perdida muy costosa en estos equipos.
Adems estos edificios normalmente son ocupados por una gran
cantidad de personas y si un cable que no este bien aislado hiciera
contacto con la carcasa de algn contacto o algn material conductor
que este expuesto al personal del edificio podra ocasionar algn
accidente.
- Otra razn por la que debe instalarse un sistema de puesta a
tierra eficiente en un edificio es para evitar que las descargas
atmosfricas caigan en lugares indeseados y puedan ocasionar algn
accidente o daar nuestros equipos, esto se logra mediante sistemas
de pararrayos los cuales deben conectarse directo a tierra, es
decir, el conductor que se use para la instalacin del pararrayos no
debe estar conectado a ningn otro equipo del edificio.
6. Cuales son los elementos de un sistema de puesta a
tierra?
- Los elementos que usamos para efectuar una instalacin de puesta
a tierra son los siguientes:
- Electrodos: Estas son varillas (generalmente de cobre) que sean
resistentes a la corrosin por las sales de la tierra, que van
enterradas a la tierra a una profundidad de 3m para servirnos como
el elemento que nos disipara la corriente en la tierra en caso de
alguna falla de nuestra instalacin o de alguna sobrecarga, las
varillas mas usadas para este tipo de instalaciones son las
varillas de marca copperwell ya que son las que cumplen con las
mejores caractersticas.
- Conductor o cable: este como ya se haba mencionado es el que
nos permitir hacer la conexin de nuestro electrodo hacia las dems
partes dentro de nuestro edificio. Debe procurarse que este cable
no sea seccionado y en caso de ser necesario debe preferentemente
ser soldado para poder asegurarse de su contacto y continuidad del
sistema de conexin, pero hay que aclarar que no se puede usar
cualquier soldadura sino que debe usarse soldadura exotrmica, ya
que al calentar el cobre del conductor este puede daarse y ya no
tendra un buen contacto con la soldadura que se le coloque.
7. Que Efectos fisiolgicos puede causarla corriente
elctrica?
- Los fenmenos fisiolgicos que produce la corriente elctrica en
el organismo humano dependen del valor de la intensidad de la
corriente, tiempo de duracin del contacto, callosidad, sexo, estado
de epidermis, peso, altura, estado de animo, estado del punto de
contacto a tierra .
8. Conceptos importantes de un SPT
- La resistividad del terreno se define como la resistencia que
presenta 1 m3 de tierra, y resulta de un inters importante para
determinar en donde se puede construir un sistema de puesta a
tierra.
- Factores que afectan la resistividad del terreno
9. Tablas importantes 10. Tipos de Electrodos Electrodoen
espiral Electrodo horizontal. Electrododealuminio Electrodo
empotradoenconcreto Electrodo de tubometlico Varilla
VarillaCopperweld Electrodo de varillas de hierro o acero
Placaestrellada Malla Electrodo deanillos Electrodo enestrella
Placa Rehilete Electrodos 11. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL
SUELO
- La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para
encontrar la profundidad y grueso de la roca en estudios geofsicos,
as como para encontrar los puntos ptimos para localizar la red de
tierras de una subestacin, sistema electrnico, planta generadora o
transmisora de radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para
indicar el grado de corrosin de tuberas subterrneas.
- El perfil de la resistividad del suelo determinar el valor de
la resistencia a tierra y la profundidad de nuestro sistema de
puesta a tierra.
12. Mtodos de medicin para medir la resistividad del suelo y la
resistencia a tierra de un SPT
- METODO DE WENNER O DE LOS 4 TERMINALES
- En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards
desarroll la teora de este mtodo de prueba, y la ecuacin que lleva
su nombre.
- Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario
insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se
colocan en lnea recta y a una misma profundidad de penetracin, las
mediciones de resistividad dependern de la distancia entre
electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no
dependen en forma apreciable del tamao y del material de los
electrodos, aunque s dependen de la clase de contacto que se haga
con la tierra.
- El principio bsico de este mtodo es la inyeccin de una
corriente directa o de baja frecuencia a travs de la tierra entre
dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se
mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos estn enterrados
en lnea recta y a igual separacin entre ellos. La razn V/I es
conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del
terreno es una funcin de esta resistencia y de la geometra del
electrodo.
