SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Ing. Ricardo Zurita Armas

CONTENIDO:

• Generalidades y conexiones de la puesta a tierra.

• Resisteividad del terreno

• Medición de la resistividad del suelo.

• Cálculo de la resistencia de la puesta a tierra

Generalidades y Conexiones de la Puesta a Tierra.

JUSTIFICACIÓN DE LA PUESTA A TIERRA:

Cuando se trata de instalaciones eléctricas que darán servicio a una extensa gama de aparatos eléctricos y electrónicos ya sean fijos o móviles; con carcazas metálicas y no metálicas, susceptibles al deterioro desde el punto de vista eléctrico, es fundamental la protección contra las fallas debido al deterioro del aislamiento que originan la aparición de tensiones por contactos indirectos.

TOQUE ELÉCTRICO:

Es el contacto accidental con un conductor u objeto electrizado que ocasiona inicialmente estremecimiento y contracciones súbitas en una persona o en un animal; la severidad y consecuencias de estas y otras manifestaciones, dependerán de la intensidad de la corriente eléctrica y del tiempo que ésta circule por el cuerpo.

Contacto Directo:

Contacto Indirecto:

Recorrido de la Corriente de Falla:

Corrientes Admisibles Por El Cuerpo Humano:

IK (60 HZ) SENSACIÓN

Menor 1,0 mA LÍMITES DE PERCEPCIÓN

De 1,0 a 6,0 mA FASTIDIO, HORMIGUEO

De 6,0 a 25 mA MALESTAR, CALAMBRES

De 25 a 50 mA ASFIXIA, DESCONTROL

Según el peso medio de la persona (70 kg asignado para los hombres y 50 kg. para las mujeres.), las normas adoptan como límite de corriente admisible, 50 mA, en intervalos de hasta 3,0 segundos

Resistencia Eléctrica Del Cuerpo Humano:

Potencial Admisible Por El Cuerpo Humano:

OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA:

• Conducir a tierra todas las corrientes anormales que se originan como consecuencia de carcazas de los equipos eléctricas energizados.

• Evitar que aparezcan tensiones peligrosas para la vida humana en las carcazas metálicas de los equipos eléctricos.

• Permitir que la protección del circuito eléctrico, despeje la falla inmediatamente ocurrida ésta.

CONEXIONES TÍPICAS DE ATERRAMIENTO DEL NEUTRO:

En los sistemas eléctricos el neutro de un transformador puede adoptar diferentes formas de tratamiento:• Neutro aislado.• Neutro aterrado.

Sistema Eléctrico Con Neutro Aislado:

Retorno de la corriente de falla

Neutro Flotante

Retorno de corriente de Falla

Flotante

Real

Vn/√3

Vn

Falla

I f

Sistema Eléctrico Con Neutro A Tierra:

Retorno de la corriente de falla

Neutro a Tierra (U=0)

Retorno de corrientes de falla

Real

Real

Vn/√3

Vn

Falla

I f

Conexión a tierra

Puesta a tierra

N

Sistema con neutro aislado en 220 V

Sistema con neutro a tierra en 220 V

Puesta a Tierra de los Sistemas Eléctricos

Z

Puesta a Tierra de los Equipos Eléctricos

Resistividad del Terreno

RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS:

La resistividad de terreno es la resistencia que presenta al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de arista. Se mide en Ω m y se representa con la letra ρ.

I1 m

1 m

1 m

l

sR

Donde:ρ: Resistividad en (Ω m)R: Resistencia en (Ω)S: Sección en (m2)l : Longitud en (m)

Factores Que Determinan la Resistividad de los Suelos:

En la resistividad del terreno influyen los siguientes factores y es necesario su evaluación:• Naturaleza de los suelos.• La humedad.• La temperatura del terreno.• La concentración de sales disueltas.• La compactación del terreno.• La estratificación del terreno.

