Giuliano bozzo-moncada

1. Dr. Luis Morán T. 1
Capítulo 8.Capítulo 8.
Sistemas de Puesta a Tierra.Sistemas de Puesta a Tierra.

2. Dr. Luis Morán T. 2
Introducción.
• Permiten una mejor operación de los Sistemas de Distribución.
• Aumenta la seguridad de las personas y de las instalaciones.
Falla a
tierra.
La corriente fluye
a través de la
estructura a tierra.
La corriente vuelve
al neutro de la
fuente por tierra.

3. Dr. Luis Morán T. 3
Tierra de servicio y tierra de protección.
• La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el
punto neutro de un transformador de potencia o de una
máquina.
 La resistencia de la malla depende del valor de la corriente
de falla monofásica que se desea tener
• La tierra de protección es la malla de tierra donde se
conectan todas las partes metálicas no-energizadas de los
equipos que conforman un sistema eléctrico.
 La resistencia de la malla depende de las condiciones de
seguridad.

4. Dr. Luis Morán T. 4
Tierra de servicio.
Sistemas aislados.
 La conexión a tierra se hace a través de una alta impedancia.
 Bajas corrientes de cortocircuito.
 Mayor continuidad de servicio en caso de falla.
 Altas sobretensiones en el punto de contacto a tierra.
 El valor de las capacidades e inductancia produce un efecto
de resonancia.
 Poco usados

5. Dr. Luis Morán T. 5
Tierra de servicio.
Sistemas aterrizados.
 El neutro de transformadores y generadores es conectado a
tierra.
 La conexión a tierra puede ser: Sólidamente aterrizado,
Resistencia de alto o bajo valor, con un reactor o con una
bobina Petersen.
 Protege la vida útil de la aislación de los equipos eléctricos.

6. Dr. Luis Morán T. 6
Tierra de servicio.
Sistemas aterrizados.
 Sólidamente aterrizado: neutro conectado directamente a la
malla de tierra (usado en baja tensión).
 Resistencia de bajo valor: el valor depende del máximo valor
de corriente a limitar, es usado en sistemas de media tensión.
 Resistencia de alto valor: se limita la magnitud de primera
corriente de falla monofásica, usado cuando la prioridad es
la continuidad del servicio.
 Reactor: limita la corriente de falla de las bobinas de un
generador de baja tensión.

7. Dr. Luis Morán T. 7
Cálculo de la resistencia de neutro.
Ic
Vn
Rn
⋅
≥
3 coX
Vn
Ic =
3
coX
Rn ≥
Vn : valor de la tensión de fase neutro.
Ic : valor de la corriente total capacitiva del sistema.
XCO : reactancia capacitiva del sistema

8. Dr. Luis Morán T. 8
Mallas de tierra.
• La resistencia de la malla
depende de:
 El conductor.
 Del contacto entre la malla
y el terreno.
 Del tipo de terreno.
• La malla está formada por:
 Las barras enterradas.
 Los conductores horizontales.
 Un reticulado horizontal con o
sin barras.

9. Dr. Luis Morán T. 9
Tipos de mallas de tierra.
• Malla de baja tensión.
 Resistencia de la malla según SEC.
• Malla de alta tensión:
 Las inducción de voltaje en una malla de baja tensión debe ser
menor a los 125 V.
[ ]Ω
⋅
=
I
R
5.2
65
65: Límite de voltaje que puede
ser sometida una persona.
I: Corriente de cortocircuito
monofásico.

10. Dr. Luis Morán T. 10
Resistividad equivalente del terreno.
Consideraciones.
 Area encerrada por el perímetro de la malla.
π
A
r =

11. Dr. Luis Morán T. 11
Resistividad equivalente del terreno.
Consideraciones.
 La resistividad equivalente de un terreno de n capas equivale a la
de uno homogéneo.
ρ
π o
o
h
r
r
r
sin
R
⋅⋅




=
−
2
1

12. Dr. Luis Morán T. 12
Resistividad equivalente del terreno.
Consideraciones.
 Para el terreno multiestratificado.
 La resistividad del terreno es:
[ ]∑=
−
−
−−−⋅⋅⋅




= n
i
ii
o
me
vv
r
r
sin
R
1
2
1
2
o
22
o
1
rr
1
2
ρ
π
)(
1
1
1
n
1 i
−
=
−⋅
=
∑ ii
i
eq
FF
ρ
ρ 2
0
2
1
r
v
F i
i −=
)(22
hrrqo +⋅⋅=
22
0
2
0
2
ii hrqu ++=
( )2
0
2
0
422
45.0 rquuv iii ⋅⋅−−⋅=