13. METODO DE WENNER O DE LOS 4 TERMINALES
- En la figura se observa esquemticamente la disposicin de los
electrodos, en donde la corriente se inyecta a travs de los
electrodos exteriores y el potencial se mide a travs de los
electrodos interiores. La resistividad aparente est dada por la
siguiente expresin
14. METODO DE WENNER O DE LOS 4 TERMINALES
- Si la distancia enterrada (B) es pequea comparada con la
distancia de separacin entre electrodos (A). O sea A > 20B, la
siguiente frmula simplificada se puede aplicar:
- La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones
representa la resistividad promedio de un hemisferio de terreno de
un radio igual a la separacin de los electrodos.
15. MEDICIONES DE RESISTENCIAA TIERRA POR EL METODO DE CAIDA DE
POTENCIAL O DE LOS 3 PUNTOS
- Este mtodo se realiza con tres puntas de prueba o electrodos
separados, las cuales se conectan a los tres terminales del
instrumento para medicin de la resistencia a tierra como se muestra
en la figura 4. Es importante aclarar que en la figura se aprecia
que la tercera punta de prueba es un electrodo fijo y no removible,
esto es indicativo de que este mtodo al igual que el anterior no
solo es para mediciones iniciales sino tambin puede ser usado para
corroborar mediciones anteriores o el estado de una puesta a tierra
existente
16. MEDICIONES DE RESISTENCIAA TIERRA POR EL METODO DE CAIDA DE
POTENCIAL O DE LOS 3 PUNTOS
- Empleando un probador de cuatro terminales, los terminales P1 y
C1 en el instrumento son puenteados y conectados al electrodo de
tierra bajo prueba o al tercer electrodo de referencia. Si se
dispone de un instrumento de tres terminales, solo conecte el
terminal X al electrodo a tierra. Posteriormente, se colocan las
otras dos puntas de prueba auxiliares en los terminales C2 y P2 y
varillas de prueba enterradas a distancias predeterminadas del
electrodo bajo prueba. La figura 4 muestra el arreglo de las
varillas de prueba y el electrodo.
- Al accionar el instrumento, se genera una corriente que se
inyecta por los terminales C1/P1 retornando por el electrodo
auxiliar de corriente (C2). Al pasar la corriente por la tierra,
una cada de voltaje se generar entre los terminales C1/P1 y el
electrodo auxiliar de potencial conectado en P2. El instrumento
calcula la resistencia a travs de la ley de ohm.
- V = Voltaje ledo entre el electrodo C1/P1 y el terminal
P2.
- I = Corriente de prueba inyectada por el instrumento.
17. MEDICIONES DE RESISTENCIAA TIERRA POR EL METODO DE CAIDA DE
POTENCIAL O DE LOS 3 PUNTOS
- Este mtodo demanda que por lo menos exista un espaciamiento
entre C1/P1 y C2 de unos 15 m y que se grafiquen los valores de
resistencia obtenidos contra la distancia existente entre el
electrodo a prueba y la varilla conectada a P2. En la prctica esta
distancia entre C1/P1 y C2 debe ser lo ms grande que es
posible.
- Al elaborar la grfica, la misma mostrara un incremento gradual
de resistencia a tierra mientras P2 est en la zona cercana al
electrodo bajo prueba. Cuando P2 sale de esa zona pero no ha
entrado en la zona de C2, la grfica mostrar una meseta en los
valores. Este aplanamiento obtenido se ha demostrado tericamente
que se logra cuando P2 est localizado al 62% de la distancia entre
el electrodo bajo prueba y C2. Esta es la razn por la que tambin se
le llama a este mtodo el "de 62%". Pruebas realizadas por Michael
demuestran que la variacin de las lecturas obtenidas al 50% y al
70% de la distancia es menor al 5%, que es la precisin de la mayora
de los instrumentos ms comunes. De ah que las lecturas que se toman
al 60% pueden dar una medida promedio aceptable de la resistencia a
tierra del electrodo incluyendo la resistencia del conductor de
conexin al electrodo bajo prueba.
18. MTODO DE LA TIERRA CONOCIDA .
- Este mtodo consiste en encontrar la resistencia combinada entre
el electrodo a probar y uno de resistencia despreciable .
- Figura 1. Mtodo de la tierra conocida.
