Malla a Tierra Mediciones

7/25/2019 Malla a Tierra Mediciones

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5.3.1.- Objetivos de una malla.5.3.2.- Tipos de mallas.5.3.3.- Resistividad equivalente del terreno.5.3.4.- Resistencia de puesta a tierra.5.3.5.- Seguridad acia las personas.5.3.5.1.- Tensi!n de contacto.5.3.5.2.- Tensi!n de paso.

La malla de tierra es un conjunto de conductores desnudos que permiten conectar los equipos quecomponen una instalacin a un medio de referencia, en este caso la tierra. Tres componentesconstituyen la resistencia de la malla de tierra:

La resistencia del conductor que conecta los equipos a la malla de tierra.

La resistencia de contacto entre la malla y el terreno.

La resistencia del terreno donde se ubica la malla.

Una malla de tierra puede estar formada por distintos elementos:

Una o ms barras enterradas.

Conductores instalados horiontalmente formando di!ersas confi"uraciones.

Un reticulado instalado en forma horiontal que puede tener o no barras conectadas en forma !erticalen al"unos puntos de ella.

#n la fi"ura $% &. ' se muestra un esquema "eneral de una malla de puesta e tierra.

(i"ura $% &. ' Confi"uracin "eneral de una malla.

Las barras !erticales utiliadas en la construccin de las mallas de tierra reciben el nombre de barrascopper)eld y estn construidas con alma de acero re!estidas en cobre. #l !alor de la resistencia de unamalla de tierra depende entre otros parmetros de la resisti!idad del terreno. #l m*todo ms usado paradeterminar la resisti!idad del terreno es el de +chlumber"er, el cual permite determinar las capas quecomponen el terreno, como tambi*n la profundidad y la resisti!idad de cada uno de ellos.

5.3.1.- Objetivos de una malla.

"os objetivos #undamentales de una malla de tierra son$

#!itar tensiones peli"rosas entre estructuras, equipos y el terreno durante cortocircuitos a tierra o encondiciones normales de operacin.
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#!itar descar"as el*ctricas peli"rosas en las personas, durante condiciones normales defuncionamiento.

roporcionar un camino a tierra para las corrientes inducidas. #ste camino debe ser lo ms cortoposible.

5.3.2.- Tipos de mallas.

+e deben distin"uir dos tipos de mallas en una instalacin el*ctrica que son:

-allas de alta tensin.

-allas de baja tensin.

mbas mallas deben estar separadas de modo que la induccin de !oltajes de la malla de alta en la debaja sea / a '0& 1, a menos que la resistencia de cada una de ellas, en forma separada, sea inferior a '2 , en este caso pueden las mallas conectarse entre s3.

La resistencia de una malla de baja tensin, se"4n la norma editada por la +uperintendencia de

+er!icios #l*ctricos y Combustibles 5+#C6 queda limitada como se muestra en la e7presin 5&.'6.

5&.'6

8onde:

9&1 : !alor de tensin m7imo a que puede quedar sometida una persona cuando sucede uncortocircuito a tierra.

: !alor m7imo de la corriente de falla monofsica, definida por la corriente de operacin de lasprotecciones.

5.3.3.- Resistividad equivalente del terreno.

Una forma ideal de realiar clculos de resistencia y solicitaciones de !oltaje para una puesta a tierraubicada en un terreno de 0 o ms estratos, ser3a de disponer de una resisti!idad equi!alente quetransforme un terreno en resisti!idad ; ' , ; 0 ,


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5&.G6

5&.&6

5&.96

5&.H6

(inalmente:

5&.I6

8onde:

: rea de la malla de puesta a tierra 5m6

r : radio equi!alente del rea de la malla 5m6

h : profundidad de la malla 5m6

h i : profundidad de la capa i 5m6

; : resisti!idad equi!alente del terreno

; i : resisti!idad equi!alente de la capa i 5J=mt6

+ : rea que cubre el per3metro del electrodo de tierra 5m 0 6

ara un terreno de B capas, la situacin de resisti!idad y profundidad puede clasificarse se"4n la fi"ura$% &.0.


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(i"ura $% &.0 Confi"uracin de un terreno de tres capas.

La resisti!idad equi!alente de un terreno es dependiente de las dimensiones y ubicacin del electrodo yse modifica si cambia su rea o profundidad 5tabla $K &.'6.

