Sistemas de Puesta a Tierra en Instalaciones de Baja Tensión
Sistemas de Puesta a Tierra en Instalaciones de Baja Tensión
CIE 20201020
Expectativas de logro:
Reconocer las funciones y objetivos de un sistema de puesta a tierra
Definir los parámetros que determinan la resistencia de un sistema de puesta a tierra
Analizar los esquemas de conexión a tierra
Simular la medición de sistemas de puestas a tierra
Expectativas de logro:
Reconocer las funciones y objetivos de un sistema de puesta a tierra
Definir los parámetros que determinan la resistencia de un sistema de puesta a tierra
Analizar los esquemas de conexión a tierra
Simular la medición de sistemas de puestas a tierra
La puesta a tierra de una instalación comprendetoda unión conductora ejecutada en forma directa,
sin fusible ni protección alguna, y de secciónsuficiente entre las partes metálicas no activas
de la instalación y un electrodo o grupode electrodos enterrados en el terreno
DefiniciónDefinición
DefinicionesDefiniciones
Puesta a tierra de servicio: es la puesta a tierra de uno o máspuntos de una red, de una instalación o de un equipo o material
por razones distintas a las de seguridad eléctrica.
VEI 195-01-13
Puesta a tierra de protección: es la puesta a tierra de uno o máspuntos de una red, de una instalación o de un equipo o material
por razones de seguridad eléctrica.
VEI 195-01-11
Función principalFunción principal
Derivar a tierra las corrientes de cualquier naturaleza quese pueden originar, ya sea debidas a descargas atmosféricas
(corrientes de alta frecuencia) o se trate de corrientes de fallapor contacto accidental con conductores de mayor tensión
(corrientes de defecto a frecuencia industrial).
Funciones principalesFunciones principales
Limitar la tensión ante condiciones de operación normales, de manera que cualquier equipo conectado al
sistema, sólo esté sujeto a un cierto nivel de tensión relativo a tierra.
Facilitar la operación de los dispositivos de protección,tales como fusibles, interruptores automáticos, con
actuación termomagnética o electrónica, interruptores diferenciales o similares cuando hay un defecto simple que
derive corriente a tierra
También tiene como funciones:
Resistencia de puesta a tierraResistencia de puesta a tierra
Comprende la suma de las siguientes partes:
Resistencia del conductor
Resistencia de contacto
Resistencia del suelo
Resistencia del conductorResistencia del conductor
Se determina por los procedimientos usuales:
slR
mmmCu
2
581:
mmmAl
2
351:
Resistencia de contactoResistencia de contacto
Es la resistencia de contacto entre la superficie del electrodo y el terreno que lo rodea.
Resistividad del terrenoResistividad del terreno
I
1 m
1 m
1 m
Influencias en la resistividaddel terrenoInfluencias en la resistividaddel terreno
Naturaleza del terreno Humedad Temperatura Salinidad Estratigrafía Variaciones estacionales Factores de naturaleza eléctrica Compactación
Naturaleza del terrenoNaturaleza del terreno
TIPO DE SUELO
CONDICIONES CLIMÁTICAS
APrecipitaciones normales y
abundantes(más de 500 mm por año)
BPrecipitaciones escasas y
condiciones desérticas(menos de 500 mm por año)
CAguas
subterráneassalinas
Valor más probable
Gama de valoresmedidos
Gama de valoresmedidos
Gama de valores medidos
m m m m
Aluvial y arcillas livianas 5 * * 1 a 5
Arcillas (excluyendo al aluvial) 10 5 a 20 10 a 100 3 a 10
Greda 20 10 a 20 50 a 300 3 a 10
Tierra calcárea porosa (por ejemplo greda) 50 30 a 100 50 a 300 3 a 10
Arenisca porosa 100 30 a 300 > 1000 10 a 30
Cuarzos y piedra caliza compacta y cristalina 300 100 a 1000 > 1000 30 a 100
Pizarras arcillosas y esquistos pizarrosos 1000 300 a 3000 > 1000 30 a 100
Granito 1000 300 a 3000 > 1000 30 a 100
Pizarras rajadizas, rocas ígneas 2000 > 1000 > 1000 30 a 100
HumedadHumedad
15
1 0
. m )
5
H U M E D A D E N % R E F E R ID A A T E R R E N O S E C O
A R C ILL AT E R R E N O S U P E R F IC IA LM A R G A A R C ILL O S A
0
2 0 0 .0 0 0
1 6 0 .0 0 0
1 2 0 .0 0 0
8 0 .0 0 0
4 0 .0 0 0
TemperaturaTemperatura
. m )3 0 0 0
2 5 0 0
2 0 0 0
1 5 0 0
1 0 0 0
5 0 0
0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 1 0 2 0 4 0 6 0T E M P E R A T U R A D E L T E R R E N O
TemperaturaTemperatura
D E F M A M J JL A S O N-5
-10
-5
0
0
5
5
10
15
°C
20DIC-ENE
P = 0,45 m.
