Las relaciones humanas son las enderezadas a crear y mantener entre los individuos relaciones cordiales, vnculos amistosos, basados en ciertas reglas aceptadas por todos y, fundamentalmente, en el reconocimiento y respecto de la personalidad humana

TECNICAS DE SEGURIDAD ELECTRICA

DEDICATORIA

DEDICADO A MIS PADRES POR SU INCONDICIONAL APOYO Y MIS HERMANOS POR SU AMISTAD.

AGRADECIMIENTOS

Al creador de todas las cosas, el que me ha dado fortaleza para continuar cuando a punto de caer he estado; por ello, con toda la humildad que de mi corazn puede emanar, primeramente mi trabajo a Dios.

A mi familia, pues no sera lgico no estar agradecido con aquellos que se preocupan por mi bienestar.

CONTENIDO

I. FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA

II. COMPORTAMIENTO ELECTRICO DEL SUELO

III. ALGUNAS FRMULAS PRCTICAS PARA LOS CLCULOS DE RESISTENCIA DE UNA PUESTA A TIERRA

IV. CARACTERISTICAS DE LOS ELECTRODOS Y SU UBICACIN EN EL TERRENO

V. MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

VI. MEDICION DE LA IMPEDANCIA DE ELECTRODOS DE TIERRA

VII. METODO DE LA CAIDA DE TENSION

VIII. DOSIS ELECTROLTICAS E HIGROSCPICAS NO CORROSIVAS PARA LA REPRODUCCIN DE LA RESISTENCIA HMICA DE TIERRA

IX. RENDIMIENTO DE UNA DOSIS DE THOR GEL DE 5 KG

X. TIPOS DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

XI. OTRAS FORMAS DE APLICACION

XII. CONCLUSIONES

XIII. BIBLIOGRAFA

I. FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA

Estn destinadas a conducir y/o dispersar diversos tipos de corrientes elctricas, en el suelo, cumpliendo los objetivos de control de potenciales y evacuacin de corrientes.

1.1. EL CONTROL DE LOS POTENCIALES ANORMALES

Tiene por objeto evitar gradientes peligrosos entre la infraestructura de superficie y el suelo con fines de:

Proteccin de personas; mediante tensiones de toque y de paso de magnitud permisible.

Proteccin de los equipos; evitando potenciales nocivos y el entrenamiento de descargas.

1.2. LA EVACUACIN DE CORRIENTES ELCTRICAS

Propiciando un circuito conductor (dispersor de baja impedancia, a un menor costo para permitir la:

Correcta operacin de la proteccin por rels; manteniendo los potenciales referenciales.

Dispersin rpida de elevadas corrientes; evitando sobretensiones de rayo, o deterioros secundarios por corrientes de corto circuito.

Retorno de corrientes de operacin normal; como es el caso de los sistemas de corriente continua o el neutro a tierra en corriente alterna, tambin en los casos de proteccin catdica.

II. COMPORTAMIENTO ELCTRICO DEL SUELO

Est determinado por los altos contenidos de xido de silicio y xido de aluminio que son altamente resistivos, mientras que la conductividad representa un fenmeno esencialmente electroqumico o electroltico y por lo tanto depende de la cantidad de agua contenida, o del nivel humidificacin, a la par que de otros factores:

La porosidad del material, su distribucin y su predisposicin a conservar el agua.

La granulometra del material, su contenido de slidos y solubles de relleno.

Las temperaturas promedio. Sus variaciones promedio en ciclo estacional normal.

III. ALGUNAS FRMULAS PRCTICAS PARA LOS CLCULOS DERESISTENCIA DE UNA PUESTA A TIERRA

3.1. ELECTRODO O PICA VERTICAL

R = Resistenciar = ResistividadL = Longitud del Electrodo

3.2. PLANCHA O PLACA VERTICAL U/O HORIZONTAL

R = Resistenciar = ResistividadP = Permetro de Placa0.8 = Factor

3.3. ANILLO O CABLE NICO HORIZONTAL

R = Resistenciar = ResistividadL = Longitud de Anillo o cable

3.4. MALLA SIMPLE DE CABLE HORIZONTAL

R = Resistenciar = ResistividadL = Longitud total de todo el cable que forma la malla.

TABLA N 2Frmulas para el clculo de resistencias a tierra

TABLA N 3CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA PARA SISTEMAS DE CORRIENTEALTERNA

Nota.- Cuando no haya conductores de acometida, la seccin del conductor de puesta a tierra deber ser determinada por equivalencia con la mayor seccin del conductor de acometidas que sera necesaria para la carga a ser alimentada.

IV. CARACTERSTICAS DE LOS ELECTRODOS Y SU UBICACIN EN ELTERRENO

En las puestas a tierra extendidas de cobre desnudo o de acero cobreado, hay que tener cuidado que en los tendidos subterrneos queden separados de otras instalaciones de acero, como por ejemplo, tuberas de conduccin y recipientes. En caso contrario se pueden presentar en las piezas de acero grandes corrosiones.

V. MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

En las pginas anteriores se han indicado los valores tpicos de resistividad en diferentes clases de terreno. Para que se puedan utilizar las frmulas o los diagramas de las pginas anteriores es conveniente llevar a cabo medida de resistividad. Emplense hmetros con cuatro bornes.

Las sondas de tensin y corriente pueden ser las mismas que se emplean para la medida de la resistencia de tierra.

