Calculos de Malla de puesta a Tierra

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TABLA DE CONTENIDOS
1. Objetivo 3
2. Ubicación 3
3. Documentos de Referencia 3
4. Reglamentos y Normas Aplicables 3
5. Premisas del calculo 4
6. Datos para el desarrollo del calculo 6
7. Desarrollo - Método de cálculo 8

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1. OBJETIVO
Este documento contiene los cálculos realizados para el Sistema P.A.T proyectado para la
Estacion de Regulación y Medición Primaria del gasoducto de derivación de 6”, en la Provincia
de Salta, aplicando los criterios y cálculos de reglamentación A.E.A vigente actualmente en la
República Argentina.
2. UBICACIÓN
La Estacion Reguladora ERMP esta localizada en la Provincia de Salta a 17 km de la frontera de
Catamarca accediendo a la misma por RP Nº17 . Siendo sus coordenadas geográficas de
longitud: -67.015521° y latitud: -25.070416°.
3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA
POS-1420-PL-M-010 LAYUOT GENERAL-ERMP.
POS-1420-MD-P-001 MEMORIA DESCRIPTIVA – GASODUCTO Y ERMP/ERMS.
POS-1420-ET-E-001 ESPESIFICACIÓN TÉCNICA – INSTALACIONES ELÉCTRICAS.
POS-1420-PL-E-062 PLANO DE PUESTA TIERRA - CORTES Y DETALLES - EMRP
4. REGLAMENTOS Y NORMAS APLICABLES
 AEA 92305/IRAM 2184: Reglamentación para la protección contra rayos Parte 11: Guia
Para la elección SPCR para usar en la República Argentina (2015).
Anexo F (Informativo) – Método de selección del nivel de protección contra los rayos
(NPR) según BS 6651:1999 y NBR 5419:2001 (Ver nota)
 AEA 92305/IRAM 2184: Reglamentación para la protección contra rayos Parte 3:
Protección contra Rayos. Daño físico a Estructuras y Riesgo Humano (2015).
 Ley 19.587 Decretos 351/79. Seguridad e Higiene en el trabajo.
 Norma ANSI / IEEE standard 80-2000 “IEEE Guide for Safety in AC Subestation
grounding”
 IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding
 Normas de Procedimientos de Posco.
 Las normas I.R.A.M. rigen todos los materiales y sistemas que conformen la obra.

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Se han complementado con las siguientes normas:
 NORMAS I.E.C.
 NORMAS N.E.C.
 NORMAS V.D.E.
Nota: Si bien las normas BS 6651:1999 y NBR 5419:2001 han sido superadas, el método
citado sigue teniendo vigencia.
5. PREMISAS DE CÁLCULO
 Condiciones que se considerarán en el presente cálculo:
La resistencia total del sistema de puesta a tierra resulta de la combinación de los
conductores enterrados horizontalmente y jabalinas dispuestas verticalmente.
Se consideró de manera conservativa que toda la corriente de cortocircuito es derivada por
el sistema compuesto por la Malla y las Jabalinas.
Para el cálculo se considera un valor de resistividad uniforme del suelo.
Para la protección del personal de operación se colocará una capa de 10 cm de ripio sobre
la superficie del predio. Esto permite disminuir las tensiones de paso y contacto que
aparecen cuando existen fallas a tierra.
Se adopta como valor típico de resistividad para la capa superficial un valor de 3000 Ω.m
Si bien para el diseño teórico de la Malla se considera que se construye con una cuadricula
uniforme, al momento de realizar la implantación se debe prever las posibles interferencias
con fundaciones, cañeros, cámaras trincheras, etc. Si las hubiera.
En ningún caso la cuadrícula resultante será mayor a la adoptada en el cálculo.
El computo de conductor enterrado incluye el cable tendido para realizar la conexión entre
Jabalinas y equipos.

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 Resistividad del Terreno:
Se realizaron las siguientes mediciones de resistividad del terreno por el método de Wenner:
 Promedio de Mediciones dentro del predio de la obra:
- Profundidad 1 m: 1224,2 Ω.m - Profundidad 8 m: 2268,5 Ω.m
- Profundidad 2 m: 2035,7 Ω.m - Profundidad 16 m:551,5 Ω.m
- Profundidad 4 m: 1963,9 Ω.m - Profundidad 32 m: 520,2 Ω.m
 Resistividad que se prevee obtener en el suelo donde se implantará la malla
Para el presente cálculo, se adopta una resistividad de ρm =1225 Ω.m, siendo éste el
valor promedio que se buscará obtener.
Este valor sale del método de dos capas obtenido por Software
cuyo cálculo dio:Sólido de 2,13 mts - 1224,9 Ω.m
Sólido siguiente - 598,23 Ω.m
 Corriente de CC:
Se utiliza la Icc monofásica a tierra para la
Vpaso y Vcont.Icc:500 A Monofásica a tierra
Duración: 1 seg
Los valores de corriente de CC a tierra se obtiene instalando una resistencia de
PAT en cada semibarra.
Estas resistencias son de 16,5 Ω cada una.