Tabla %& 5.1

Capa Resistividad

(O-m)

Espesor

(m)

1 85 2

2 500 5

3 2000 infinito

Cuando se desea conocer la corriente durante un cortocircuito a tierra, es necesario que hacer uso de lasmallas de secuencia. partir de las relaciones de corriente de falla monofsica se puede realiar elcircuito de la fi"ura $% &.B.


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(i"ura $% &.B Cone7in de mallas de secuencia considerando la resistencia de falla a tierra.

#n la fi"ura $% &.B, es el !alor de resistencia de tierra, o el !alor de la corriente de secuencia cero. #es la tensin de fase neutro del sistema, antes de producirse el cortocircuito. -ediante un anlisis de lasmallas de secuencia a tra!*s de las distintas relaciones, se puede obtener finalmente la si"uientee7presin.

5&.M6

8onde:

f : Corriente de cortocircuito monofsica a tierra.

5.3.4.- Resistencia de puesta a tierra.

La resistencia de la malla de tierra de una subestacin, depende del terreno en el cual se instale, lasuperficie de la cubierta, la resisti!idad equi!alente del terreno, el !alor de la resistencia de loselectrodos, etc.

+e"4n +ch)ar, la resistencia de una malla compuesta es:

5&.'N6

8onde

' : esistencia del reticulado

0 : esistencia de las barras


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'0 : esistencia mutua entre el reticulado y las barras

ara calcular cada una de las resistencias se utilian las si"uientes ecuaciones

5&.''6

5&.'06

5&.'B6

8onde:

d : 8imetro del conductor 5m6

h : rofundidad de la malla 5m6

: rea que cubre la malla 5m 0 6

L ' : Lon"itud total de los conductores de la malla 5m6

L 0 : Lon"itud de los electrodos !erticales 5m6

; : esisti!idad del terreno 5Jm6

n : Cantidad de electrodos !erticales

r : adio de los electrodos !erticales 5m6

l : Lon"itud de la barra 5m6

Los factores O ' y O 0 se calculan de acuerdo con las si"uientes e7presiones.

5&.'G6

5&.'&6

8onde:

a : ncho de la malla 5m6

b : Lar"o de la malla 5m6


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5.3.5.- Seguridad hacia las personas.

#l ries"o de muerte de una persona que ha sufrido contacto con al"4n elemento ener"iado, dependede.

(recuencia.

-a"nitud.

8uracin de la circulacin de corriente a tra!*s del cuerpo humano.

#l tiempo que una persona puede soportar la circulacin de una corriente el*ctrica a tra!*s de su cuerpo,sin sufrir daPo corporal 5fibrilacin !entricular6, es bastante corto y puede ser determinada mediante unaecuacin e7perimental dada en la ecuacin 5&.'96

5&.'96

8onde:

A : 1alor efica m7imo de la corriente a tra!*s del cuerpo humano 56

t : Tiempo de duracin del contacto 5se".6

N.''9 : Constante emp3rica

#sta ecuacin 5&.'96 permite determinar el potencial m7imo al que puede quedar sometido unapersona cuando queda sometida a una diferencia de potencial.

La $+Q### ha propuesto en su forma st.IN, una serie de e7presiones para el calculo apro7imado de lasolicitaciones de !oltaje en el interior y contorno de una malla a tierra. #stas e7presiones se basan enuna modelacin simplificada de una malla, complementada con estudios e7perimentales realiados enmodelos 5cuba electrol3tica6. Las proposiciones iniciales se han ido modificando en las nue!as !ersionesde la norma, en la medida que los m*todos ms e7actos disponibles, han indicado diferenciasimportantes con los !alores obtenidos de este m*todo apro7imado.

5.3.5.1.- Tensin de contacto.

La tensin de contacto es aquella a la que queda sometida una persona al tocar un equipo ener"iado

5fi"ura $K &.G6.


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(i"ura $% &. GTensin de contacto

La m7ima tensin de contacto a que puede quedar sometida una persona se determina mediante laecuacin 5&.'H6.

5&.'H6

8onde:

: Tiempo de duracin del contacto 5se".6

p : esistencia de contacto de un pie con el terreno

Una apro7imacin aceptada para la tensin de contacto queda determinada por la si"uiente ecuacin5&.'I6. La tensin de contacto apro7imada deber ser menor al !alor m7imo admisible.

5&.'I6

#l !alor de O m y Oi se puede hallar mediante las si"uientes ecuaciones

5&.'M6

5&.0N6

8onde:


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8 : 8istancia entre conductores paralelos 5m6

h : rofundidad de la malla 5m6

d : 8imetro del conductor de la malla 5m6

n : $umero de conductores del lado mayor de la malla

5.3.5.2.- Tensin de paso.