5.1. ADVERTENCIAS

Colocar las sondas en lnea recta y a igual distancia (L). La profundidad del clavado (S) ser igual a 1/20 L. En los suelos homogneos, la resistividad (pt) se calcula as:

pt= 2 LR

Siendo R el valor ledo en el instrumento. Por ejemplo, adoptando L = 10(S = 0,5), para R = 10, se tendr:

pt= 2 x 3,14 x 10 x 10 = 628 m

Llevar a cabo diversas medidas, en posiciones diferentes, y calcular la media. Efectuar las medidas a diferente profundidad del terreno. La presencia de tuberas o de conducciones elctricas enterradas en las inmediaciones, puede falsear las medidas. De ah que resulte difcil efectuar medidas en los centros habitados.

VI. MEDICIN DE LA IMPEDANCIA DE ELECTRODOS DE TIERRA

La medida del valor hmico de un electrodo enterrado se realiza por dos razones:

Confrontar su valor, posteriormente a la instalacin y previo a la conexin del equipo, contra las especificaciones de diseo. Como parte del mantenimiento de rutina, para confirmar que su valor no ha aumentado sustancialmente respecto del valor medido originalmente o de su valor de diseo.

El mtodo ms comn para medir el valor de resistencia a tierra de electrodos de pequeo o mediano tamao, se conoce como el mtodo de cada de potencial.

En este caso es normalmente suficiente un medidor porttil de resistencia a tierra, tambin usado para medida de resistividad de terreno, con dos terminales de potencial, P1 y P2 y dos terminales de corriente, C1 y C2.

Para sistemas de electrodos de gran rea, se requiere normalmente un equipoms sofisticado.

Para la medida de resistencia de puesta a tierra, de preferencia la instalacin debe estar desenergizada y el electrodo de tierra desconectado del sistema elctrico. Si no fuese as, mientras se desarrolla la prueba podra ocurrir una falla a tierra que involucre a la instalacin y a su electrodo de tierra y tanto el potencial del electrodo como el potencial del terreno entorno del electrodo se elevarn, provocando una diferencia de potencial posiblemente peligrosa para las personas que participan en la prueba.

De no ser posible la desenergizacintotal de la instalacin y la desconexin completa del electrodo de tierra, debe seguirse un procedimiento de seguridad rigurosamente organizado, que contemple los siguientes aspectos:

Una persona a cargo del trabajo. Comunicacin entre todos quienes participan en la prueba, va radio o telfono porttil. Uso de guantes de goma y calzado adecuado. Uso de doble interruptor con aislacin apropiada, a travs del cual se conectan los cables al instrumento. Uso de una placa metlica para asegurar una equipotencial en la posicin de trabajo. La placa debiera ser lo suficientemente grande para incluir al instrumento, al interruptor y al operador durante la prueba.Debiera tener un terminal instalado, de modo que la placa pueda conectarse al electrodo. Suspensin de la prueba durante una tormenta elctrica u otras condiciones severas de tiempo.Las causas de error ms comn son: Colocar la estaca de corriente demasiado cerca del electrodo bajo prueba. Colocar la estaca de voltaje demasiado cerca del electrodo de prueba (la teora indica que en terreno uniforme, basta una lectura colocando la estaca de voltaje a una distancia del electrodo en prueba igual al 61,8% de la distancia entre ste y el electrodo de corriente). No considerar metales enterrados que se ubican paralelos a la direccin de prueba. Usar cable con la aislacin daada.

El diseador de un sistema de puesta a tierra se enfrenta normalmente con dos tareas:

Lograr un valor requerido de impedancia. Asegurar que los voltajes de paso y contacto son satisfactorios.Los factores que influencian la impedancia son: Las dimensiones fsicas y atributos del sistema de electrodos de tierra. Las condiciones del suelo (composicin, contenido de agua, etc.).El sistema de electrodos metlicos presenta una impedancia al flujo de corriente que consiste de tres partes principales. Estas son la resistividad del material del electrodo, la resistividad de contacto entre el electrodo y el terreno y finalmente una resistividad dependiente de las caractersticas del terreno mismo. Esta ltima normalmente es la ms significativa.

6.1. EFECTO DE INCREMENTO DE LA PROFUNDIDAD DEENTERRAMIENTO DE UNA BARRA VERTICAL EN SUELO UNIFORME

La Figura N 11.6 muestra el beneficio que puede obtenerse en suelos de diferente resistividad incrementando la longitud de la barra enterrada. Se observa que el mejoramiento por unidad de longitud disminuye a medida que la barra aumenta.

El decrecimiento en resistencia obtenido con una barra larga puede ser considerable en condiciones de suelo no uniforme. En la figura siguiente, las capas superiores son de resistividad relativamente alta hasta una profundidad de seis metros. La resistencia de la barra es alta hasta que su longitud supera estas capas, debido a la alta resistividad del suelo que la rodea.

Las barras verticales otorgan un grado de estabilidad a la impedancia del sistema de puesta a tierra: la impedancia ser menos influenciada por variaciones estacionales en el contenido de humedad y temperatura del suelo.

6.2. EFECTO DE UN INCREMENTO DE LONGITUD DE UN CONDUCTOR HORIZONTAL

La Figura N 11.8 muestra el beneficio que puede obtenerse en suelos de diferente resistividad incrementando la longitud de un electrodo de tierra tendido horizontalmente a una profundidad de 0,6 metros.

