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SISTEMAS DE PUESTA A

TIERRA – SPT

EN DIEZ LECCIONES

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

Tunja, 20 de septiembre de 2013

SE DICE QUE…

1 • LA HISTORIA

2 • LA DURA REALIDAD

3 • EL LÉXICO

4 • LAS CIENCIAS CONEXAS

5 • LA NORMALIZACIÓN

6 • EL DISEÑO

7 • LA CONSTRUCCIÓN

8 • LAS MEDICIONES

9 • EL MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO

10 • APLICACIONES

1 •LA HISTORIA

BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA

1720 S. GRAY y G. Wheeler realizan los primeros estudios sobre resistividad de rocas.

Primera muerte con energía generada por el hombre

1892 El New York Board of Fire Underwriters (NYBFU) determina que la práctica de las conexiones a tierra es peligrosa y estas deben ser retiradas antes del 01/10/1892.

1904 VDE Publica las primeras recomendaciones sobre sistemas de puesta a tierra en Alemania.

1915 Schlumberger y Wenner, independientemente idean los arreglos tetraelectródicos.

1915 Invención de los electrodos marca Copperweld.

1936 Charles A. Cadwell y F. H. Neff, realizaron con éxito una soldadura, mediante una reacción de oxido de cobre y aluminio.

1970 IBM y HP comenzaron a utilizar el cable aislado de tierras para equipo electrónico.

BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA

PASO 1

PASO 2

PASO 3

PASO 4

PASO 5

PASO 6

PASO 7

2 •LA DURA REALIDAD

El error fue…

COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DETRANSFORMADORES FALLADOS

TOTAL: US$6'052.000

U$1,489,000

U$466,000

U$384,000

U$486,000

U$319,000

U$2,908,000 CODENSA

ELECARIBE

COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DE TRANSFORMADORES

Más de 20 43%

Entre 10 y 20 25%

Menos de 10

ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

EN TORRES DE TRANSMISIÓN

MAYOR DE 5

OHMIOS

MENOR DE 5

OHMIOS

ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

EN ESTACIONES DE COMUNICACIÓN

MUESTRA DE 100 ESTACIONES EXAMINADAS © Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: favigel@seguridadelectricaltda.com

RESISITENCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN FALLADOS

CORRIENTES EN MODO

COMÚN

CASO TÍPICO

BARRAJE?

EXAGERACIÓN DEL SOFTWARE

HAY DOS VIOLACIONES…

CEMENTERIO DE ELECTRODOS

MUY PROFUNDO !!!

ACABAN DE TRAER LA HELADERA

OCÚPESE DE CONECTAR

LA TOMA A

TIERRA

YA ESTÁ, SE-

LA CONECTÉ A LA

TIERRA DE

ESTA MACETA

Tierra (Earth / Ground)

LEY DE PARETO EN SPT

3 •EL LÉXICO

Ground (USA) Earth (Mundo)

TIERRA

TIERRA (Ground o Earth)

Masa conductiva de la tierra con potencial cero. Para sistemas eléctricos, es una expresión que generaliza todo lo referente a conexiones con la tierra.

En temas eléctricos se asocia a suelo, tierra, masa, chasis, carcasa, armazón, estructura o tubería de agua.

Puesta a Tierra

(Grounding / Earthing)

Tierra (Earth / Ground)

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Puesta a Tierra

(Grounding / Earthing)

Red Equipotencial

(Equipotential Network / Grounded) S

Grounding

System

Earthing

System

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA - SPT

OBJETIVOS DE UN SPT

SPT TEMPORAL

Es el que pertenece al circuito de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal como de falla.

SPT PERMANENTE

Dispositivo de puesta en cortocircuito y a tierra, para protección del personal que interviene en redes desenergizadas.