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6. DATOS PARA DESARROLLO DEL CÁLCULO
 Datos Generales:
Tensión Nominal Un 0.380 kV
Frecuencia nominal Fn 50 Hz
Corriente de cortocircuito (valor de diseño sección cable) Icc 0.5 kA
Corriente de cortocircuito (valor de diseño Vpaso y contacto) Icc 0.5 kA
Duración de la corriente de falla tS 1 Seg
Formación cable conductor de la Malla (cobre duro IRAM 2004) 19x2,15
NºxmmNºxmmSección cable conductor de la Malla Cu 70mm²
Diámetro cable conductor de la Malla Øc 0,0108 m
Temp. referencia material cable conductor de la Malla Tref 40 ºC
Máxima temperatura admisible del conductor Tm 450 ºC
Largo de las jabalinas Lj 3 m
Diámetro de las jabalinas Øj 19,05 mm
 Valores de Diseño:
Profundidad de implantación de la Malla del Sistema de PAT h 0.80 m
Lado mayor del rectángulo de la Malla (largo) a 58.5 m
Lado menor del rectángulo de la Malla (ancho) b 44 m
Área cubierta por la Malla del Sistema de PAT A 2574 m²
Separación de la cuadrícula según b ea 8.357 m
Separación de la cuadrícula según a eb 7.33 m
Número de conductores en x nx 7 unid
Número de conductores en y ny 6 unid
Conductor adicional para Control de Potencial en perímetro Lcp 40 m
Conductor adicional para conexión de Jabalinas Lcj 30 m
Conductor adicional para conexión a equipos (estimado) Lce 40 m

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Longitud total del cable conductor enterrado Lm 841 m
Cantidad de Jabalinas ubicadas en el área de la Malla nj 24
Resistividad media del terreno a la profundidad de la Malla ρm 1225Ω.m
Resistencia del cuerpo humano RH 1.000 Ω
Espesor de la capa superficial hS 0,10 m
Resistividad de la capa superficial de ripio ρS 3.000 Ω.m
Factor q' considera la profundidad de la malla y la capa superficial Cs 0,8164adim.
7. DESARROLLO - MÉTODO DE CÁLCULO
Determinación de la resistencia equivalente del Sistema
Para el cálculo se emplean las expresiones elaboradas por Schwarz y que se desarrolla en el IEEE Std.
80 -2000.
Solo se considera la resistencia de la Malla y las Jabalinas.
Resistencia de la Malla:
donde:
Resistividad media del terreno a la profundidad de la Malla ρm 1225 Ω.m
Longitud total del cable conductor enterrado Lm 841 m
Diámetro del cable conductor de la Malla Øc 0,01075m
Profundidad de implantación de la Malla del Sistema de PAT h 0,80 m
Área cubierta por la Malla de dimensiones a x b A 2574 m²

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Constante relacionada con la geometría del sistema
K1 1,26 adim.
(Fig. 25(a), Std 80-2000)
Constante relacionada con la geometría del sistema
K2 6,08 adim.
Fig. 25(b), Std 80-2000)
Resistencia de la Malla Rm 10.35 Ω
Resistencia de las Jabalinas:
donde:
Resistividad aparente a la profundidad de la jabalina ρa 1225,0 Ω.m
Longitud de Jabalina Lj 3,0 m
Diámetro de la Jabalina Øj 0,019 m
Cantidad de Jabalinas ubicadas en el área de la Malla Sistema de PAT nj 24 adim.
Constante relacionada con la geometría del sistema K1 1,26 adim.
Área cubierta por la Malla de dimensiones a x b A 2574 m²
Resistencia de las Jabalinas Rj 16.29 ohm

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Resistencia Mutua:
donde:
Resistividad aparente a la profundidad de la jabalina ρa 1225 Ω.m
Longitud total del cable conductor enterrado Lm 841 m
Longitud de Jabalina Lj 3,0 m
Área cubierta por la Malla de dimensiones a x b A 2574 m²
Constante relacionada con la geometría del sistema
K1 1,26
Constante relacionada con la geometría del sistema
K2 6,08
Resistencia mutua entre Malla y Jabalinas Rw 10.26 Ω
Resistencia equivalente del Sistema de Puesta a Tierra:
donde:
Resistencia de la Malla Rm 10.35 Ω
Resistencia de las Jabalinas Rj 16.29 Ω
Resistencia mutua entre Malla y Jabalinas Rw 10.26 Ω
Resistencia del sistema compuesto Rg 10.34 Ω
Verificación de la sección del conductor ante la solicitación térmica:
Condición a Verificar:
Al producirse un cortocircuito, circulará por el Sistema de PAT la corriente de falla. Por efecto Joule
seelevará la temperatura del conductor.