Una cinta tendida horizontalmente se considera generalmente una buena opcin, particularmente cuando es posible encaminarla en diferentes direcciones. Para aplicaciones en alta frecuencia, incrementar de esta manera el nmero de caminos disponibles reduce significativamente la impedancia de onda.

6.3. EFECTO DE INCREMENTO DE LA LONGITUD DEL LADO DE UNA MALLA DE TIERRA CUADRADA

La figura siguiente muestra el beneficio que puede obtenerse en suelos de diferente resistividad incrementando el rea abarcada por un electrodo cuadrado. A pesar de que el mejoramiento por unidad de rea disminuye, la reduccin en resistencia resulta an significativa. En realidad sta es frecuentemente la forma ms efectiva para reducir la resistividad de un electrodo de tierra.

6.4. EFECTO DE AUMENTO DEL RADIO DE UN ELECTRODO DE SECCIN CIRCULAR

Normalmente se gana poco en reduccin de resistencia de puesta a tierra, aumentando el radio de electrodos por sobre lo necesario de acuerdo a los requisitos mecnicos y por corrosin.

6.5. EFECTO DE PROFUNDIDAD DE ENTERRAMIENTO

Este efecto proporciona slo una reduccin marginal en la impedancia, pero a un costo relativamente alto, de modo que normalmente no se considera. Debe recordarse sin embargo, que mientras mayor sea la profundidad de enterramiento, menores son los gradientes de voltaje en la superficie del suelo.

6.6. EFECTO DE PROXIMIDAD DE ELECTRODOS

Si dos electrodos de tierra se instalan juntos, entonces sus zonas de influencia se traslapan y no se logra el mximo beneficio posible. En realidad, si dos barras o electrodos horizontales estn muy prximos, la impedancia a tierra combinada de ambos puede ser virtualmente la misma que de uno solo, lo cual significa que el segundo es redundante. El esparcimiento, la ubicacin y las caractersticas del terreno son los factores dominantes en esto.

VII. MTODO DE LA CADA DE TENSIN

7.1. NOTAS PRCTICAS

Efectense las medidas con corriente alterna (es desaconsejable el empleo de corriente continua ya que con ella se producen fenmenos de polarizacin).

Verificar las condiciones de cero de los instrumentos y tamborilear en ellos suavemente con el dedo, durante la medicin.

Al emplear el sistema voltamperimtrico, comprobar que el voltmetro no indique tensin, antes de hacer circular la corriente de prueba, lo que significara la existencia en el terreno de otras corrientes de dispersin, independientes del circuito que se est probando.

Asimismo, con el sistema voltamperimtrico, es necesario el empleo del transformador de aislamiento a fin de no poner a tierra una fase de la red de alimentacin.

7.2. ADVERTENCIAS

Los dos electrodos auxiliares (sondas de tensin y corriente) pueden tener unas dimensiones discretas por cuanto su resistencia de tierra no es determinante para los fines de la medida. Existen en los comercios cajas que contienen todos los accesorios.

Colocar las sondas lejos de la instalacin de tierra a fin de que no se vean influidas por la propia instalacin. Asimismo, la distancia entre las sondas ser tal que se eviten los fenmenos de interferencia. No es preciso que las sondas se coloquen en lnea con el electrodo objeto de la prueba.

Cuando se trate de un sistema constituido por diversos electrodos en pica (o en anillo) dispngase las sondas de tensin y de corriente en la forma indicada en la figura 11.12

Efectese una primera medida; luego desplcese unos metros la sondade tensin y reptase la medida: si el valor hallado es igual al precedente(o se desva solamente en un 5%) ello significa que las ondas no se influyen mutuamente; en el caso contrario, aumntese las distancias.

Adems de los hmetros con bobinas cruzadas, existen en el mercado otros tipos de aparatos con alimentacin interna a bateras.

Emplense guantes de goma para protegerse de las tensiones accidentales.

VIII. DOSIS ELECTROLTICAS E HIGROSCPICAS NO CORROSIVAS PARA LAREPRODUCCIN DE LA RESISTENCIA HMICA DE TIERRA

Thor - Gel es un Producto Qumico que reduce notablemente la resistencia hmica de tierra, ofreciendo una estabilidad qumica, higroscpica y elctrica por 48 meses, adems, de no ser corrosivo, los electrodos tratados con el producto THORGEL, tendr una vida media de 2 a 25 dcadas, realizando eficiencia en la reduccin de la resistencia elctrica, de las puestas a tierra tratadas qumicamente con THORGEL, permiten reducciones hasta en un 95%; siempre que en ellas se consideren factores especiales, como rea de contacto del electrodo, el zarandeo del terreno del pozo, y en los casos de terrenos de muy alta resistividad elctrica, se ha de reemplazar el terreno del pozo por otro de resistividad elctrica baja.

Esta tcnica ha demostrado extraordinarios resultados en reas donde las resistencias hmicas de tierra a obtenerse eran de 1 a 5 Ohms Mt., y que los factores de poco espacio era imposible ejecutarlas con los mtodos convencionales.En otros casos donde las Puestas a Tierra son ejecutadas con electrodos tradicionales de dimetros de 5/8" o 3/4" y longitudes de 2 a 3 metros: los resultados tambin sin muy satisfactorios, pues la reduccin de la resistencia elctrica ha sido de 66.66% para terrenos de mayor resistividad; y, de 40% paralos de menos resistividad elctrica; siendo ste ltimo superior en 15% en la reduccin de la resistencia que presentara con el tratamiento convencional de sal y carbn, con un mximo de reduccin de 25%; adems de no permitir una estabilidad qumica e higroscpica y elctrica; sumndose a sta una muy alta corrosin y precipitacin del cloruro de sodio.

