Cap Malla a Tierra

8/3/2019 Cap Malla a Tierra

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Dr. Luis Morán T. 1

Capítulo 8.Sistemas de Puesta a Tierra.




Introducción.

• Permiten una mejor operación de los Sistemas de Distribución.

•

Aumenta la seguridad de las personas y de las instalaciones.

Falla a

tierra. La corriente fluye

a través de la

estructura a tierra. La corriente vuelve

al neutro de la

fuente por tierra.




Tierra de servicio y tierra de protección.

• La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el

punto neutro de un transformador de potencia o de una

máquina.

La resistencia de la malla depende del valor de la corrientede falla monofásica que se desea tener

• La tierra de protección es la malla de tierra donde se

conectan todas las partes metálicas no-energizadas de los

equipos que conforman un sistema eléctrico.

La resistencia de la malla depende de las condiciones de

seguridad.




Tierra de servicio.

Sistemas aislados.

La conexión a tierra se hace a través de una alta impedancia.

Bajas corrientes de cortocircuito.

Mayor continuidad de servicio en caso de falla.

Altas sobretensiones en el punto de contacto a tierra.

El valor de las capacidades e inductancia produce un efecto

de resonancia.

Poco usados




Tierra de servicio.

Sistemas aterrizados.

El neutro de transformadores y generadores es conectado a

tierra.

La conexión a tierra puede ser: Sólidamente aterrizado,

Resistencia de alto o bajo valor, con un reactor o con una

bobina Petersen.

Protege la vida útil de la aislación de los equipos eléctricos.




Tierra de servicio.

Sistemas aterrizados.

Sólidamente aterrizado: neutro conectado directamente a la

malla de tierra (usado en baja tensión).

Resistencia de bajo valor: el valor depende del máximo valorde corriente a limitar, es usado en sistemas de media tensión.

Resistencia de alto valor: se limita la magnitud de primera

corriente de falla monofásica, usado cuando la prioridad es

la continuidad del servicio.

Reactor: limita la corriente de falla de las bobinas de un

generador de baja tensión.




Cálculo de la resistencia de neutro.

Ic

Vn

Rn

3 co X

Vn Ic

3

co X

Rn

Vn : valor de la tensión de fase neutro.

Ic : valor de la corriente total capacitiva del sistema.

XCO : reactancia capacitiva del sistema




Mallas de tierra.

• La resistencia de la malla

depende de:

El conductor.

Del contacto entre la mallay el terreno.

Del tipo de terreno.

• La malla está formada por:

Las barras enterradas.

Los conductores horizontales.

Un reticulado horizontal con o

sin barras.




Tipos de mallas de tierra.

• Malla de baja tensión.

Resistencia de la malla según SEC.

• Malla de alta tensión:

Las inducción de voltaje en una malla de baja tensión debe sermenor a los 125 V.

I R

5.2

6565: Límite de voltaje que puede

ser sometida una persona.

I: Corriente de cortocircuito

monofásico.




Resistividad equivalente del terreno. Consideraciones.

Area encerrada por el perímetro de la malla.

Ar




Resistividad equivalente del terreno.

Consideraciones.

La resistividad equivalente de un terreno de n capas equivale a la

de uno homogéneo.

o

o

hr

r

r sin

R

2

1




Resistividad equivalente del terreno.

Consideraciones.

Para el terreno multiestratificado.

La resistividad del terreno es:

n

i

ii

o

me

vv

r

r sin

R

1

2

1

2

o

22

o

1

rr1

2

)(1

1

1

n

1 i

ii

i

eqF F

2

0

2

1r

vF i

i

)(22 hr r qo

22

0

2

0

2

ii hr qu 2

0

2

0

42245.0 r quuv iii




Resistencia de puesta a tierra.

Método Schwarz.

Se considera un reticulado y un conjunto de barras verticales,

calculando la resistencia de cada una.

1221

21221

2 R R R

R R R R

R1: reticulado.

R2: barras

R1-2: reticulado-barras.

1L

L

2 ln

1A

L 21dL8 ln

2

h

2L ln

2t

1

2

12

221

2

2

2

2

21

1

t11

K Ak

L

L R

nK Ln

R

K A

Lt K

L R

t

t

a

a

t

K1 y K2: dependen de lalonguitud y del ancho.




Seguridad de las personas. • El riesgo de muerte depende de la frecuencia, de la magnitud y

de la duración de la corriente.

t

I K 116.0

Tiempo que una persona soporta la corriente Ik

0.116: contante empírica, depende del peso de la persona. • Tensión de contacto.

t

C I R RV ssK f k c

116.05.110005.0

12

62512196.0

1

ng

n

s

hn

K C

s

s

K

1

1

Cx depende de la capa de gravilla.