La tensin de paso 5fi"ura $K &.&6 corresponde a la ele!acin de potencial debido a la corriente decortocircuito que circula desde la malla al terreno, y aunque a su !e forara a que circule una corriente

por el cuerpo de una persona que se encuentre parada sobre la malla. La tensin de paso se determinapara una distancia entre puntos a considerar con separacin de ' metro.

(i"ura $% &.& Tensin de paso.

La tensin de paso m7ima a que puede quedar sometida una persona se indica en la si"uiente ecuacin5&.0'6.

5&.0'6

La tensin de paso deber ser menor al !alor m7imo permisible, estas e7presiones quedandeterminadas de la si"uiente ecuacin 5&.006


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5&.006

8onde:

O s : (actor de proporcionalidad debido a la "eometr3a de la malla

O m : (actor de proporcionalidad debido a la "eometr3a de la malla

O i : (actor de proporcionalidad del terreno en donde se instala la malla

; : esisti!idad del terreno

: Corriente dispersada por la malla de tierra

L : Lon"itud total equi!alente de los elementos que conforman la malla, considerando conductores ymallas

t : Tiempo de operacin de las protecciones

La resistencia de contacto entre un pie y el terreno, es la del calado de la persona, mas la resistenciade contacto de *ste con el terreno. La primera de ellas, se acostumbra suponerla i"ual a cero,considerando posibles condiciones de humedad. La resistencia de contacto de un pie en el terreno sepuede determinar apro7imadamente aceptando su equi!alencia con una plancha circular de un radio deI cm.

Laurent y Reppe han propuesto para esta situacin, e7presiones que permiten determinarapro7imadamente la resistencia de un electrodo de pequePa dimensiones en comparacin con el espesordel estrato superior. Los !alores calculados con estas e7presiones son muy similares, siendo mas simpleel clculo con la de Laurent 5&.0B6.

5&.0B6

8onde:

r : N.NI metros

; s : esisti!idad del material artificial que cubre el rea de la puesta a tierra.

h s : #spesor, normalmente entre N.'N y N.'& metros.

; t : esisti!idad superior del primer estrato natural del terreno.

#n la fi"ura $% &.9 se indica, para h s S N.'N y N.'& metros, los !alores de resistencia p de contactode un pie con el terreno. 8e ella se desprende que el !alor de resistencia de un pie en el terreno !aria,dependiendo de la resisti!idad del estrato superior del terreno natural, entre '.& y B !eces ; s , para h sS N.'N metros> y entre 0 y B !eces ; s , para h s S N.'& metros. #sto difiere del !alor constante B ; s ,tradicionalmente utiliado al no considerar el efecto del terreno bajo la capa de materia artificial.


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'igura %( 5.) esistencia p de contacto de un pie en el terreno

Finalidad: conocer las propiedades ma"n*ticas o diel*ctricas 5perfil el*ctrico6 representati!os de la

calidad del terreno, que permitan un adecuado disePo de la puesta a tierra.

Metodologa , la medicin se debe efectuar en la ona del terreno en que se construir la puesta a tierra,

de no ser ello posible por falta de espacio, por la presencia obstculos u otras raones atendibles, la

medicin se debe efectuar en otra rea lo mas pr7ima posible a dicha ona.

+on aceptadas como m*todos normales de medicin, las confi"uraciones tetraelectrdicas conocidas

como +chlumber"er o 2enner, las cuales pueden aplicarse indistintamente, pero una sola de ellas en

cada oportunidad.

Los electrodos de medida se disponen sobre una l3nea recta, con separacin de hasta 'NN m. 8e no ser

posible la disposicin en recta, se debe disponer sobre una misma l3nea de ni!el, si la medicin se esta

efectuando en un cerro o lomaje, o bien si al"4n obstculo sobre un terreno llano, impide cumplir esta

condicin, la medicin puede hacerse sobre dos rectas que formen un n"ulo no mayor a '&K, con!*rtice en el centro de la medicin. +i estas condiciones no pueden ser cumplidas, la medicin se debe

efectuar en otra ona pr7ima que permita cumplirlas.

+i no se dispone de terreno como para obtener un ala de 'NN metros son aceptables mediciones con alas

de &N metros. #7cepcionalmente, por condiciones e7tremas, se aceptan alas de hasta BN metros.

Instrumentos empleados : se utiliaran "eohmetros de cuatro terminales con una escala de 'J, con una

resolucin no mayor de N.N'J y una escala m7ima no inferior a 'NNJ.