PUESTO A TIERRA (GROUNDED)

FALLA A TIERRA

CIRCUITO EN MODO COMÚN Y MODO DIFERENCIAL

IextIext

CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA

(CC) (FT) F

TIERRA DE PROTECCIÓN

I=0 Tubería

TIERRA DE PROTECCIÓN

Desnudo

Aislado

TIERRA AISLADA

TENSIÓN NEUTRO - TIERRA

4 •LAS CIENCIAS CONEXAS

Músculos

Cerebro

NERVIOSO: La corriente (onda) extraña provoca alteración

en los impulsos

SOLUCIÓN: Corte de corriente

QUÍMICO: Disolución (electrolisis) en las células y líquidos

RECETA: 1 ó 2 cucharadas de bicarbonato de sodio en un vaso

de agua cada hora.

CALORÍFICO:Cuando por un conductor circula corriente, se

desarrolla energía en forma de calor. Se producen quemaduras

W = RI2t

RECOMENDACIÓN: Tratamiento médico a las quemaduras.

+ + + + + + + +

_ _ _ _ _

ELECTROFISIOPATOLOGÍA

UMBRALES DE

SOPORTABILIDAD 0.1 0.2 0.3 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

10000t (ms)

Habitualmente ningun efecto fisiopatológico peligroso

Habitualmente ningun riesgo de fibrilación

Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 5%)

Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 50%)

Habitualmente ninguna reacción

ZONA 2

ZONA 3

ZONA 4

ZONA 5

ZONA 1

Paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras severas

ZONA 6Riesgo de fibrilación (por encima de un 50%)

DALZIEL (IEEE)

COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE

ESTADOS DE ASOCIACIÓN DE ARCILLAS

COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE

41ÁNODO

CÁTODO

ELECTROLITO

CONEXIÓN

CONDICIONES PARA QUE EXISTA CORROSIÓN

CORROSIVIDAD DE SUELOS NATURALES

5 •LA NORMALIZACIÓN

PRINCIPALES NORMAS

• BAJA TENSIÓN: NEC / NTC 2050 / RETIE / IEC 60364

• DISTRIBUCIÓN: ANSI C2 / IEEE 1410

• SUBESTACIONES: IEEE 80 / IEEE 837

• GENERACIÓN: IEEE 665

• TELECOMUNICACIONES: UIT / EIA / TIA / MOTOROLA

• PROTECCIÓN CONTRA RAYOS: IEC 62305 / NTC 4552

• EQUIPO ELECTRÓNICO: IEEE 1100 / IEC 61000-5-2

• MEDICIONES: IEEE 81 / IEC 61557

• TIERRAS TEMPORALES: IEC 61230 / IEEE 1048

TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO

UMBRALES SEGÚN NORMAS

CONEXIONES Y TÉRMINOS PARA SISTEMA TN-C-S

CONEXIONES PARA TN-C-S

INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA

Sistema de puestas a tierra dedicadas e interconectadas

INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA

Configuraciones prohibidas

6 •EL DISEÑO

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Medición de Resistividad

Modelamiento del suelo

Recolección de datos del sistema de

potencia

Asuma un diseño preliminar de la PT

Calcule la impedancia de todas las PT

Realice análisis detallado del SPT:

Resistencia, tensiones de paso y

contacto en porcentaje del GPR

Calcule el GPR

Evaluación del Nivel de Riesgo

Cumple los criterios

de seguridad?

Modificaciones a

las estructuras, si

aplica.

Modificaciones al

diseño de la

puesta a tierra

-10 -5 0 5 1010 5 0-5

-1014042

11 70210 643

9 5858 5267 4686 409

5 3504 2923 233

2 1751116

POTENCIALES SOBRE UN ELECTRODO TIPO VARILLA

Si r0 =L R = 94%

ÁREA DE INFLUENCIA DE UN ELECTRODO

Cílindro crítico

Electrodo

CONTRAPESO

CÁLCULO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

USO PARA VALOR MÁXIMO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Estructuras de líneas de transmisión. 20 Ω