Seguridad de las personas.

Tensión de paso.

Es la elevación de potencial debido a la corriente de cortocircuito que

circula desde la malla al terreno

t

C I R RV ssK F K p

116.0610002

RK es la resistencia del cuerpo humano.

Rf es tres veces la resistividad de la superficie.

t C V ss

p 7.0116




Sección de los conductores de malla.

• Deben conducir las corrientes de paso sin alterar suscaracterísticas.

• Deben ser mecánicamente resistentes y de bajo valor óhmico.

Sección del conductor

considerando la temperatura. ao

mo

-2

rr2

T+K

T+K ln

10tI=]mm[

CAPT

A

t [ s ] = duración de la falla.

Tm [ ° C ] = temperatura máxima admisible en el conductor.

o= coeficiente térmico de resistividad a 0 ° C.r= coeficiente térmico de resistividad a 20 ° C.

r[ cm ]= resistividad del conductor a la temperatura ambiente Ta.

Ko= 1/ o

TCAP= factor de capacidad térmica en [ J/cm3 /°C ].

Ta[ ° C ]= temperatura ambiente.




Parámetros de los materiales usados. Descripción Conductividad [ % ] Factor r a 20 °C Ko a 0 ° C

Cu blando 100.0 0.00393 234

Cu duro 97.0 0.00381 242

Copper - clad 40.0 0.00378 245

Aluminio 61.0 0.00403 228

Aluminun - clad 20.3 0.00360 258

Fierro galvanizado 8.5 0.00320 293

Acero inoxidable 2.4 0.00130 749

Descripción Temperatura de

fusión [ ° C ]

r a 20 ° C

[ cm ]

Valor efectivo de

TCAP [ J/cm3 /°C ]

Cu blando 1083 1.7241 3.422

Cu duro 1084 1.7774 3.422

Copper - clad 1084 - 1300 4.3970 3.864

Aluminio 657 2.8620 2.556

Alumino - clad 660 - 1300 8.4805 2.670

Fierro galvanizado 419 - 1300 20.100 3.931

Acero inoxidable 1400 72.000 4.032

Parámetros para el

cálculo del aumento de

temperatura en el

conductor durante el

cortocircuito




Análisis de la Puesta a Tierra en Subestaciones

de Media Tensión




Objetivos de una malla de tierra:

1.- Proveer una trayectoria de baja resistencia a lacirculación de las corrientes de secuencia cero.

2.- Limitar las tensiones de paso y de contacto en caso deproducirse una falla monofásica a valores que nocomprometan la vida de las personas.

3.- Proveer una superficie equipotencial que sirva dereferencia a las tensiones del sistema




Definiciones Tensión de paso: C orresponde a la elevación de potencial debido a la corriente de cortocircuito que circula desde la malla al terreno, y que a su vez forzará a que circule una corriente por el cuerpo de una persona que se encuentre parada sobre la malla.

Tensión de contacto: Es aquella a la que queda sometida una persona al tocar un equipo energizado

Valores máximos de seguridad: (IEEE)1273 Volts para tensión de paso 405 Volts para tension de contacto




Mediciones de la Resistencia de Malla

Las mediciones fueron realizadas aplicando el método de los 3 electrodos con un instrumento “DIGITAL EARTH TESTER”, tipo DET5/4R, marca “MEGGER”, con certificado de calibración al día.




La tabla muestra los valores de resistencias de malla de tierra calculados con los valores reales medidos en terreno.

Area R

Malla Medida

[] R

Malla Programa

[] Error[%]

S/E Principal 0,2 0,3 10

ROM Nº1 1,02 2,14 112

ASCOTAN-ESTACION ELEVADORA 0,99 1,19 20

ASCOTAN-POZO Nº2 0,37 0,78 41

OSMOSIS 1,3 1,19 11

TRANSFERENCIA Nº1 * 1,51 -

TRANSFERENCIA Nº2 Y 3 * 0,75 -

LP Nº1 3,03 3,5 47

LP Nº2 3,03 3,22 19

SE MOVIL 41801 1,03 3,04 201

RECTIFICADOR Nº1 * 10,75 -

* Resistencias imposibles de medir en terreno




a) Tensión de Paso. b ) Tensión de Contacto.




Conclusiones del Sistema de Puesta a Tierra

Los valores medidos de las resistencias de las mallas de tierra cumplen con los requerimientos de seguridad del sistema de distribución, ya que definen tensiones de paso y de contacto

inferiores a los valores máximos permitidos por norma.

El valor de la resistencia de la malla de tierra en cada subestación de media tensión tiene poca incidencia en el valor de la corriente de falla monofásica la que depende

principalmente de la resistencia conectada entre neutro y tierra.

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