IX. RENDIMIENTO DE UNA DOSIS DE THOR GEL DE 5 KG

La aplicacin del THOR GEL es de 1 a 3 dosis por m3 segn sea la resistividad del terreno y la resistencia final deseada, un estudio de la resistividad asegura un resultado ptimo de reduccin de resistencia, si ste no est a su alcance puede guiarse por la siguiente tabla de resistividad promedio.

X. TIPOS.

En una instalacin podr existir una puesta a tierra de servicio y una puesta a tierra de proteccin.La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el punto neutro de un transformador de potencia o de una mquina elctrica. La resistencia de la malla de servicio depende exclusivamente del valor de corriente de falla monofsica que se desea tener en el sistema. La tierra de proteccin es la malla de tierra donde se conectan todas las partes metlicas de los equipos que conforman un sistema elctrico, que normalmente no estn energizados, pero que en caso de fallas pueden quedar sometidos a la tensin del sistema. Los valores de resistencia de la malla de proteccin estn limitados por condiciones de seguridad de los equipos y de las personas que operan el sistema de potencia. Las tensiones de paso, de contacto y de malla mximas definidas por normas internacionales, definen* el valor de la resistencia de la malla.Es comn usar la misma malla de tierra de una subestacin tanto como malla de servicio como malla de proteccin. En la medida que se cumplan las condiciones de seguridad esto no es problema. No est permitido conectar a la misma malla sistemas de tensiones diferentes.

10.1. SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA.

Los sistemas elctricos de potencia, desde el punto de vista de su conexin con respecto a tierra, pueden clasificarse en:

Sistemas aislados. Sistemas aterrizados.

10.2. Sistemas aislados.

Los sistemas aislados no tienen una conexin intencional a tierra. Cabe destacar que la conexin a tierra en sistemas aislados se hace a travs de caminos de alta impedancia, como son las capacidades distribuidas de los alimentadores (cables y lneas areas) y a travs de las impedancias de los pararrayos. La principal caracterstica de este tipo de sistema son las bajsimas corrientes de cortocircuito monofsico que presentan, en caso de existir una falla en el sistema. Por esta razn es necesario disponer de protecciones especiales, muy sensibles que puedan detectar la presencia de una falla monofsica del orden de miliamperes. El retorno de la corriente de falla monofsica en sistemas aislados se produce a travs de capacidades distribuidas de los cables y de las lneas.La principal ventaja de estos sistemas, es la mayor continuidad de servicio que se logra, ya que pueden seguir operando en la presencia de una falla monofsica. Sin embargo, son ms las desventajas que presentan los sistemas aislados, razn por la cual son poco utilizados en la actualidad. Desde el punto de vista de la continuidad de servicio, los sistemas aislados no presentan ms ventaja que los sistemas aterrizados a travs de alta resistencia, con la diferencia que en estos ltimos, las tensiones pueden limitarse.Una forma de detectar la existencia de fallas monofsicas en sistemas aislados, es conectando voltmetros entre fase y tierra. Estos dispositivos son capaces de detectar la fase daada, pero no de ubicar el punto de falla.

10.3. Sistemas aterrizados.

Los sistemas aterrizados se caracterizan por tener el neutro de los transformadores o generadores conectados a tierra. Estos sistemas no presentan el inconveniente de sobretensiones mencionado en el sistema aislado, ya que cuando se produce un cortocircuito monofsico, ste es detectado inmediatamente por las protecciones de sobre corriente residual y por lo tanto, despejado rpidamente.La conexin a tierra puede realizarse de distintas maneras, distinguindose principalmente las siguientes:

Slidamente aterrizados. Resistencia de bajo valor. Resistencia de alto valor. Reactor. Bobina Petersen.

Los sistemas aterrizados, protegen la vida til de la aislacin de motores, transformadores y otros componentes de un sistema. Los sistemas aterrizados, al garantizar una corriente de falla elevada permiten utilizar protecciones rpidas y seguras que despejen las fallas a tierra en un tiempo no mayor a 5 seg.La resistencia del neutro, tiene limitada su capacidad de corriente, definida por el tiempo que dura la corriente que pasa por ella, siendo su mximo de 10 segundos. La tensin de resistencia corresponde a la tensin entre fase y neutro del sistema. La corriente corresponde al valor de corriente que fluir por la resistencia durante el cortocircuito con la tensin nominal aplicada.

10.4. Tendencia actual.

La tendencia actual en sistemas de baja tensin, menores a 1 KV, es no usar resistencia en el neutro, debido a que la corriente de cortocircuito puede ser demasiado pequea y no sea capaz de hacer operar los equipos de proteccin. En media tensin, los sistemas slidamente aterrizados o conectados a tierra a travs de una baja resistencia, se utilizan cuando las corrientes de falla monofsica, alcanzan valores no demasiados altos, que puedan comprometer la seguridad y la vida til de los equipos que conforman el sistema de distribucin. Para sistemas de 22 KV y superiores se prefiere conexin directa a tierra. En lneas de transmisin de 115 KV y superiores se prefiere a travs de resistencia. En sistemas de 69 KV con alta concentracin de potencia sujeto a altas corrientes de cortocircuito, se usan reactores de moderado valor hmico.

