UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA: ELCTRICA, ELECTRNICA, MECNICA Y MINAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICA

Curso : Laboratorio de Circuitos Elctricos II

Docente : Johnny Ninantay Torres

Alumnos : Fernando Lozano Inca

Semestre : 2015-I

Fecha : 15 de Julio del 2015

CUSCO-PERU

2015

LABORATORIO 3: MEDIDICION DE RESISTIVIDAD DE TERRENO

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CUESTIONARIO

1.Indicar en que consiste el modelo de resistividad Wenner.

El mtodo de los cuatro puntos de Wenner es el mtodo ms preciso y popular. Son razones para esto que: el mtodo obtiene la resistividad del suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas profundidades; no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas; los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para hincarlos en el terreno. El mtodo consiste en enterrar pequeos electrodos tipo varilla, en cuatro huecos en el suelo, a una profundidad b y espaciados (en lnea recta) una distancia a cmo se ilustra en la figura 1.

Figura 1. Mtodo de Medicin

Una corriente I se inyecta entre los dos electrodos externos y el potencial V entre los dos electrodos internos es medido por el instrumento. El instrumento mide la resistencia R (=V/I) del volumen de suelo cilndrico de radio a encerrado entre los electrodos internos. La resistividad aparente del suelo, a la profundidad a es aproximada por la siguiente ecuacin:

Dado que en la prctica la distancia a es mucho mayor que la profundidad de enterramiento b, la ecuacin se simplifica de la siguiente manera:

Para determinar el cambio de la resistividad del suelo con la profundidad, el espaciamiento entre electrodos se vara desde unos pocos metros hasta un espaciamiento igual o mayor que la mxima dimensin esperada del sistema de puesta a tierra (por ejemplo, la mayor distancia posible entre 2 puntos de una malla, o la profundidad de las varillas). El espaciamiento a del electrodo se interpreta como la profundidad aproximada a la cual se lee la resistividad del suelo. Para caracterizar la variacin de la resistividad del suelo dentro de un rea especfica, se deben realizar varios grupos de

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medidas (perfiles) en diferentes direcciones. Diferentes lecturas tomadas con varios espaciamientos alineados dan un grupo de resistividades (perfil), que cuando son graficadas contra el espaciamiento, indican si hay capas diferentes de suelo y dan una idea de su respectiva profundidad y resistividad. La figura 2 ilustra este concepto.

Figura 2. Curva de resistividad tpica

2 Indicar en que consiste el modelo de resistividad Schlumberger.

En este arreglo, al igual que en el de Wenner, los electrodos de emisin (corriente) y medicin (tensin) estn situados en lnea recta, la variante de este arreglo radica en que la separacin entre electrodos es, aunque simtrica, desigual para la correspondiente entre los electrodos de tensin y entre estos y los de corriente.

Figura 3. Mtodo de Schlumberger - Palmer

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El procedimiento para obtener el modelo del terreno, consiste en separar progresivamente los electrodos, alrededor de un punto central permanente, denominado punto de mxima exploracin. La frmula con la cual se calcula la resistividad aparente del terreno es:

Dnde: c: es la separacin entre el electrodo de corriente y su correspondiente de tensin. d: es la separacin entre los electrodos de tensin.

3 averiguar en el cdigo CNE, cual es el valor o valores mnimo de puesta a tierra. Adems indicar en que capitulo esta dicha informacin.

Valores mnimos de Puestas a Tierra;

En sector URBANO es: 5

En el sector RURAL es: 9

En el cdigo nacional de electricidad utilizacin, se encuentra en:

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4. Indicar un mtodo de construccin de P.T, vertical y horizontal, indique una receta para cada caso.

a) puesta a tierra del tipo vertical y una receta.

Esta puesta a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con tierra, permiten drenar hacia sta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las personas y de los equipos electrnicos. La conexin a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura.