Calificacin de resultados: no procede en este caso la calificacin de resultados, dado que la medicin es

la representacin objeti!a de las caracter3sticas naturales del terreno medido.


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#l m*todo de +chlumber"er, cuya confi"uracin se muestra en la fi"ura $% &.H, consiste en hacer circular

una corriente entre los terminales C' a C0 y por consecuencia aparece una diferencia de potencial entre

los terminales ' y 0.

'igura %( 5.* -*todo de +chlumber"er

asos a se"uir en la medicin de resisti!idad del terreno:

+e conecta el instrumento para la prueba requerida como se muestra en la fi"ura $K &.I.

'igura %( 5.+ -*todo de +chlumber"er

#l centro de medicin 5punto medio6, se debe ubicar en el centro del terreno.

+e toman dos o ms conjuntos de lecturas, mo!i*ndose a lo lar"o de dos l3neas paralelas y

perpendiculares.


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La profundidad de enterramiento hD de los electrodos no ser mayor que 'N cm. #n el caso que LD

sea i"ual o menor que 'N m. ara los !alores de LD mayores de 'N m, la profundidad de enterramiento

hD debe ser mayor que 'N cm, no sobrepasando los 0N cm.

La separacin LD entre el centro de medicin y los electrodos de corriente C'D y C0D, y la separacin

D entre los electrodos se irn !ariando, y tomando las lecturas respecti!as, de acuerdo al tamaPo del

terreno.

+e debe calcular la resistencia en cada medida, esta se establece por la ley de Jhm 5&.0G6.

5&.0G6

8onde:

: esistencia medida en Jhm 5J6

;1 : 8iferencia de potencial entre ' y 0, medida en 1olt 516.

: Corriente que circula entre C' y C0, medida en mperes 56.

ara calcular la resistencia aparente de cada medida ; ' , y completar el formulario de medidas de

resisti!idad

5&.0&6

8onde:

;' : esisti!idad aparente 5Jm6.

: esistencia medida en Jhm 5J6

L : 8istancia de los electrodos de corriente con respecto al punto central.

: 8istancia de los electrodos de potencia con respecto al punto central.

(NCH Elec. 4/2003 Apndice 7 prrafo 7.3)

5.5.1.- ,onsideraciones rcticas

Finalidad $conocer el !alor de resistencia de una puesta a tierra de acuerdo a un disePo espec3fico.#ste !alor ser comparado con el de disePo y ser utiliado para calificar la efecti!idad esperada de lapuesta a tierra.

Metodologa $ si bien el empleo de una fuente de corriente independiente y medicin de corriente y!oltaje con instrumentos indi!iduales ofrece un mayor "rado de precisin y se"uridad, el conse"uir loselementos necesarios con las caracter3sticas adecuadas al proceso de medicin puede presentar un"rado de dificultad considerable y por ello lo usual es efectuar estas mediciones con al"uno de losmodelos de "ehmetro disponible en el mercado> en cualquiera de ambos casos la metodolo"3a es lamisma y bsicamente deber se"uir los pasos si"uientes:
http://patricioconcha.ubb.cl/eleduc/public_www/capitulo5/medicion_de_resistencia_de_puesta_a_tierra.html#1http://patricioconcha.ubb.cl/eleduc/public_www/capitulo5/medicion_de_resistencia_de_puesta_a_tierra.html#1


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La tierra de referencia se ubicar en un punto que "arantice estar fuera de la ona de influencia de lapuesta a tierra por medir> como re"la "eneral se acepta que esto se lo"ra ubicando la tierra dereferencia a una distancia comprendida entre tres y seis !eces el alcance !ertical de la puesta a tierra.ara una puesta a tierra enmallada este alcance !ertical est representado por la lon"itud de su dia"onalmayor.

La corriente se inyectar al suelo a tra!*s de la puesta a tierra por medir y la tierra de referencia,

puntos C' y C0> el potencial se medir entre la puesta a tierra por medir y una sonda de posicin!ariable, puntos ' y 0 de> ello si"nifica que el circuito de corriente y de medicin de potencial tienenun punto com4n en la puesta a tierra por medir, representado por la unin C'='. #n el caso de utiliaren la medicin un "ehmetro de tres electrodos este punto com4n !iene dado en el instrumento ycorresponde al terminal de la iquierda, ubicndose frente al instrumento> en el caso de utiliar un"ehmetro de cuatro electrodos se deber hacer un puente entre C' y ' y este punto com4n seconectar a la puesta a tierra por medir.