P = 0,90 m.
P = 5,00 m.
P = 2,00 m.
Sup. Terreno
-10
-5,5
-4
-1,5
1,5
SalinidadSalinidad
2
. m)
SALINIDAD DEL TERRENO
10
10
%
20151050
EstratigrafíaEstratigrafía
1
2
3
Profundidad de hincadoProfundidad de hincado
RESIS
TENC
IA [o
hm]
1,5 PROFUNDIDAD [m]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 3 5 10 15 20 25 30 xm
xm
x m
FORMULA DE CÁLCULO
A = RADIO [ ]m[ ]mL = LONGITUD
R = 2 L )ln( 4LA
- 1
= RESISTIVIDAD
R = RESISTENCIA [ ]
]m[ X
Variaciones estacionalesVariaciones estacionales
a
b
b: toma de tierra en profundidada: toma de tierra en superficie
70%
100%
130%
DICIEM.NOVIE.OCTUB.SEPTI.AGOSTOJULIOJUNIOMAYOABRILMARZOFEBRE.ENERO
Factores de naturaleza eléctricaFactores de naturaleza eléctrica
Gradiente de potencial
Magnitud de la corriente de defecto
Descargas atmosféricas directas
CompactaciónCompactación
La resistividad del terrenodisminuye con la compactación
del mismo
Electrodo hemiesféricoElectrodo hemiesférico
r2
R
Electrodo IRAM 2309Electrodo IRAM 2309
1
8
2 dl
lR ln
rl
lR ln
2PAT
Electrodo IRAM 2309Electrodo IRAM 2309
Electrodo IRAM 2309Electrodo IRAM 2309
Electrodo no normalizadoElectrodo no normalizado
Tensión de contactoTensión de contacto
R1 R0
R / 2p
Rc
1 m
R1
R0
Rc
R / 2p
Tensión del pasoTensión del paso
R2 R0
Rc
1 m
RpRp
R1
R2
R0
Rc
Rp
R1Rp
Tensión de contacto presunta:
Es la tensión entre dos partes conductorassimultáneamente accesibles cuando estas partes NOestán siendo tocadas por una persona o animal
Tensión límite convencional de contacto:
Máximo valor de la tensión de contacto presunta quese permite mantener por tiempo indefinido encondiciones especificadas de influencias externas
AEA 91140AEA 91140
Radio equivalenteRadio equivalente
El radio equivalente de un electrodo de puesta a tierra es el radio de un
electrodo hemiesférico que en igualdad de condiciones presenta
igual resistencia de puesta a tierra (e igual o mayor tensión de paso)
Radio equivalenteRadio equivalente
r2
RR
2
r
rl
lR ln
2PAT
rl
l
lner
Separación entre puestas a tierraSeparación entre puestas a tierra
Designación comercial Diámetro exterior [ mm ] Longitud [ m ] 10 re [ m ]
1 / 2 “ 12,6
1,5 3,23 5,4
4,5 7,66 9,8
5 / 8 “ 14,6
1,5 3,23 5,6
4,5 7,86 10
3 / 4” 16,2
1,5 3,43 5,8
4,5 86 10,2
2 – Coordinación con un dispositivo deprotección
1 – Equipotencialidad del sistema
Desconexión automáticaDesconexión automática
CEP E
PE o BPT BEPCEP CEP
Conductores PE independientes
H°A°
TS1 TS2
TS4
TS6
TS8
TS3
TS5
TS7
TFMTIL
SALA DE MÁQUINAS
PE
PE
PE
PE
PE
PE
PE
PE
PE
PE
EquipotencialidadEquipotencialidad
C
CEP E
PE
PE o BPT
B1
BEPCEP CEP
M
M M
M
PEP (PE Principal o colector)
PE
PEP
CESL B2 CES
PECES
PE
H°A°
PE M
EquipotencialidadEquipotencialidad
Caño degas
Caño deagua
Medidor deagua
M
1
7
CESTABLERO SECCIONAL
7
PEPE PE o BPT
L3
Guías del ascensor
1
PUNTA CAPTORA
PUNTA CAPTORA
TABLERO PRINCIPAL
2
M
L2
L1
N
PE o BPTFS
CEP
a in
stal
acio
nes
sani
taria
s8
2
Conductos decalefacción
CEP abarra PE
CEP
a a
nten
aC
EP a
cen
tral t
elef
ónic
a
PE c
ondu
ctor
de
prot
ecci
ón d
e ta
bler
o se
ccio
nal
PE c
ondu
ctor
de
prot
ecci
ón d
e ci
rc. d
e ilu
min
ació
n
PE c
ond.