10.5. MALLAS DE TIERRA.

La malla de tierra es un conjunto de conductores desnudos que permiten conectar los equipos que componen una instalacin a un medio de referencia, en este caso la tierra. Tres componentes constituyen la resistencia de la malla de tierra:

La resistencia del conductor que conecta los equipos a la malla de tierra. La resistencia de contacto entre la malla y el terreno. La resistencia del terreno donde se ubica la malla.

Una malla de tierra puede estar formada por distintos elementos:

Una o ms barras enterradas. Conductores instalados horizontalmente formando diversas configuraciones. Un reticulado instalado en forma horizontal que puede tener o no barras conectadas en forma vertical en algunos puntos de ella.

En la figura N 5.1 se muestra un esquema general de una malla de puesta e tierra.

Figura N 5.1 Configuracin general de una malla.

Las barras verticales utilizadas en la construccin de las mallas de tierra reciben el nombre de barras copperweld y estn construidas con alma de acero revestidas en cobre. El valor de la resistencia de una malla de tierra depende entre otros parmetros de la resistividad del terreno. El mtodo ms usado para determinar la resistividad del terreno es el de Schlumberger, el cual permite determinar las capas que componen el terreno, como tambin la profundidad y la resistividad de cada uno de ellos.

10.6. Objetivos de una malla.

Los objetivos fundamentales de una malla de tierra son: Evitar tensiones peligrosas entre estructuras, equipos y el terreno durante cortocircuitos a tierra o en condiciones normales de operacin. Evitar descargas elctricas peligrosas en las personas, durante condiciones normales de funcionamiento. Proporcionar un camino a tierra para las corrientes inducidas. Este camino debe ser lo ms corto posible.

10.7. Tipos de mallas.

Se deben distinguir dos tipos de mallas en una instalacin elctrica que son:

Mallas de alta tensin. Mallas de baja tensin.

Ambas mallas deben estar separadas de modo que la induccin de voltajes de la malla de alta en la de baja sea a 125 V, a menos que la resistencia de cada una de ellas, en forma separada, sea inferior a 1 , en este caso pueden las mallas conectarse entre s.La resistencia de una malla de baja tensin, segn la norma editada por la Superintendencia de Servicios Elctricos y Combustibles (SEC) queda limitada como se muestra en la expresin (5.1).

(5.1)

Donde:65:valor de tensin mximo a que puede quedar sometida una persona cuando sucede un cortocircuito a tierra.I:valor mximo de la corriente de falla monofsica, definida por la corriente de operacin de las protecciones.

10.8. Resistividad equivalente del terreno.

Una forma ideal de realizar clculos de resistencia y solicitaciones de voltaje para una puesta a tierra ubicada en un terreno de 2 o ms estratos, sera de disponer de una resistividad equivalente que transforme un terreno en resistividad 1, 2, n y espesores h1, h2,hn-1. En un terreno homogneo de resistividad eq; esto, es un terreno que produjera los mismos valores de resistencia y las mismas solicitaciones que el terreno real.Segn el mtodo de Burdoff-Yakobs el cual propone una equivalencia de un sistema de 3 o ms estratos, a un sistema de 2 estratos, equivalente dentro de un margen aceptable.De acuerdo con Burgsdorf-Yakobs, una puesta a tierra compuesta por un conjunto de conductores horizontales enterrados a una profundidad h y un conjunto de barras verticales de longitud l, se aproxima a una prisma metlico recto en la medida que se incrementa el nmero de elementos verticales y su resistencia disminuye en forma asinttica hasta un valor mnimo.Sobre la base antes expuesta, esta equivalencia aproximada a las primeras n capas hasta una profundidad de h, queda determinado por los siguientes parmetros y expresiones (Seminario de Titulacin Proposicin de topologa de puesta a tierra y estudio econmico para la C.G.E en suelos de la provincia de concepcin, Capitulo n 4; Autor: Robert Rivas G.)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.5)

(5.6)

(5.7)

Finalmente:

(5.8)Donde:A:Area de la malla de puesta a tierra (m)r:radio equivalente del rea de la malla (m)h:profundidad de la malla (m)hi:profundidad de la capa i (m):resistividad equivalente del terrenoi:resistividad equivalente de la capa i (-mt)S:rea que cubre el permetro del electrodo de tierra (m2)

Para un terreno de 3 capas, la situacin de resistividad y profundidad puede clasificarse segn la figura N 5.2.

Figura N 5.2 Configuracin de un terreno de tres capas.

La resistividad equivalente de un terreno es dependiente de las dimensiones y ubicacin del electrodo y se modifica si cambia su rea o profundidad (tabla N 5.1).

Tabla N 5.1CapaResistividad(-m)Espesor(m)

1852

25005

32000infinito

Cuando se desea conocer la corriente durante un cortocircuito a tierra, es necesario que hacer uso de las mallas de secuencia. A partir de las relaciones de corriente de falla monofsica se puede realizar el circuito de la figura N 5.3.

Figura N 5.3 Conexin de mallas de secuencia considerando la resistencia de falla a tierra.

En la figura N 5.3, R es el valor de resistencia de tierra, Io el valor de la corriente de secuencia cero. E es la tensin de fase neutro del sistema, antes de producirse el cortocircuito. Mediante un anlisis de las mallas de secuencia a travs de las distintas relaciones, se puede obtener finalmente la siguiente expresin.