NATURALEZA DE LOS SUELOS:NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD

Ω-m

TERRENO PANTANOSOLIMOHUMOSTURBA HÚMEDAARCILLA PLÁSTICAMARGAS Y ARCILLAS COMPACTASMARGAS DE JURÁSICOARENA ARCILLOSAARENA SILÍCEASUELO PEDREGOSO CUBIERTO DE CÉSPEDSUELO PEDREGOSO DESNUDOCALIZA BLANDACALIZA COMPACTACALIZA AGRIETADAPIZARRAROCAS DE MICA Y CUARZOGRANITO Y GRES PROCEDENTES DE ALTERACIÓNGRANITO Y GRES MUY ALTERADOS

HASTA 3020 A 10010 A 1505 A 100

50100 A 200 30 A 40

50 A 500 200 A 3000

300 A 5001500 A 3000100 A 300

1000 A 5000500 A 100050 A 300

8001500 A 10000100 A 600

La Humedad:

% Humedad% Humedad

Rh

oR

ho

(Oh

m

(Oh

m --

m)

m)

15%15%

La HumedadLa Humedad

% Humedad% Humedad

Rh

oR

ho

(Oh

m

(Oh

m --

m)

m)

15%15%

La HumedadLa Humedad

La Temperatura Del Terreno:

Temp. ( ° C )Temp. ( ° C )

Rho

Rho(O

hm

(O

hm

--m

)m

)

0 ° C0 ° C

hielohielo

aguaagua

4 10 50 90 4 10 50 90 100100--20 20 --10 10

La TemperaturaLa Temperatura

Temp. ( ° C )Temp. ( ° C )

Rho

Rho(O

hm

(O

hm

--m

)m

)

0 ° C0 ° C

hielohielo

aguaagua

4 10 50 90 4 10 50 90 100100--20 20 --10 10

La TemperaturaLa Temperatura

La concentración de Sales Disueltas:

% de Sal% de Sal

Rh

oR

ho

(Oh

m

(Oh

m --

m)

m)

2%2%

Concentración De Sales

La Compactación Del Terreno:

CompactaciónCompactación

Rh

oR

ho

(Oh

m

(Oh

m --

m)

m)

2%2%

% Humedad% Humedad

W1W1

W2W2

W3W3

Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno

CompactaciónCompactación

Rh

oR

ho

(Oh

m

(Oh

m --

m)

m)

2%2%

% Humedad% Humedad

W1W1

W2W2

W3W3

Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno

La Estratificación Del Terreno:

I I

I I

h

21

21

21

21

I I

I I

h

21

21

21

21

Medición de la Resistividad del Terreno

MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:

Para conseguir un valor bajo de resistencia de puesta a tierra es necesario saber la resistividad del terreno y su espesor respectivo, para ello debe evaluarse el comportamiento del suelo como conductor eléctrico a partir de medidas realizadas con un instrumento llamado Telurómetro.

ESTRATOS DEL TERRENO:

En gran parte de las ciudades del país, a la profundidad que se entierran los electrodos de puesta a tierra (máximo 3,5 m) el suelo está compuesto mayormente de dos estratos:

SUPERFIC IE D EL SUELO

TIERRA LIM O SAO ARENO SA

ESTRATO SUPERFIC IAL h 1

2C ONG LO M ERADO

TIERRA FINAPIEDRA M ENUDA

Y G RUESAESTRATO

SUBYAC ENTE

• Un estrato superficial: De 0,3 a 1,2 m

• Un estrato subyacente:

FINALIDAD DE LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:

• Obtener la resistividad de cada estrato o capa.• Encontrar la profundidad de los estratos o capa.• Ubicación óptima de las instalaciones de puesta

a tierra.

MÉTODO WENNER PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:

Se colocan cuatro electrodos auxiliares en una línea recta, con igual separación e igual profundidad de penetración en el terreno.

C1

V

I

a aa

P1 P2 C2

Ecuación para determinar la resistividad del terreno:

Donde:

: Resistividad del terreno (ohmio – metro)

R: Resistencia medida (ohmios)

a: Distancia entre electrodos (metros)

b: Profundidad de penetración de los electrodos (metros)

n: Factor aproximado que tiene un valor entre 1 y 2 (depende de la relación b/a)

La ecuación puede aproximarse a:

= 4 a R ; Si b > a

= 2 a R ; Si b a

naR 4

Profundidad de la capa de terreno en estudio:

La profundidad de la capa de terreno del que estamos midiendo la resistividad, es directamente proporcional a la separación entre electrodos; su valor es:

a

P2 C2C1 P1

a a

I

V

MEDIDOR DE RESISTIVIDAD

h

0.3

m

ah4

3

Suelo estratificado de dos capas:

a

1

2

12

a

a

2

1

a

21

Suelo estratificado de tres capas:

a

1

321

a

a

1

a

321

a

1321

a

a

a

321

(a) (b)

(c) (d)

Cálculo de la Resistencia de Puesta a Tierra

SUELOSUELOCONJUNTO DECONJUNTO DE

ELECTRODOSELECTRODOS RTRT

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA DE LAS

PUESTAS A TIERRA

Los otros factores relevante en todo sistema de puesta a tierra son los electrodos a tierra y de la configuración geométrica.