de
prot
ecci
ón d
e ci
rc. d
e to
mac
orrie
ntes
Cañería con tomade tierra separada
por causa delservicio
(por ejemplopor poseerproteccióncatódica)
EquipotencialidadEquipotencialidad
Agujero libre para conexión transitoria
de PAT
Puente de conexión(removible con herramientas)
Medidor degas
Caño degas
Caño deagua
Grapa
Medidor deagua
Pieza deaislación
M
FS
M
MConductos decalefacción
9
65
3
Desagües
BEP
Puesta a tierrade cimientos
3 PE C
ondu
ctor
de
prot
ecci
ónde
l des
carg
ador
de
corri
ente
de
rayo
Electrodo depuesta a tierra
(jabalina)4 4
A centraltelefónicadel edificio
EquipotencialidadEquipotencialidad
Sección de los conductores de
líneade la instalación
S [ mm2 ]
Sección nominal del correspondiente conductor de protección“SPE” [ mm2 ] y del conductor de puesta a tierra “SPAT” [ mm² ]
Si el conductor de protección (o el de puesta a tierra) es del mismo material
que el conductor de línea
Si el conductor de protección (o el de puesta a tierra) no es del mismo material
que el conductor de línea
S ≤ 16 S
16 S ≤ 35 16 (a)(a)
S 35 S/2 (a)(a)
(a) Para el conductor PEN la reducción de la sección se permite sólo de acuerdo con las reglas de dimensionamiento del conductor neutro (ver Capítulo 52 de esta Reglamentación).
Sxkk
2
1
162
1 xkk
22
1 Sxkk
Secciones mínimas de conductores de puesta a tierra y protecciónSecciones mínimas de conductores de puesta a tierra y protección
Conductos decalefacción
CEP
BEP
2/PECEP SS
Sección de conductores de equipotencialidad principalesSección de conductores de equipotencialidad principales
PE 1
PE 2
CES
21 PEPECES SoSS
Sección de conductores de equipotencialidad suplementariosSección de conductores de equipotencialidad suplementarios
PE
CES
2/PECES SS
Sección de conductores de equipotencialidad suplementariosSección de conductores de equipotencialidad suplementarios
AEA 90479-1:2020AEA 90479-1:2020
10 000
5 000
2 000
1 000
500
200
100
50
20
10
ms
0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1 000 2 000 5 000 10 000
AC-1 AC-3
a b c1 c2 c3
AC-4.1
AC-4.2AC-4.3
AC-4
Corriente en el cuerpo IB
Dur
ació
n de
l pas
o de
la c
orrie
nte
t
AC-2
mA
Impedancia del cuerpo humanoImpedancia del cuerpo humano
mhsTmhTptmT ZZZ 222 25,05,0
Z ip Z ip
Z ipZ ip
Z ip /5
Impedancia del cuerpo humanoImpedancia del cuerpo humano
Tabla 2 de AEA 90479-1 – Impedancia total mano a mano a 50/60 Hz, para superficie de contacto grande en condición mojada
Tensión de contacto[V]
Valores de la Z total () del cuerpo humano que no son sobrepasadas por el:
5% de la población 50% de la población 95% de la población
25 1 175 2 175 4 100
50 1 100 2 000 3 675
75 1 025 1 825 3 275
100 975 1 675 2 950
125 900 1 550 2 675
150 850 1 400 2 350
175 825 1 325 2 175
200 800 1 275 2 050
225 775 1 225 1 900
400 700 950 1 275
500 625 850 1 150
700 575 775 1 050
1000 575 775 1 050
Asintótico 575 775 1 050
Impedancia del cuerpo humanoImpedancia del cuerpo humano
Tabla 3 de AEA 90479-1 – Impedancia total mano a mano a 50/60 Hz, para superficie de contacto grande en condición mojada y salada
Tensión de contacto[V]
Valores de la Z total () del cuerpo humano que no son sobrepasadas por el:
5% de la población 50% de la población 95% de la población
25 960 1 300 1 755
50 940 1 275 1 720
75 920 1 250 1 685
100 880 1 225 1 655