- En este mtodo se hace circular una corriente entre las dos
tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a
las lneas de fuerza entre polos magnticos. El inconveniente de este
mtodo es encontrar los electrodos de resistencia conocida y los de
resistencia despreciable.
Figura 1. Mtodo de la tierra conocida. Rx+Ro 19. MTODO DE LOS
TRES PUNTOS O TRIANGULACIN
- Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en
forma de triangulo, tal como se muestra en la figura 2, y medir la
resistencia combinada de cada par: X+A, X+B, A+B, siendo X la
resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de
los otros dos electrodos conocidas.
- Figura 2. Mtodo de las tres puntas.
- Las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a
tierra en el triangulo ser determinada por la medida de voltaje y
corriente a travs de la resistencia. As quedan determinadas las
siguientes ecuaciones:
- Este mtodo es conveniente para medidas de resistencias de las
bases de las torres, tierras aisladas con varilla o puesta a tierra
de pequeas instalaciones. No es conveniente para medidas de
resistencia bajas como las de mallas de puesta a tierra de
subestaciones grandes. El principal problema de este mtodo es que A
y B pueden ser demasiado grandes comparadas con X (A y B no pueden
superar a 5X), resultando poco confiable el calculo.
20. Mtodo directo ode Dos terminales
- Cuando se emplea un instrumento de cuatro terminales, se
puentean los terminales P1 y C1 conectndose al electrodo a tierra
bajo prueba y los terminales P2 y C2 se puentean conectndose a un
sistema de tubos de agua completamente metlico, tal como se aprecia
en la figura5 Prueba de Resistencia de Tierra Mtodo Directo o Dos
terminales.
21. Mtodo directo ode dos terminales
- Si el sistema de agua es extenso, es decir, se extiende a un
rea muy grande, su resistencia debe ser una fraccin de un ohm.
Despus puede tomar la lectura del instrumento como la resistencia
del electrodo bajo prueba. Este mtodo es la forma ms simple de
hacer una prueba de resistencia a tierra. Con este mtodo, la
resistencia de dos electrodos en serie se mide la varilla enterrada
y el sistema de agua.
- Pero existen tres limitaciones importantes:
- 1. El sistema de tubos de agua debe ser lo suficientemente
grande para tener una resistencia despreciable.
- 2. El sistema de tubo de agua debe ser metlico en su totalidad,
sin ningn acoplamiento o flanges de aislamiento.
- 3. El electrodo de tierra bajo prueba debe estar lo
suficientemente lejos del sistema de tubos de agua para quedar
fuera de su esfera de influencia.
22. Medida de la RPT mediante medidor tipo pinza
- Este es un mtodo prctico que viene siendo ampliamente usado
para medir la puesta a tierra en sitios donde es imposible usar el
mtodo convencional de cada de potencial, como es el caso de lugares
densamente poblados, celdas subterrneas, centros de grandes
ciudades, etc.
- El medidor tipo pinza mide la resistencia de puesta a tierra de
una varilla o sistema de puesta a tierra simplemente abrazando el
conductor de puesta a tierra o bajante como lo ilustra la figura
1.
- Figura 1. Medicin de la RPT utilizando pinza
23. Medida de la RPT mediante medidor tipo pinza
- El principio de operacin es el siguiente:
- El neutro de un sistema multi aterrizado puede ser representado
como el circuito simple de resistencias de puesta a tierra en
paralelo (figura 8). Si un voltaje E es aplicado al electrodo o
sistema de puesta a tierraRx , la corriente I resultante fluir a
travs del circuito.
- Tpicamente los instrumentos poseen un oscilador de voltaje a
una frecuencia de 1.6 kHz y la corriente a la frecuencia generada
es recolectada por un receptor de corriente. Un filtro interno
elimina las corrientes de tierra y ruido de alta frecuencia.
- La ecuacin es la siguiente:
24. Medida de la RPT mediante medidor tipo pinza
- El mtodo posee las siguientes limitaciones:
- La aplicacin es limitada a electrodos conectados a sistemas
multiaterrizados de baja impedancia.
- Conexiones corrodas o partidas del neutro del sistema (o cable
de guarda) pueden influenciar las lecturas.
- No es aplicable a sistemas de puesta a tierra aterrizados en
mltiples puntos (torres de transmisin o mallas de
subestaciones).