#l desplaamiento de la sonda de medicin de potencial se har sobre tramos uniformes,recomendndose un espaciamiento de apro7imadamente un 0Na!o de la distancia entre la puesta atierra y la tierra de referencia. ara el caso de mediciones de tierras en instalaciones de consumo osistemas de distribucin un espaciamiento de cinco metros es recomendable.

La serie de !alores obtenidas se lle!ar a un "rfico con las distancias de enterramiento de la sonda

de medicin de potencial respecto de la puesta a tierra en abscisas y los !alores de resistencia obtenidosen cada medicin en ordenadas. +i la parte plana esperada de la cur!a de !alores de resistencia no seobtiene ello si"nifica que no se ha lo"rado ubicar la tierra de referencia fuera de la ona de influencia dela puesta a tierra y la distancia entre ellas debe aumentarse hasta obtener dicho tramo horiontal. #lori"en del "rfico, distancia cero, estar al borde de la puesta a tierra por medir.

+i por no disponer de terreno suficiente para lo"rar el alejamiento adecuado entre ambas tierras no esposible obtener la parte horiontal de la cur!a, una apro7imacin confiable es adoptar el !alor deresistencia obtenido a una distancia equi!alente al 9& de la distancia entre la puesta a tierra y la tierrade referencia.

Los resultados de la medicin efectuada de este modo son independientes de los !alores deresistencia propios de la tierra de referencia y de la sonda de medicin de potencial, ran por la cual, laprofundidad de enterramiento de estos elementos no es un factor incidente en los resultados.

Nota: #sta condicin a lle!ado a la confusin bastante e7tendida de aceptar como !alor representati!ode la resistencia de la puesta a tierra, al obtenido a una distancia de 0Nm, lo cual es !lido slo para elcaso que el electrodo de puesta a tierra sea una barra de Bm de lar"o y dimetro no superior a 0Nmm,enterrada en forma !ertical.

Instrumentos empleados: puede emplearse en este caso el mismo instrumento de cuatro electrodosempleado para la medicin de resisti!idad de terreno, creando el punto com4n uniendo los terminales C'y ', tal como se indic en la metodolo"3a> en los 4ltimos modelos de al"unas marcas, este puente!iene preparado internamente y el instrumento dispone de dos posiciones de medicin, las cuales seseleccionan mediante un botn. #7isten tambi*n "ehmetros de tres electrodos, que presentan como!entaja un costo considerablemente menor que los de cuatro, sin embar"o su capacidad est limitadae7clusi!amente a la medicin de resistencias, en tanto los de cuatro electrodos sir!en indistintamentepara medir resisti!idades y resistencias.

Calificacin de resultados: el !alor de resistencia obtenido de la medicin se comparar con el !alorcalculado en el proyecto y con los !alores l3mites establecidos por la norma> en caso de que este !alorsea i"ual o menor al calculado y cumpla con los l3mites de norma, el !alor ser certificado, en casocontrario se deber redisePar la puesta a tierra y adoptar las disposiciones necesarias para cumplir conaquellas condiciones.

5.5.1.- Consideraciones Prcticas

#n toda medicin de resistencia de puesta a tierra, es necesario tener presente los posiblesacoplamientos entre los circuitos de corriente y potencial, como tambi*n las corrientes y !oltajesresiduales en la ona de medicin. #stos aspectos, en combinacin con el tamaPo de la puesta a tierra amedir y el orden de ma"nitud de la resistencia, determinan el tipo de instrumento a emplear y losprocedimientos a se"uir en la medicin.


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Utilizacin de instrumentos porttiles, esta alternati!a tiene una !entaja de una mayor simplicidad yrapide en la medicin. +in embar"o, lo reducido de las corrientes inyectadas y, por lo tanto, lo reducidode los !oltajes medidos, hacen que estas mediciones se !ean muy afectadas por los !oltajes residualesque pueden e7istir en las onas de medicin, sobre todo en el caso de instalaciones ener"iadas. +edeben utiliar e7clusi!amente en puestas a tierra pequePas.

Inyeccin de corriente elevadas ! " #$ %&, para ello, se utilia normalmente la alimentacin en baja

tensin 500NQB&N 16, o la tensin de ser!icio au7iliares e7istentes en la instalacin. Las medidas serealian con instrumentos tradicionales !olt3metro amper3metro. La medicin con corriente inyectadasaltas, aun que mas compleja, elimina o aminora el efecto de los !oltajes residuales.

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