125 850 1 200 1 620
150 830 1 180 1 590
175 810 1 155 1 560
200 790 1 135 1 530
225 770 1 115 1 505
400 700 950 1 275
500 625 850 1 150
700 575 775 1 050
1000 575 775 1 050
Asintótico 575 775 1 050
Tensión de contacto
(V)
Impedancia total del cuerpo humano
ZTꞏh2m(Ω)
ZTꞏhs2m(Ω)
ZTꞏtm2p(Ω)
25 1 175 960 827,50
50 1 100 940 785
75 1 025 920 742,50
100 975 880 707,50
125 900 850 662,50
150 850 830 632,50
175 825 810 615
200 800 790 597,50
225 775 770 580
400 700 700 525
500 625 625 468,75
700 575 575 431,25
1 000 575 575 431,25
Impedancia total del cuerpo humanoImpedancia total del cuerpo humano
Despreciable
Ambiente seco
Presencia de agua
Medio ambiente
AD1
Influencias externasInfluencias externas
Goteo vertical
Ambiente húmedo
Presencia de agua
Medio ambiente
AD2 y 3 Pulverización
Influencias externasInfluencias externas
Salpicaduras
Ambiente mojado
Presencia de agua
Medio ambiente
AD4 y 5 Chorros de agua
Influencias externasInfluencias externas
Tiempos de desconexiónTiempos de desconexión
Tiempos de desconexiónTiempos de desconexión
0,1 1 10 100 1 0000,01
0,1
1
10Ti
empo
(s)
Tensión de contacto (V)
Mano a manoMano a pieMano a glúteos
ab
a ab
c1c1
c1
b
R
S
T
PE
Origen de la instalación
Ra
Alimentación Utilización
Masa
Zt
C3 C2 C1
Id
Id
Lazo de falla esquema ITLazo de falla esquema IT
R
S
T
PEN
Zt
Origen de la instalación
Masa
PE
Alimentación Utilización
Masa
PE
Rb
N
Id
Id
Lazo de falla esquema TN-CLazo de falla esquema TN-C
Falla en esquema TN-CFalla en esquema TN-C
L1L2L3PEN
L2C
RbERbR
BEP
Resistencia de PAT en esquema TN-CResistencia de PAT en esquema TN-C
)V(U)V(U)V(U
)(R)(R
L
L
E
b
0
V)V(UV
)(R)(R
E
b
2424
0
Balance de tensionesBalance de tensiones
L1
L3L2
R
220 V
248 V
E
RB
0 - U LU
U =49V < U B L
380 V
Resistencia de puesta a tierraResistencia de puesta a tierra
R B
1
2
3
4
5
100 200 300 400 500 600
220
3 3
380
3
500
3
660
3
1000
U =50 VL
U =24 VL
Lazo de falla esquema TN-SLazo de falla esquema TN-S
R
S
T
PE
Zt
Origen de la instalación
Masa
Rb
Alimentación Utilización
Masa
N
Id
Id
Lazo de falla esquema TN-SLazo de falla esquema TN-S
PElíneaa RR
UI
0.8,0
máxmáxa L
SU
sL
UI..5,1.2..8,0
5,1.2
.8,0 00
amáx I
SUL..5,1.2..8,0 0
RUIRRR aPElínea 2
.8,0 0Si
CorreccionesCorrecciones
S (mm2) 120 150 185 240 300
f Factor dereactancia 0,9 0,85 0,8 0,75 0,72
amáx I
SULf..5,1.2..8,0. 0
Lazo de falla esquema TTLazo de falla esquema TT
R
S
T
N
Zt
Masa
Rb
PE
Origen de la instalaciónAlimentación Utilización
Ra
Id
Id
Valores máximos de resistencia de PAT de protecciónValores máximos de resistencia de PAT de protección
Corriente diferencial máxima asignada del dispositivo
diferencialIn
Columna 1Valor máximo de la
resistencia de la toma de tierra de
las masas eléctricas Ra ()
para UL 50 V
Columna 2Valor máximo de la
resistencia de la toma de tierra de
las masas eléctricas Ra ()
para UL 24 V
Columna 3Valor máximo permitido de la
resistencia de la toma de tierra de
las masas eléctricas Ra ()
Sensibilidadbaja
20 A10 A5 A3 A
2,5 1,2 0,65 2,4 1,210 4,8 2,417 8 4
Sensibilidad media
1 A 50 24 12500 mA 100 48 24300 mA 167 80 40100 mA 500 240 40
Sensibilidadalta
Hasta 30 mAinclusive Hasta 1666 800 40
Método de WennerMétodo de Wenner
Método de WennerMétodo de Wenner
De:
se tiene:
con:
preferiblemente
IUR
Ra2
a0,1b
a0,05b