- Ruido de alta frecuencia en el sistema podra influenciar las
lecturas.
- El cable de conexin con el electrodo abierto.
- El aparto de medicin utilizado son:
- Pinzas Medidoras de Resistencia a Tierra
25. DISEO DE UNA MALLA A TIERRA
- El diseo de una malla a tierra est afectado por las siguientes
variables:
- Tensin Permisible de Paso.
- Tensin Permisible de contacto.
- Configuracin de la malla.
- Tiempo mximo de despeje de la falla.
- Profundidad de instalacin de la malla.
- Algunos de los mtodos o formulas q se deben aplicar para el
diseo de una malla a tierra son
- Mtodo de tensin de contacto.
26. Mtodo de tensin de paso.
- Segn las normativas de la IEEE 81, la Tensin de Paso es la
diferencia de potencial entre dos puntos de la superficie del
terreno, separados por una distancia de un metro, en la direccin
del gradiente de potencial mximo.
- Cabe recordar que bajo circunstancias de falla, la circulacin
de una corriente (I), por una toma de tierra, sita a sta a una
tensin (Uo), denominada de puesta a tierra, en relacin con un punto
lejano, de potencial cero, definiendo el cociente (Uo/I) la
resistencia (R), de la toma de tierra, que tal como se ver ms
adelante, interviene como elemento de clculo de la corriente que
circula ( de la cual depende el comportamiento de las protecciones)
y de la propia tensin (Uo).
27. Mtodo de tensin de paso.
- El gradiente de potencial en una regin coincide, prcticamente,
con el valor ms elevado que puede alcanzar una tensin de paso, que
adquiere evidentemente, sus valores ms elevados, en las
proximidades inmediatas de los electrodos de tierra. La tensin de
paso (Up) es una fraccin de la tensin de puesta a tierra (Uo).
- Deber considerarse que, cuando las dimensiones de la toma de
tierra son pequeas, respecto a su distancia (x), del lugar
considerado, el gradiente de tensin en ese lugar no depende ms que
de (x) y de (I).
- En terreno Homogneo, de resistividad () tiene por expresin: Gx
= 0.16 .l / X (V/m)
28. Mtodo de tensin de contacto
- La normativa IEEE 81: define la tensin de contacto o de toque
como sigue; La tensin de contacto es la diferencia de potencial
entre una estructura metlica puesta a tierra y un punto de la
superficie del terreno a una distancia igual a la distancia
horizontal mxima que pueda alcanzar una persona, o sea ,
aproximadamente, 1 metro. Ver figura 10.
29. Mtodo para medir resistencia de una malla de tierra
- El clculo de la resistencia de puesta a tierra se puede hacer
por el mtodo de Laurent y Niemann o por mtodo de Dwight.
- Mtodo de Laurent y Niemann
- Este mtodo es bastante aproximado y la expresin para el clculo
es:
- R = Resistencia en ohmios.
- A = rea de la malla de puesta a tierra en m
- = Resistividad del suelo (-m)
- L = Longitud total del conductor (m).
- La ecuacin (10) es una aproximacin y su resultado siempre es
mayor que el valor real.
30. Mtodo de Dwight
- Este mtodo es mucho ms largo pero es mucho ms exacto que el
anterior.
- El primer paso consiste en hallar la resistencia de un
conductor de la malla.
- Rs = Resistencia de puesta a tierra de un solo conductor
en
- L = Longitud del conductor (m)
- h = Profundidad de enterramiento del conductor (m)
- r = Radio del conductor en m.
- Una vez calculada esta resistencia, se procede al clculo de las
resistencias debidas a las interferencias mutuas entre los
conductores, tal resistencia es:
31. Mtodo de Dwight
- La resistencia total de un conductor es:
- La resistencia de n conductores es:
- La resistencia mutua de los componentes de unin incluyendo la
interferencia debida a los conductores transversales a los cuales
se encuentran unidos es:
- Rau = Resistencia mutua de conductores de unin ()
- La resistencia total de un solo conductor de unin es:
- Rsu = Resistencia de un solo conductor de unin ()
- La resistencia de losmconductores es:
- La resistencia total de la malla est dada por:
32.
- Hay una fuerza motriz ms poderosa que el vapor, la electricidad
y la energa atmica:la voluntad