PUESTA A TIERRA EN INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN

Parte 6 – Método de cálculo

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Parte 6 – Método de cálculo Norma IEEE-80/2000

AÑO 2016

BASADO EN CURSO 2015 (FERNANDO BERRUTTI)

Dimensionamiento de una puesta a tierra

- Verificar que los potenciales que surgen en la superficie debido al maximo defecto a tierra, son inferiores a las tensiones de paso y contacto admisibles.

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- Dimensionar el conductor de la malla para soportar esfuerzos mecanicos y termicos.

- La resistencia de la malla debe ser tal de sensibilizar el rele de neutro.

Datos necesarios

- Conocer el area donde se va a construir la malla de tierra.

-Datos sobre cual va a ser la resistividad superficial ρs.

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superficial ρs.

-Icc maxima a tierra

-Porcentaje de Icc maxima que realmente va por la malla.

-Tiempo de apertura de las protecciones.

-Valor maximo de R compatible con la sensibilizacion de la proteccion.

Criterios geometricos:

Rodear la estacion con un conductor a lo largo de todo el perımetro, extendiendose del cerco perimetral o lımite de 1m a 1.5m, abarcando un area lo suficientemente grande como para tener una resistencia adecuada (este conductor no

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una resistencia adecuada (este conductor no forma parte integral de la malla calculada, pero sirve para disminuir el gradiente de potencial en el acceso a la instalacion).

Tender conductores de Cu electrolıtico desnudo a una profundidad de 0.5 a 1.5 metros, formando una grilla con separacion de entre 3 y 7 metros (estos conductores sı forman parte integral de la malla a calcular).

Criterios geometricos:

Todos los cruces entre conductores se deben realizar con soldadura exotermica, ası como las uniones entre conductores y jabalinas, asegurando un control adecuado de los gradientes de potencial producidos durante la

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gradientes de potencial producidos durante la ocurrencia de una falta a tierra.

Luego de enterrada la malla, se cubre el terreno con una capa de piedra partida de entre 10cm, 15cm o 20cm de espesor si se trata de una estacion exterior. En el caso de estaciones interiores, la losa de hormigon tiene un espesor de entre 10cm y 15cm y presenta una resistividad similar a la de la piedra partida (2500 Ω.m).

Método norma IEEE-80

El terreno presenta resistividad uniforme.

Los cálculos de tensión de contacto y paso que aparecen durante un

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paso que aparecen durante un defecto son aproximaciones para los cuadrados más “externos” de la grilla.

La distribución de corriente es uniforme.

Método norma IEEE-80 7(1)

(2)

(3)

(4)(10)

(5)

(6)

(7)(8)

(9)

(10)

(11)

Método norma IEEE-80

Primer punto: modelado del terreno.

Segundo punto: dimensionado de los conductores de la malla de tierra.

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conductores de la malla de tierra.

a0

am

4rrc

mm

TK

TT1Ln

TCAP

10ραt

IA 2

Mallas de tierraDimensionado

9

Cº en ambiente atemperatur T

Cº en atemperatur máximaT

mm enconductor de sección A

kA en rms corriente I

a

m

2

C/º J/cmen térmica capacidad defactor TCAP

s en corriente la de ncirculació de tiempo t

1/αK

cmμΩ en T aconductor del adresistivid laρ

T a adresistivid la de térmico ecoeficient α

C0º a adresistivid la de térmico ecoeficient α

Cº en materiales los para referencia de atemperaturT

Cº en ambiente atemperatur T

3

c

00

rr

rr

0

r

a

El valor de Tm esta limitado por el tipo de conexión utilizada:

-Soldadura exotermica. Tm=850ºC.

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)1)234/()(*tdefecto

1(**53.226I TaTaTmLnScobre

-Soldadura exotermica. Tm=850ºC.

-Soldadura convencional. Tm=450ºC.

Ta= T ambiente en ºC.

Método norma IEEE-80

Tercer punto: cálculo de corrientes admisibles.

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s

SSpaso_admt

kρ6C1000E

70kgpeso0.157k

50kgpeso0.116k

st

s

SStoque_admt

kρC1.51000E

0.092h

ρ

ρ10.09

1Cs

SS

Método norma IEEE-80 12(1)

(2)

(3)

(4)(10)

(5)

(6)

(7)(8)

(9)

(10)

(11)

Método norma IEEE-80 Cuarto punto: diseño físico de la malla

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Método norma IEEE-80 Cuarto punto: diseño físico de la malla

14

Método norma IEEE-80

Quinto, sexto y séptimo punto

(5)

15

20/Ah1

11

20A

1

L

1ρRg

(6)

(7)

fffPG IDSCI

toque_admGg EIR

Método norma IEEE-80 16

Método norma IEEE-80 17(1)

(2)

(3)

(4)(10)

(5)

(6)

(7)(8)

(9)

(10)

(11)

Método norma IEEE-80 18

Octavo y noveno punto

toque_max

M

imGm E

L

KKρIE

ML

paso_max

S

isGs E

L

KKρIE

Método norma IEEE-80 19

Octavo y noveno puntoMax (Em)

Max (Es)

Diseño sencillo: MPAT Puesto de Conexión 31.5kV

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Método norma IEEE-80 21

toque_max

M

imGm E

L

KKρIE

isG EKKρI

E

: resistividad aparente del terreno.