Aplicación del método de WennerAplicación del método de Wenner
Método de SchlumbergerMétodo de Schlumberger
E Es S H
C1 P1 P2 C2
b
O
d
A
V
G
d
a
2d
4
/4ad P2P122
R
Medición de resistencia de PATMedición de resistencia de PAT
1 m 1 m
SUMINISTRO
A
V
T X T2 Y T1
AJUSTE DECORRIENTE
Rp
CalibraciónCalibración
MedicionesMediciones
A
G
V
E S H
ER PR CR
20 m 20 m
MedicionesMediciones
Distancia E-C
Res
iste
ncia
Variación leída
Área de resistenciaefectiva (solapada)
E P' P P'' C
MedicionesMediciones
E P' P P'' C
Distancia E-C
Área de resistenciaefectiva (no solapada)
Res
iste
ncia
Variación leída
MedicionesMediciones
MedicionesMediciones
Electrodode tierra
A
G
V
E S H
MedicionesMediciones
W
25025
0
V
U
w
vu
Rt
Ra
RiV
V2L
V1
Madera
Placa metálica
Tr 5 ohm
Tela húmeda
Rp
M = 50 kg a 80 kg
MedicionesMediciones
A
G
V
E S H
RE
20 m
RP
RC
20 m
MedicionesMediciones
E
P'
P''
C
DistanciaE-C
Área de resistenciaefectiva (no solapada)
Res
iste
ncia
Variaciónleída
DistanciaE-C
Res
iste
ncia
Variaciónleída
Área de resistenciaefectiva (solapada)
MedicionesMediciones
E
P'
P''
C
DistanciaE-C
Área de resistenciaefectiva (no solapada)
Res
iste
ncia
Variaciónleída
DistanciaE-C
Área de resistenciaefectiva (no solapada)
Res
iste
ncia
Variaciónleída
MedicionesMediciones
E Es S H
A
V
G
BEP
MedicionesMediciones
E Es S H
CPP
Conexión paracurva B
Con
exió
n pa
ra c
urva
A
Malla
Cerco
Curva BCurva A
MedicionesMediciones
Distancia entre electrodo de potencial y el cerco de la estación
Electrodo de potencial "P" en dirección opuestaa la del electrodo de corriente "C"
00
50 100 150 200 250 300 350 (m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Res
iste
ncia
apa
rent
e a
tierra
en
la e
stac
ión
()
Electrodo de potencial "P" en la misma direcciónque la del electrodo de corriente "C"
MedicionesMediciones
Nivel del terreno
Electrodode PAT
Conductorde puestaa Tierra
MedicionesMediciones
U
I
Circuito equivalente(Electrodos de PAT en paralelo)
Rx R1 R2 Rn-1 Rn
U
I
El resultado es 12344 //// EEEEE RRRRsiR
MedicionesMediciones
MedicionesMediciones
E Es S H
A
V
G
RE1RE2RE3RE4
P C
MedicionesMediciones
El resultado es 41541 EEENEEE RaRRaRsiRaR
MedicionesMediciones
MedicionesMediciones
MedicionesMediciones
MedicionesMediciones
AT BTUA UB
L1
L2
L3
N
IE UFUA = U0 UB = RAN IE + U0
UF = 0RAN RB
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra TTN
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra
AT BTUA UB
L1
L2
L3
N
IE UFUB = U0
UF = 0RAN RBRN
UA = RA IE + U0
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
TTS
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra TNR-C
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
AT BTUA UB
L1
L2
L3
PEN
IE UF
UA = U0 UB = UA = U0
UF = RABN IE
RABN
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra TNR-S
AT BTUA UB
L1
L2
L3
N
IE UFUA = U0 UB = UA = U0
UF = RABN IE
RABN
PE
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra TNS-S
AT BTUA UB
L1
L2
L3
N
IE UFUA = RA IE + U0 UB = U0
UF = 0RA RBN
PE
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
Esquemas de conexión a tierraEsquemas de conexión a tierra TNS-C
AT BTUA UB
L1
L2
L3
PEN
IE UFUA = RA IE + U0 UB = U0
UF = 0RA RBN
Instalación consumidora de BTCentro de transformación
Muchas graciasMuchas gracias
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