(5.9)

Donde:If :Corriente de cortocircuito.

10.9. Resistencia de puesta a tierra.

La resistencia de la malla de tierra de una subestacin, depende del terreno en el cual se instale, la superficie de la cubierta, la resistividad equivalente del terreno, el valor de la resistencia de los electrodos, etc.

(5.10)

DondeR1:Resistencia del reticuladoR2:Resistencia de las barrasR12:Resistencia mutua entre el reticulado y las barras

Para calcular cada una de las resistencias se utilizan las siguientes ecuaciones

(5.11)

(5.12)

(5.13)

Donde:d:dimetro del conductor (m)h:profundidad de la malla (m)A:rea que cubre la malla (m2)L1:largo total de los conductores de la malla (m)L2:largo de los electrodos verticales (m):resistividad del terreno (m)n:cantidad de electrodos verticalesr:radio de los electrodos verticales (m)l:largo de la barra (m)

Los factores K1 y K2 se calculan de acuerdo con las siguientes expresiones.

(5.14)

(5.15)

Donde:a:Ancho de la malla (m)b:Largo de la malla (m)

10.9.1. Seguridad hacia las personas.

El riesgo de muerte de una persona que ha sufrido contacto con algn elemento energizado, depende de:

Frecuencia. Magnitud. Duracin de la circulacin de corriente a travs del cuerpo humano.

El tiempo que una persona puede soportar la circulacin de una corriente elctrica a travs de su cuerpo, sin sufrir dao corporal (fibrilacin ventricular), es bastante corto y puede ser determinada mediante una ecuacin experimental dada en la ecuacin (5.16)

(5.16)Donde:Ik:Valor eficaz mximo de la corriente a travs del cuerpo humano (A)t:Tiempo de duracin del contacto (seg.)0.116:Constante emprica

Esta ecuacin (5.16) permite determinar el potencial mximo al que puede quedar sometido una persona cuando queda sometida a una diferencia de potencial.La ANSI/IEEE ha propuesto en su forma st.80, una serie de expresiones para el calculo aproximado de la solicitaciones de voltaje en el interior y contorno de una malla a tierra. Estas expresiones se basan en una modelacin simplificada de una malla, complementada con estudios experimentales realizados en modelos (cuba electroltica). Las proposiciones iniciales se han ido modificando en las nuevas versiones de la norma, en la medida que los mtodos ms exactos disponibles, han indicado diferencias importantes con los valores obtenidos de este mtodo aproximado.10.9.1.1. Tensin de contacto.

La tensin de contacto es aquella a la que queda sometida una persona al tocar un equipo energizado (figura N 5.4).

Figura N 5.4Tensin de contacto

La mxima tensin de contacto a que puede quedar sometida una persona se determina mediante la ecuacin (5.17).

(5.17)

Donde:

:Tiempo de duracin del contacto (seg.)s:Resistividad superficial del terreno

Una aproximacin aceptada para la tensin de contacto queda determinada por la siguiente ecuacin (5.18). La tensin de contacto aproximada deber ser menor al valor mximo admisible.

(5.18)

Donde:Km:Factor de proporcionalidad debido a la geometra de la mallaKi:Factor de proporcionalidad del terreno en donde se instala la malla:Resistividad equivalente del terrenoi:Corriente que fluye desde la malla al terreno por unidad de longitud i= I/LI:Valor eficaz de la corriente de cortocircuitos:Resistividad superficialt:tiempo de operacin de las protecciones

El valor de Km y Ki se puede hallar mediante las siguientes ecuaciones

(5.19)

(5.20)Donde:D:Distancia entre conductores paralelos (m)h:Profundidad de la malla (m)d:Dimetro del conductor de la malla (m)n:Numero de conductores del lado mayor de la malla

10.9.1.2. Tensin de paso.

La tensin de paso (figura N 5.5) corresponde a la elevacin de potencial debido a la corriente de cortocircuito que circula desde la malla al terreno, y aunque a su vez forzara a que circule una corriente por el cuerpo de una persona que se encuentre parada sobre la malla. La tensin de paso se determina para una distancia entre puntos a considerar con separacin de 1 metro.

Figura N 5.5 Tensin de paso.

La tensin de paso mxima a que puede quedar sometida una persona se indica en la siguiente ecuacin (5.21).

(5.21)Para calcular las tensiones ya definidas hay que tener las siguientes consideraciones:

El cuerpo humano tiene una resistencia RH aproximadamente de 1000 ; esta resistencia corresponde entre mano y pie, o entre ambos pies. La resistencia se considera igual a 3.s en donde s es el valor de la resistividad de la superficie del terreno.

La tensin de paso deber ser menor al valor mximo permisible, estas expresiones quedan determinadas de la siguiente ecuacin (5.22)

(5.22)10.10. MEDICION DE RESISTIVIDAD DE TERRENO (NCH Elec. 4/2003, Apndice 7 prrafo 7.2).