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La sección del conductor adoptado debe ser suficiente para que se disipe el calor generado sin
que elconductor resulte dañado.
El conductor elegido para la Malla debe verificar:
Hipótesis:
El calentamiento se considera adiabático.
La corriente se considera uniformemente distribuida en el conductor.
El valor de la Corriente de Cortocircuito Monofásica adoptado corresponde al previsto para la barra
Principalde la Playa de Maniobra.
Para la verificación Térmica del conductor se considera que toda la corriente de cortocircuito es
derivadapor el sistema compuesto por la Malla y la Jabalina. Entonces Icc = Ig.
Luego, la sección mínima del conductor esta determinada por la siguiente ecuación:
donde:
Corriente de cortocircuito (valor de diseño) Icc 0,5 kA
Tiempo de circulación de la corriente ts 1 seg
Coeficiente térmico de resistividad a 20 ºC (Tabla 1, Std 80-2000). r 0,00381 1/ºC
Resistividad del conductor de tierra a 20 ºC (Tabla 1, Std 80-2000). r 1,78 mΩ.cm
Factor de capacidad térmica (Tabla 1, Std 80-2000). Tcap 3,42 J/cm³.ºC
Máxima temperatura admisible del conductor Tm 450 ºC
Temperatura ambiente Ta 20 ºC
1/ 0 (0 = coeficiente térmico de resistividad a 0 ºC - Tabla 1, Std 80-
K0 242 ºC
2000).
Sección mínima del conductor a utilizar en la Malla Amm² 2,2592 mm²

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Conclusión:
Como 2,2592 mm² < 70 mm² la condición VERIFICA
Tensiones en el Sistema de Puesta a Tierra:
Se debe verificar que en caso de falla las tensiones de paso y contacto en la instalación no
superen las tensiones de paso y de contacto admisibles por el cuerpo humano en dicho
sistema.
E
c  E
cont y E
p  E
pas
Nota: Siendo las tensiones admisibles de paso y contacto las que resulte para una persona de 70 kg.
Tensiones de Contacto admisible para el cuerpo humano:
Coeficiente por peso humano Cp adim
Resistencia del cuerpo humano Rh Ω
Resistividad de la capa superficial compuesta por piedra partida ρS Ω.m
Duración de la corriente de falla tS seg
Factor que tiene en cuenta la profundidad de la Malla y la capa superficial Cs adim
Máxima tensión de contacto admisible por el cuerpo humano Econt 734 V
Tabla resumen
Peso
(kg)
Cp
RH
(Ω)
ρS
(Ω.m)
tS
(seg)
Cs Econt (V)
Valor adoptado
para cálculo
50 0,116 1.000 3.000 1 0,816379 542
734
70 0,157 1.000 3.000 1 0,816379 734

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Tensión de Paso Admisibles para el cuerpo humano:
Coeficiente por peso humano Cp adim
Resistencia del cuerpo humano Rh Ω
Resistividad de la capa superficial compuesta por piedra partida ρS Ω.m
Duración de la corriente de falla tS seg
Factor que tiene en cuenta la profundidad de la Malla y la capa superficial Cs adim
Máxima tensión de paso admisible por el cuerpo humano Epas 70 2464 V
Tensión de Contacto del Sistema de PAT propuesto:
Resistividad a la profundidad de la Malla ρm 1225Ω.m
Longitud total del conductor enterrado Lm 841 m
Longitud de Jabalina Lj 3,0 m
Cantidad de Jabalinas ubicadas en el área de la malla nj 24 Adim.
Corriente de cortocircuito derivada a tierra por el sistema de PAT IG 500 A
Coeficiente de forma de la Malla Km 0,78 Adim.
Coeficiente de irregularidad geométrica de la Malla Ki 2,55 Adim.
Máxima tensión de contacto esperada dentro de la Malla Em c 70 441.04 V

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Tensiones de Paso Sistema de PAT propuesto:
Resistividad a la profundidad de la Malla ρm 1225 .m
Longitud total del conductor enterrado Lm 841 m
Longitud de Jabalina Lj 3 m
Cantidad de Jabalinas ubicadas en el área de la Malla nj 14
adim.Corriente de
cortocircuito derivada a tierra por el Sistema de PAT IG 0.5 kA
Coeficiente relacionada con la geometría del sistema KS 0,27
adim.
Coeficiente de irregularidad geométrica de la Malla Ki 2,55 adim.
Máxima tensión de paso esperada dentro de la Malla Es 653.64 V
Conclusión:
Aplicada Tolerable
Dado que 441.04 V < 734 V Tensión de Contacto VERIFICA
Dado que 653.64V < 2.464 V Tensión de Paso VERIFICA
Potencial de la Malla
Para el cálculo de los potenciales del sistema respecto a la tierra de referencia remota se
determinan aplicando lo indicado en la ET 75 AyE / VDE 0141 y ( Metodologia IEE 80 –
2013)
Tensión del Sistema de PAT respecto a una tierra remota de referencia
Corriente de cortocircuito derivada a tierra por el sistema de PAT
Ig = Sf * I f si tomamos la I f corriente de falla como la de corto circuito y vamos a la tabla
de porcentaje de falla para 1 entrada , 1 salida en base a la resistencia de la malla de PAT
nos da que el valor de S f es del 15 % ( Metodologia IEE 80 – 2013)
Por lo que la I g será = 0.12 x 500 A = 50 A
Resistencia del sistema compuesto Rg = 10.34 Ω
Nos da Potencial de la Malla UE = 517 V por abajo del umbral de la Tensión de contacto
tolerable , por lo que verifica el diseño propuesto.