• Electrodo vertical.

• Electrodo horizontal.

• Malla.

ELECTRODOS VERTICALES (BARRAS )

• a : Radio de la barra (m)• R : Resistencia a tierra de la barra (Ohm)• L : Longitud de la barra (m)

• ρ : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m)

a

2LLn

L2

ρR

LL

Varillas para puesta a tierra:

Los electrodos tipo jabalina, son varillas de cobre duro que en el mercado los podemos encontrar en longitudes estandarizadas de 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 m con diámetros a escoger de 0,016 y 0,019 m. Estos electrodos se introducen en el terreno en forma vertical (por lo general) o en forma horizontal.

3/4” = 19 mm5/8” = 16 mm

Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Vertical

1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto)

2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar

3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Empalme Múltiple Soldado 7.- Pozo (Vertical) 8.- Relleno Conductor 9.- Lechos de Sal10.- Niveles de Impregnación

APLICACIÓN

Determinar la resistencia de puesta a tierra de una barra en las siguientes condiciones:

L = 2,0 m ; = 100 Ohm - m

a = 0,008 m

Solución :

2 L 100 2 * 2

R = -------- Ln ------ = --------------- Ln -----------

2 L a ( 2* 3,14* 2) 0,008

R = 49,45 Ohm

Resistencia de puesta a tierra de dos o mas electrodos en paralelo:

Si bien, el objetivo es disminuir la resistencia equivalente, esto se logra teniendo un espaciamiento mínimo entre jabalinas al doble de su longitud con el fin de evitar zonas de interferencia.

ELECTRODOS HORIZONTALES

• d : Diámetro del electrodo (m).• R : Resistencia a tierra del conductor (Ohm).• L : Longitud del electrodo (m).

• ρ : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).

• h : Profundidad de enterramiento (m).

L

h

Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Horizontal

1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto)

2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar

3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Relleno conductor 7.- Lecho de sal. 8.- Nivel de impregnación

APLICACIÓN

Determinar la resistencia de puesta a tierra de un conductor horizontal en las siguientes condiciones :

L = 50m; ρ = 100 Ohm - m

d = 0,0022 m; h = 0,6 m

Solución :

L2 100 502

R = ---------- Ln -------- = ------------------ Ln ---------------- 2 L d * h (2 * 3,14 * 50) ( 0,0022 * 0,6)

R = 4,6 ( Ohm )

MALLA A TIERRA (MÉTODO APROXIMADO DE LAURENT )

• S : Superficie que cubre la malla (m2).• R : Resistencia a tierra de la malla (Ohm).• L : Longitud total del conductor de la malla (m).· 𝝆 : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).

APLICACIÓN

Determinar la resistencia de puesta a tierra de una malla en las siguientes condiciones:

100 100R = --------------- + -------- = 14,16 Ohm 4 * 6*3/ 27

6 m

3 m

R = --------------- + ------ 4 * s/ L

= 100 Ohm-m

CONCLUSIÓNES:

• No todos los terrenos son eléctricamente iguales.

• En un mismo terreno, cada sistema de

electrodos de puesta a tierra da origen a

valores de resistencia diferentes.

• No existe una solución única al problema de

las puestas a tierra, cada situación es

particular y por lo tanto se debe asumir como

tal.

Ejecución de una Puesta a Tierra

PRESUPUESTO APROXIMADO

TORNILLODE SUJ EC ION

C ONDUC TORDE

C ONEXION

Medición de la Resistencia de Puesta a Tierra

Electrodos auxiliares

Equipo de medición(Telurómetr

o)

Pinzas auxiliares

Conductores

E PC

A B

MG

F

Zona de medida para el cálculo delverdadero valor de la resistencia del

electrodo E

Res

iste

ncia

de

med

ida

Distancia entre E yel electrodo auxiliar

C