Finalidad: conocer los parmetros geolctricos representativos de la calidad del terreno, que permitan un adecuado diseo de la puesta a tierra.Metodologa, la medicin se debe efectuar en la zona del terreno en que se construir la puesta a tierra, de no ser ello posible por falta de espacio, por la presencia obstculos u otras razones atendibles, la medicin se debe efectuar en otra rea lo mas prxima posible a dicha zona.Son aceptadas como mtodos normales de medicin, las configuraciones tetraelectrdicas conocidas como Schlumberger o Wenner, las cuales pueden aplicarse indistintamente, pero una sola de ellas en cada oportunidad.Los electrodos de medida se disponen sobre una lnea recta, con alas de medicin de hasta 100 m.De no ser posible la disposicin en recta, se debe disponer sobre una misma lnea de nivel, si la medicin se esta efectuando en un cerro o lomaje, o bien si algn obstculo sobre un terreno llano, impide cumplir esta condicin, la medicin puede hacerse sobre dos rectas que formen un ngulo no mayor a 15, con vrtice en el centro de la medicin. Si estas condiciones no pueden ser cumplidas, la medicin se debe efectuar en otra zona prxima que permita cumplirlas.Si no se dispone de terreno como para obtener un ala de 100 metros son aceptables mediciones con alas de 50 metros. Excepcionalmente, por condiciones extremas, se aceptan alas de hasta 30 metros.Instrumentos empleados: se utilizaran geohmetros de cuatro terminales con una escala de 1, con una resolucin no mayor de 0.01 y una escala mxima no inferior a 100.Calificacin de resultados: no procede en este caso la calificacin de resultados, dado que la medicin es la representacin objetiva de las caractersticas naturales del terreno medido.El mtodo de Schlumberger, cuya configuracin se muestra en la figura N 5.6, consiste en hacer circular una corriente entre los terminales C1 a C2 y por consecuencia aparece una diferencia de potencial entre los terminales P1 y P2.

Figura N 5.6 Mtodo de SchlumbergerPasos a seguir en la medicin de resistividad del terreno:

Se conecta el instrumento para la prueba requerida como se muestra en la figura N 5.7.

Figura N 5.7 Mtodo de Schlumberger

El centro de medicin (punto medio), se debe ubicar en el centro del terreno. Se toman dos o ms conjuntos de lecturas, movindose a lo largo de dos lneas paralelas y perpendiculares. La profundidad de enterramiento h de los electrodos no ser mayor que 10 cm. En el caso que L sea igual o menor que 10 m. Para los valores de L mayores de 10 m, la profundidad de enterramiento h debe ser mayor que 10 cm, no sobrepasando los 20 cm. La separacin L entre el centro de medicin y los electrodos de corriente C1 y C2, y la separacin A entre los electrodos se irn variando, y tomando las lecturas respectivas, de acuerdo al tamao del terreno. Se debe calcular la resistencia en cada medida, esta se establece por la ley de Ohm (5.23).

(5.23)

Donde:R:resistencia medida en Ohm ()V:diferencia de potencial entre P1 y P2, medida en Volt (V).I:corriente que circula entre C1 y C2, medida en Amperes (A).

Para calcular la resistencia aparente de cada medida 1, y completar el formulario de medidas de resistividad

(5.24)

Donde:1:Resistividad aparente (m).R:Resistencia medida en Ohm ()L:Distancia de los electrodos de corriente con respecto al punto central.A:Distancia de los electrodos de potencia con respecto al punto central.

10.11. MEDICION DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA (NCH Elec. 4/2003 Apndice 7 prrafo 7.3)

Finalidad: conocer el valor de resistencia de una puesta a tierra de acuerdo a un diseo especfico. Este valor ser comparado con el de diseo y ser utilizado para calificar la efectividad esperada de la puesta a tierra.Metodologa: si bien el empleo de una fuente de corriente independiente y medicin de corriente y voltaje con instrumentos individuales ofrece un mayor grado de precisin y seguridad, el conseguir los elementos necesarios con las caractersticas adecuadas al proceso de medicin puede presentar un grado de dificultad considerable y por ello lo usual es efectuar estas mediciones con alguno de los modelos de gehmetro disponible en el mercado; en cualquiera de ambos casos la metodologa es la misma y bsicamente deber seguir los pasos siguientes:

La tierra de referencia se ubicar en un punto que garantice estar fuera de la zona de influencia de la puesta a tierra por medir; como regla general se acepta que esto se logra ubicando la tierra de referencia a una distancia comprendida entre tres y seis veces el alcance vertical de la puesta a tierra. Para una puesta a tierra enmallada este alcance vertical est representado por la longitud de su diagonal mayor. La corriente se inyectar al suelo a travs de la puesta a tierra por medir y la tierra de referencia, puntos C1 y C2; el potencial se medir entre la puesta a tierra por medir y una sonda de posicin variable, puntos P1 y P2 de; ello significa que el circuito de corriente y de medicin de potencial tienen un punto comn en la puesta a tierra por medir, representado por la unin C1-P1. En el caso de utilizar en la medicin un gehmetro de tres electrodos este punto comn viene dado en el instrumento y corresponde al terminal de la izquierda, ubicndose frente al instrumento; en el caso de utilizar un gehmetro de cuatro electrodos se deber hacer un puente entre C1 y P1 y este punto comn se conectar a la puesta a tierra por medir. El desplazamiento de la sonda de medicin de potencial se har sobre tramos uniformes, recomendndose un espaciamiento de aproximadamente un 20avo de la distancia entre la puesta a tierra y la tierra de referencia. Para el caso de mediciones de tierras en instalaciones de consumo o sistemas de distribucin un espaciamiento de cinco metros es recomendable. La serie de valores obtenidas se llevar a un grfico con las distancias de enterramiento de la sonda de medicin de potencial respecto de la puesta a tierra en abscisas y los valores de resistencia obtenidos en cada medicin en ordenadas. Si la parte plana esperada de la curva de valores de resistencia no se obtiene ello significa que no se ha logrado ubicar la tierra de referencia fuera de la zona de influencia de la puesta a tierra y la distancia entre ellas debe aumentarse hasta obtener dicho tramo horizontal. El origen del grfico, distancia cero, estar al borde de la puesta a tierra por medir. Si por no disponer de terreno suficiente para lograr el alejamiento adecuado entre ambas tierras no es posible obtener la parte horizontal de la curva, una aproximacin confiable es adoptar el valor de resistencia obtenido a una distancia equivalente al 65% de la distancia entre la puesta a tierra y la tierra de referencia. Los resultados de la medicin efectuada de este modo son independientes de los valores de resistencia propios de la tierra de referencia y de la sonda de medicin de potencial, razn por la cual, la profundidad de enterramiento de estos elementos no es un factor incidente en los resultados.