MATERIALES A EMPLEAR PARA UN POZO A TIERRA

01Caja de registro con tapa (40x40cm)de concreto

01 Electrodo principal (varilla de cobre puro de 3/ 4 x 2.40 m)

03 Conectores desmontable (conector pico de loro de 3/ 4 )

XX mts de conductor de conexin (cable N 6 AWG, color amarillo-verde o amarillo) .Longitud desde el pozo a tierra hasta el tablero elctrico de distribucin que ser ubicado dentro del aula de cmputo VSAT

06 mts cable de cobre denudo de 50 mm2 o 1/ 0 ) utilizado como Electrodo auxiliar

Pozo vertical (1m de dimetro x 3m de profundidad) u horizontal

Relleno conductor (tierra de cultivo, totalmente tamizada en malla de 1/ 2 )

Aditivo (02 dosis qumica de Thorgel, Tierra gel, Protegel, Laborgel o similar)

01 balde de plstico de 20 litros de capacidad

O1 compactador o pizn de 40 kilos (para compactar la tierra dentro del pozo)

01 escalera de 3 metros

CONSIDERACIONES TCNICAS PARA SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Se ha considerado la instalacin de un pozo pozos de puesta a tierra (para los equipos y para el pararrayos), para lograr la consistencia y seguridad necesaria para equipos de cmputo y ste deber ser instalado de acuerdo a los siguientes argumentos

Es necesario contemplar la construccin de pozos ( o arreglos de pozos ) de tierra de electrodo vertical u horizontal con arreglo de electrodos auxiliares en forma de lazo sobre

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el electrodo principal (varilla de cobre) con la finalidad de soportar la totalidad de la red elctrica para los equipos de cmputo de las instituciones educativas.

El arreglo de pozos de tierra a construir en cada local deber ser rellenado con tierra de cultivo previamente zarandeada en malla de 1/2 pulgada mezclada y tratada con dosis qumicas del compuesto qumico Thorgel, Laborgel o similar. Los pozos debern tener 3 metros de profundidad por 1 metro de dimetro.( pozo vertical).

Se debe dejar caja(s) de registro de 40 X 40 cm. con tapa(s) para inspeccin y

mantenimiento. Asimismo se debe considerar la elaboracin de por lo menos 2 puntos de medicin con sus respectivas tapas metlicas sobre piso de concreto

La lnea a tierra deber ser llevada hasta el tablero elctrico del laboratorio de cmputo

con cable elctrico 6 AWG color amarillo-verde, con el fin de efectuar posteriormente la distribucin respectiva a los circuitos para finalmente llevar la lnea a tierra hasta los tomacorrientes que se instalarn para las estaciones de trabajo.

El valor hmico del sistema de puesta a tierra debe ser menor a 8 ohmios.

Debe existir un solo sistema de puesta a tierra.( 2 o ms pozos interconectados con

cable de cobre desnudo de 50 mm2

Primer Paso en nuestra receta:

Excavar un pozo de 1mt de dimetro por una profundidad de 3mt desechando todo material de alta resistencia, piedra, hormign, cascajo, etc.

Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar ver figura

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Segundo Paso:

Para rellenar el pozo se utilizar tierra de cultivo tamizada en malla de llene los primeros0.30 mts y compacte con un compactador y coloque la barra de cobre de de dimetro y de2.40 mts de longitud (con arreglo de electrodo auxiliar. Ver figura), llene los siguientes 0.20mt y vuelve a compactar, repita la operacin no olvidando que la tierra debe estar hmeda hasta completar la mitad del pozo, ver figura siguiente.

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Tercero Paso: (Utilizando dosis qumica Thorgel)

Disuelva el contenido de la bolsa azul de la primera caja de dosis de Thorgel en 20 litros de agua y virtala en el pozo ,espere que todo sea absorbido, luego disuelva el contenido de la bolsa crema de la dosis Thorgel en 20 litros de agua ,virtala sobre el pozo y espere que sea absorbido totalmente.

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NOTA:

Cuando se utilice otros aditivos qumicos como por ejemplo el compuesto qumico Tierra gel, se tendr que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente zarandeada y las dos bolsas restantes se mezclarn con agua (ver instrucciones dentro de la caja del aditivo qumico a emplear)

Cuarto Paso:

Repita la aplicacin con la segunda caja de dosis de Thorgel , hasta culminar el pozo, coloque una caja de registro de concreto con tapa ,por medio de la cual se realizarn las mediciones del pozo y facilitar el la mantenimiento peridico ( cada 2 o 4 aos para la renovacin del pozo ) y para la conservacin del mismo (cada 4 o 6 meses echar al pozo 30 litros de agua)

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b) Puesta a tierra tipo Horizontal y un ejemplo.

Se aplican poco, slo cuando el subsuelo es rocoso, o cuando exista la presencia de agua a menos de un metro de profundidad del terreno.

Primer Paso:

Excavar un pozo de 1mt x 3mt de lado y a una profundidad de 1 m, desechando todo

material de alta resistencia, piedra, hormign, cascajo, etc.

Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar tipo malla (ver figuras )

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NOTA:

Para la preparacin del relleno del pozo se repite los mismos pasos que en el caso del

pozo vertical.

Cuando se utilice otros aditivos qumicos como por ejemplo el compuesto qumico Tierra gel ,se tendr que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente cernida y las dos bolsas restantes mezcladas con agua ( ver instrucciones dentro de la caja del aditivo qumico a emplear)

MEDICIN DE PUESTAS A TIERRA

Nos permite verificar la capacidad de evacuacin y dispersin de corriente a tierra en el

sistema instalado (una puesta a tierra ser eficiente cuando su medicin arroje valores pequeos, menores a 8 Ohmios)

Para verificar las condiciones de resistencia de una puesta a tierra se debe tener presente los siguientes requerimientos:* La instalacin debe estar des energizada* Se deben retirar todas las conexiones de la puesta a tierra* La medicin se efecta por 2 mtodos: Directo (utilizando el medidor de tierra) o Indirecto.

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PROCESO DE EJECUCIN:

Prepare el medidor de puesta a tierra, conectando los puntos de prueba en sus respectivos terminales

2. Verificar el estado de las bateras (con el botn check battery del medidor de pozo a tierra)

3. Coloque las picas auxiliares, tratando que se encuentren en un mismo eje con la varilla de la puesta a tierra, colocando cada pica auxiliar a una distancia de 5 a 10 m una de otra.

4. Las picas auxiliares debern quedar ajustadas de modo que hagan un buen contacto

5. Debe humedecerse el terreno donde se ha fijado las picas

6. Efectu la medicin, seleccionando el rango adecuado ( R X1 RX10 ) , y luego apriete el botn de medicin

7. Observe y anote el valor indicado

8. Repita el procedimiento en otra direccin y anote la medicin.

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5. Indicar cuando se realiza una P.T tipo malla.

Se realiza, para instalaciones, con un nivel de tensin alto, o de media tensin, como en subestaciones. Las puestas a tierra tipo malla, existen varios casos, ahora solo especificare uno de ellos.

Caso particular: malla rectangular con electrodos

En este caso, el diseo preliminar del Caso 2 ser modificado agregando 38 varillas de tierra de 10m cada una y empleando toda el rea disponible de la subestacin, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Malla rectangular con varillas de tierra del Caso particular.

En esta malla se considera:

D = 7m, A = 63m * 84m = 5292m2, h = 0.5m, d = 0.01m N = 10, M = 13.

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La resistencia de la malla segn la ecuacin siguiente es:

La corriente mxima a disipar por la malla IG:

Empleando la Tabla 1: Zeq 2/4 = 1.09 + j0.208

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Tabla 1. Impedancias equivalentes aproximadas de cables de guarda de lneas de transmisin y neutros de distribucin (alimentadores)

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El factor de divisin de corrientes segn la ecuacin siguiente es:

Y la ecuacin siguiente da: IG = 1.0046 * 0.311 * 5174.5 = 1616.7

Paso 7: La elevacin del potencial de tierra es: GPR = IG * Rg = 1616.7 * 2.468 = 3990V Este valor excede la Et50 (3990V > 533.2 V)

Pas 8: Clculo de la tensin de malla Em y la tensin de paso Ep50:

Las ecuaciones siguientes dan:

y la ecuacin (41) da: n = 11.286 * 1.005 * 1 * 1 = 11.342

Kii = 1 y Kh = 1.225 la ecuacin siguiente da:

La ecuacin siguiente da: Ki = 0.644 + 0.148 * 11.342 = 2.323

Empleando ahora las ecuaciones siguientes para calcular Em:

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Como Em < Et50 (474.4 < 533.2V), entonces se puede ahora calcular la tensin de paso real

utilizando las ecuaciones siguientes:

Pas 9: Se observa ahora que Em < Et50 (474.4V < 533.2V):

Paso 10: Se tiene tambin que E < Ep50 (366.8V < 1640.5V)

Paso11: No son necesarias las modificaciones al diseo. Se encontr la solucin.

Paso 12: Se ha obtenido un diseo satisfactorio. En este punto, todos los conectores flexibles, varillas adicionales de tierra para pararrayos, los enlaces de los postes de la cerca y de la puerta de acceso (incluyendo los refuerzos), etc. deben completarse para obtener todos los detalles del diseo.