Subestaciones de alta y extra alta tensión. 1 Ω

Subestaciones de media tensión en poste. 10 Ω

Subestaciones de media tensión de uso interior. 10 Ω

Protección contra rayos. 10 Ω

Neutro de acometida en baja tensión. 25 Ω

Descargas electrostáticas. 25 Ω

Equipos electrónicos sensibles. 5 Ω

TRANSFORMADOR CON PANTALLA ELECTROSTÁTICA

7 •LA CONSTRUCCIÓN

DISPOSICIÓN ÓPTIMA DE CABLEADOS

MATERIAL POTENCIALES

ELECTROQUÍMICOS

TEMPERATURA

DE FUSIÓN

CONDUCTIVIDA

D RELATIVA

CATÓDICO

Bronce

Latón

+ 1,69

+ 0,80

+ 0,52

Hidrógeno 0,00

ANÓDICO

Estaño

Níquel

Hierro

Aluminio

- 0,14

- 0,23

- 0,44

- 0,74

- 0,76

- 1,66

CARBÓN DE COQUE 0.03%

TERRENO MUY BUEN CONDUCTOR 1X10-8 %

CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA

1. ALTA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.

2. ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.

3. ALTA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.

4. MÍNIMA DILATACIÓN LINEAL.

5. MÍNIMA ELONGACIÓN PERMANENTE.

6. GRAN ESTABILIDAD ESTRUCTURAL.

7. RESISTENCIA AL ATAQUE ELECTROQUÍMICO

REQUISITOS DE LOS ELECTRODOS DE PT

REQUISITOS PARA ELECTRODOS DE PT

Tipode

Electrodo

Materiales

Dimensiones mínimas

Diámetro (mm)

Área (mm2)

Espesor (mm)

Recubrimiento

(mm)Varilla Cobre 12,7

Acero inoxidable 10

Acero galvanizado en caliente 16 70

Acero con recubrimientoelectrodepositado de cobre

14 250

Acero con recubrimiento totalen cobre

15 2000

Tubo Cobre 20 2

Acero inoxidable 25 2

Acero galvanizado en caliente 25 2 55

Fleje Cobre 50 2

Cobre cincado 50 2 40

Cable Cobre 1,8 para cada hilo

Cobre estañado 1,8 para cada hilo

Placa Cobre 20000 1,5

INSTALACIÓN DE ELECTRODOS TIPO VARILLA

CONEXIONES MECÁNICAS

PROCESO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA EXOTÉRMICA

USO DEL BARRAJE EQUIPOTENCIAL

PUENTE EQUIPOTENCIAL

8 •MEDICIONES

MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO

MÉTODO DE LA CURVA DE CAÍDA DE POTENCIAL

MEDICIÓN DE RESISTENCIA EN ZONAS URBANAS

MÉTODO DE LA PENDIENTE

MONTAJE DE COMPROBACIÓN DEL TELURÓMETRO DE ALTA FRECUENCIA

MONTAJES PARA MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO

•MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO

MÁXIMO PERIODO ENTRE MANTENIMIENTOS DE UN SPT

Nivel de

tensión de la

instalación

Inspección

visual

(años)

Inspección

visual y

mediciones

(años)

Sistemas

críticos(1)

Inspección

visual y

mediciones

(años)

Baja 1 5 1

Media 3 6 1

Alta y Extra Alta 2 4 1

TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE PUESTAS A TIERRA

• INSTALAR CONTRAPESOS

• HACER ANILLOS ALREDEDOR DE ESTRUCTURAS

• HACER MALLAS DE TIERRA EXTENSAS

• UTILIZAR CONCRETOS ESPECIALES

• UTILIZAR CONCRETOS CONDUCTIVOS

• INTRODUCIR ELECTRODOS AL CONCRETO

• UTILIZAR ELECTRODOS QUÍMICOS

• HACER RELLENOS

• UTILIZAR SUELOS ARTIFICIALES

ECUACIONES PARA MEJORAMIENTO

06,0*5,01*12ln* sa

06,0*5,01*8ln*

Contrapeso

Varilla

10 •APLICACIONES

ENTRADA A UN CUARTO DE

EQUIPOS

MALLA PARA SUBESTACIÓN

PUESTA A TIERRA EN SISTEMAS DE

DISTRIBUCIÓN

CONDUCTOR AISLADO Y CONDUCTOR DE PROTECCIÓN

PREGUNTAS Y COMENTARIOS

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