IG: corriente que circula por la malla.

Ki = 0.644 + 0.144n (factor de irregularidad)

paso_max

S

isGs E

L

KKρIE

Método norma IEEE-80

Ki tiene en cuenta los efectos de la distribucionno uniforme de la corriente por la malla.

Km se define como coeficiente de malla, y tiene en cuenta la influencia de la profundidad de la

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en cuenta la influencia de la profundidad de la malla, diametro del conductor y espaciamiento entre conductores.

Ks introduce en el calculo la mayor diferencia de potencial entre dos puntos distanciados 1m. Relaciona todos los parametros de la malla que inducen tensiones en la superficie.

Tensión de contacto 23

Para mallas con pocas jabalinas (o sin jabalinas).

toque_max

M

imGm E

L

KKρIE

jabalinas).

LC: Longitud de conductor horizontal.

LR: Sumatoria de longitud jabalinas.

RCM LLL

Tensión de contacto 24

Para mallas con jabalinas en las esquinas y a lo largo del perímetro.

toque_max

M

imGm E

L

KKρIE

esquinas y a lo largo del perímetro.

Lr: Longitud individual de una jabalina.

LX: Longitud máxima de malla en eje x.

LY: Longitud máxima de malla en eje y.

R2

Y

2

X

rCM L

LL

L1.221.55LL

Tensión de contacto 25

1)(2n

8Ln

K

K

4d

h

8Dd

2h)(D

16hd

DLn

2

1K

h

ii22

m

D: Separación máxima entre conductores paralelos.

h: Profundidad de entierro de la malla (sin considerar la capa de piedra partida).

d: Diámetro de los conductores.

Kii: 1 para mallas con jabalinas en el perímetro.

1/(2n)(2/n) para malla con pocas o sin jabalinas.

Tensión de contacto 26

1)(2n

8Ln

K

K

4d

h

8Dd

2h)(D

16hd

DLn

2

1K

h

ii22

m

1mhh

h1K 0h 1mhh

h1K 00

h

n = factor geométrico = nA x nB x nC x nD.

nA = 2LC/LP en todos los casos.

nB = 1 para mallas con forma cuadrada.

nC = 1 para mallas con forma rectangular.

nD = 1 para mallas rectangulares, cuadradas y con forma de “L”.

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1)(2n

8Ln

K

K

4d

h

8Dd

2h)(D

16hd

DLn

2

1K

h

ii22

m

1mhh

h1K 0h

Tensión de contacto

1mhh

h1K 00

h

n = factor geométrico = nA x nB x nC x nD.

2

Y

2

X

mD

LL

A0.7

YXC

PB

LL

Dn

A

LLn

A4

Ln

YX

Tensión de contacto 28

1)(2n

8Ln

K

K

4d

h

8Dd

2h)(D

16hd

DLn

2

1K

h

ii22

m

LC: longitud total de conductor horizontal enterrado.enterrado.

LP: longitud total de la periferia de la malla.

A: área de la malla (m2).

LX: La máxima longitud de la malla en dirección X.

LY: La máxima longitud de la malla en dirección Y.

Dm: La máxima distancia entre dos puntos cualesquiera de la malla.

Todas las longitudes se expresan en metros.

Tensión de paso 29

: resistividad aparente del terreno.

paso_max

S

isGs E

L

KKρIE

: resistividad aparente del terreno.

IG: corriente que circula por la malla.

Ki = 0.644 + 0.144n (factor de irregularidad).

Longitud efectiva (LS):

RCS 0.85L0.75LL

Tensión de paso 30

paso_max

S

isGs E

L

KKρIE

)0.5(1D

1

hD

1

2h

11K 2n

s

)0.5(1

DhD2hKs

n: factor geométrico.

D: separación máxima entre conductores.

h: profundidad de entierro malla (sin considerar capa de piedra partida).

Método norma IEEE-80 31

toque_max

M

imGm E

L

KKρIE

paso_max

S

isGs E

L

KKρIE

Si se cumplen estas condiciones, finaliza el cálculo de la malla consideraciones constructivas (11).

Si no se cumple, se debe proponer un nuevo diseño de malla de tierra y evaluar (5).

SL