sistemas de puesta a tierra en instalaciones de baja tensiónsistemas de puesta a tierra en...

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