6. En que consiste el mtodo de medicin de P.T, de 62 %.

Este mtodo fue desarrollado por G.F. Tagg y publicado en Proceeding of the IEEE vol III N12 en diciembre de 1964. El autor indica que las zonas de influencia de puestas a tierra pueden ser tan grandes que, para evitar su superposicin, al hacer la medida se deben tomar distancias considerables entre el electrodo de corriente y la puesta a tierra a

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evaluar. Para aplicar este mtodo es necesario que las reas de influencia no se sobrepongan entre s. Tambin es necesario desconectar la malla del resto del sistema mientras se realizan las medidas.

Para la medicin con este mtodo se requiere de un telurmetro, que se conecta como se muestra en la Figura 15.

Figura 15. Ilustracin del mtodo del 61.8% = 62% para medir la resistencia de una puesta a tierra

La distancia entre el electrodo de corriente y la puesta a tierra a evaluar debe ser de 6.5 veces la mayor dimensin de la puesta a tierra o el dimetro equivalente. El verdadero valor de la resistencia de puesta a tierra se obtiene con el electrodo de tensin ubicado a una distancia de 0.618C medido desde la malla.

Se recomienda realizar dos mediciones adicionales: una al 52% y otra al 72% y las diferencias con la resistencia medida al 61.8% deben ser muy pequeas.

Al aplicar este mtodo a la malla del Caso anterior, el electrodo de corriente tendr que estar ubicado a una distancia:

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En la prctica, este valor es exageradamente grande y difcil de obtener, bien sea porque la topografa del terreno no lo permite, o porque se acerca demasiado a otras tierras presentndose interferencias que hacen dudar de la medida tomada. Por esta razn, este mtodo se recomienda para medir la resistencia de sistemas de puesta a tierra medianas y pequeas.

Procedimiento de medida:

1. Determinar el punto O. 2. De acuerdo con las dimensiones de la malla, determinar la distancia C para el

electrodo de corriente, para cada una de las curvas que se quieren obtener. Se deben obtener como mnimo cuatro curvas.

3. Se determina la distancia X como un porcentaje de C (20%, 40%, 60%, 80%, y100%).

4. Para cada una de las distancias Xi se ubica el electrodo de tensin a una distancia Pi = 0.618(C+X)-X.

5. Se dibujan las grficas Ri vs. Xi.

Condiciones para la instalacin del sistema de medida:

1. El punto O (unin entre el telurmetro y la malla) se ubica en el permetro de la

malla. 2. Los puntos D, O y B deben estar en lnea recta y perpendicular a la malla. 3. La distancia mnima del electrodo de corriente debe ser mayor que el lado mayor de

la malla y debe ser menor que el doble de este lado. 4. Realizar cuatro curvas con cinco mediciones para cada una y realizadas en una

misma jornada de trabajo (no sirven medidas tomadas en das anteriores). 5. No debi haber llovido por lo menos en los dos das anteriores.

Ejemplo:

Calcular la resistencia del sistema de puesta a tierra del Caso 4, el cual est compuesto de una malla horizontal y varillas verticales. Tiene las siguientes caractersticas.

LX = 84m h = 0.5m LY = 63m calibre conductor: 2/0 AWG de Cu

Lr = 10m dr = 5/8.

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Los valores elegidos para C fueron 100, 150, 200 y 250m y siguiendo el mtodo de la interseccin de curvas se tomaron las medidas consignadas en la Tabla 9, con Xi como 20%, 40%, 60%, 80% y 100% de cada valor de C.

La Figura 17 se obtiene graficando los datos obtenidos en los 4 grupos de medida con relacin a Xi.

En la grfica de la Figura 17, se registran seis intersecciones y de acuerdo con el mtodo terico expuesto, se debera presentar una sola interseccin para todas las curvas, que correspondera al valor de la resistencia de puesta a tierra que se est midiendo.

En este caso prctico, se debe tomar un promedio de los seis valores de resistencia correspondientes a cada interseccin as:

R1 = 1.31 que corresponde a la interseccin de las curvas A y B. R2 = 1.12 que corresponde a la interseccin de las curvas A y C. R3 = 0.93 que corresponde a la interseccin de las curvas A y D. R4 = 0.92 que corresponde a la interseccin de las curvas B y C. R1 = 0.83 que corresponde a la interseccin de las curvas B y D. R1 = 0.80 que corresponde a la interseccin de las curvas C y D.

El valor promedio es:

Tabla 9. Clculo de las resistencias en funcin de las Xi como porcentajes de C

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Figura 17. Curvas resultantes R vs. Xi del ejemplo prctico