Nota: Esta condicin a llevado a la confusin bastante extendida de aceptar como valor representativo de la resistencia de la puesta a tierra, al obtenido a una distancia de 20m, lo cual es vlido slo para el caso que el electrodo de puesta a tierra sea una barra de 3m de largo y dimetro no superior a 20mm, enterrada en forma vertical.

Instrumentos empleados: puede emplearse en este caso el mismo instrumento de cuatro electrodos empleado para la medicin de resistividad de terreno, creando el punto comn uniendo los terminales C1 y P1, tal como se indic en la metodologa; en los ltimos modelos de algunas marcas, este puente viene preparado internamente y el instrumento dispone de dos posiciones de medicin, las cuales se seleccionan mediante un botn. Existen tambin gehmetros de tres electrodos, que presentan como ventaja un costo considerablemente menor que los de cuatro, sin embargo su capacidad est limitada exclusivamente a la medicin de resistencias, en tanto los de cuatro electrodos sirven indistintamente para medir resistividades y resistencias. Calificacin de resultados: el valor de resistencia obtenido de la medicin se comparar con el valor calculado en el proyecto y con los valores lmites establecidos por la norma; en caso de que este valor sea igual o menor al calculado y cumpla con los lmites de norma, el valor ser certificado, en caso contrario se deber redisear la puesta a tierra y adoptar las disposiciones necesarias para cumplir con aquellas condiciones.

10.11.1. Consideraciones Prcticas

En toda medicin de resistencia de puesta a tierra, es necesario tener presente los posibles acoplamientos entre los circuitos de corriente y potencial, como tambin las corrientes y voltajes residuales en la zona de medicin. Estos aspectos, en combinacin con el tamao de la puesta a tierra a medir y el orden de magnitud de la resistencia, determinan el tipo de instrumento a emplear y los procedimientos a seguir en la medicin.

Utilizacin de instrumentos porttiles, esta alternativa tiene una ventaja de una mayor simplicidad y rapidez en la medicin. Sin embargo, lo reducido de las corrientes inyectadas y, por lo tanto, lo reducido de los voltajes medidos, hacen que estas mediciones se vean muy afectadas por los voltajes residuales que pueden existir en las zonas de medicin, sobre todo en el caso de instalaciones energizadas. Se deben utilizar exclusivamente en puestas a tierra pequeas. Inyeccin de corriente elevadas (1 50 A), para ello, se utiliza normalmente la alimentacin en baja tensin (220/350 V), o la tensin de servicio auxiliares existentes en la instalacin. Las medidas se realizan con instrumentos tradicionales voltmetro ampermetro. La medicin con corriente inyectadas altas, aun que mas compleja, elimina o aminora el efecto de los voltajes residuales.

XI. OTRAS FORMAS DE APLICACIN

La aplicacin por disolucin es la que ofrece mejore resultados en la reduccin de la resistencia, sin embargo existen condiciones en las que no es posible utilizar este mtodo, en esos casos existen 3 alternativas de tratamiento.

Se pueden mezclar en seco los 2 componentes con la tierra de cultivo antes de introducirla al pozo.

Espolvorear proporcionalmente los dos componentes sobre una porcin de tierra de chacra ya compactada dentro del rea del electrodo, en ambos casos se emplearn de 1 a 3 dosis x m3 de tierra de chacra.

Se pueden mezclar los 2 componentes disueltos en agua dentro del pozo y/o zanja directamente sobre los electrodos de pletinas, planchasy/o conductores desnudos.

Nota importante:El proceso de percolacin puede demorar varias horas por cada solucin aplicada, por lo que dependiendo de las dimensiones de cada pozo, este tratamiento puede demandar ms de un da.

XII. CONCLUSIONES

Entre los elementos que forman el conjunto de una puesta a tierra tenemos: tierra, toma de tierra, electrodos, lnea de enlace con tierra, borne de puesta a tierra, conductora de proteccin. La conexin puesta a tierra en las Toma De Uso General garantiza la eliminacin de accidentes elctricos. Los sistemas de puesta a tierra deberan ser obligatorias en domicilios.

XIII. BIBLIOGRAFIA

www.wikipedia.com www.tecsup.com www.elrincondelvago.com Instalaciones Elctricas Ing Pedro Castillo Parisaca Instalaciones Elctricas Cdigo Nacional de Electricidad UTILIZACION 2006 http://www.para-rayos.com/datos/gel20061.pdf

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