13. Dr. Luis Morán T. 13
Resistencia de puesta a tierra.
Método Schwarz.
Se considera un reticulado y un conjunto de barras verticales,
calculando la resistencia de cada una.
[ ]
1221
2
1221
2 RRR
RRR
R
⋅−+
−⋅
=Ω R1: reticulado.
R2: barras
R1-2: reticulado-barras.
( )






+−+
⋅
⋅
⋅
=






−⋅⋅+−
⋅
⋅
⋅⋅⋅
=






−⋅+⋅
⋅
=
1
L
L
2
ln
1
A
L
21
d
L8
ln
2
h
2L
ln
2
t
1
2
12
2
2
1
2
2
2
2
21
1
t1
1
K
A
k
L
L
R
nK
Ln
R
K
A
Lt
K
L
R
t
t
a
a
t
π
ρ
π
ρ
π
ρ
K1 y K2: dependen de la
longuitud y del ancho.

14. Dr. Luis Morán T. 14
Seguridad de las personas.
• El riesgo de muerte depende de la frecuencia, de la magnitud y
de la duración de la corriente.
t
IK
116.0
=
Tiempo que una persona soporta la corriente Ik
0.116: contante empírica, depende del peso de la persona.
• Tensión de contacto.
( ) ( )
t
CIRRV ssKfkc
116.0
5.110005.0 ⋅⋅⋅+=⋅⋅+= ρ
( ) 







⋅⋅+
⋅+⋅= ∑
∞
=1
2
6251
21
96.0
1
n
g
n
s
hn
K
C
s
s
K
ρρ
ρρ
+
−
=
1
1
Cx depende de la capa de gravilla.

15. Dr. Luis Morán T. 15
Seguridad de las personas.
Tensión de paso.
Es la elevación de potencial debido a la corriente de cortocircuito que
circula desde la malla al terreno
( ) ( )
t
CIRRV ssKFKp
116.0
610002 ⋅⋅⋅+=⋅⋅+= ρ
RK es la resistencia del cuerpo humano.
Rf es tres veces la resistividad de la superficie.
t
C
V ss
p
ρ⋅⋅+
=
7.0116

16. Dr. Luis Morán T. 16
Sección de los conductores de malla.
• Deben conducir las corrientes de paso sin alterar sus
características.
• Deben ser mecánicamente resistentes y de bajo valor óhmico.
Sección del conductor
considerando la temperatura.
ao
mo
-2
rr2
T+K
T+K
ln
10t
I=]mm[
⋅
⋅⋅⋅
⋅
CAPT
A
ρα
t [ s ] = duración de la falla.
Tm [ ° C ] = temperatura máxima admisible en el conductor.
αo= coeficiente térmico de resistividad a 0 ° C.
αr= coeficiente térmico de resistividad a 20 ° C.
ρr[ µΩcm ]= resistividad del conductor a la temperatura ambiente Ta.
Ko= 1/αo
TCAP= factor de capacidad térmica en [ J/cm3
/°C ].
Ta[ ° C ]= temperatura ambiente.

17. Dr. Luis Morán T. 17
Parámetros de los materiales usados.
Descripción Conductividad [ % ] Factor αr a 20 °C Ko a 0 ° C
Cu blando 100.0 0.00393 234
Cu duro 97.0 0.00381 242
Copper - clad 40.0 0.00378 245
Aluminio 61.0 0.00403 228
Aluminun - clad 20.3 0.00360 258
Fierro galvanizado 8.5 0.00320 293
Acero inoxidable 2.4 0.00130 749
Descripción Temperatura de
fusión [ ° C ]
ρr a 20 ° C
[ µΩcm ]
Valor efectivo de
TCAP [ J/cm
3
/°C ]
Cu blando 1083 1.7241 3.422
Cu duro 1084 1.7774 3.422
Copper - clad 1084 - 1300 4.3970 3.864
Aluminio 657 2.8620 2.556
Alumino - clad 660 - 1300 8.4805 2.670
Fierro galvanizado 419 - 1300 20.100 3.931
Acero inoxidable 1400 72.000 4.032
Parámetros para el
cálculo del aumento de
temperatura en el
conductor durante el
cortocircuito

18. Dr. Luis Morán T. 18
Análisis de la Puesta a Tierra en SubestacionesAnálisis de la Puesta a Tierra en Subestaciones
de Media Tensiónde Media Tensión

19. Dr. Luis Morán T. 19
Objetivos de una malla de tierra:Objetivos de una malla de tierra:
1.- Proveer una trayectoria de baja resistencia a la
circulación de las corrientes de secuencia cero.
2.- Limitar las tensiones de paso y de contacto en caso de
producirse una falla monofásica a valores que no
comprometan la vida de las personas.
3.- Proveer una superficie equipotencial que sirva de
referencia a las tensiones del sistema

20. Dr. Luis Morán T. 20
Definiciones
Tensión de paso: Corresponde a la elevación de potencial
debido a la corriente de cortocircuito que circula desde la
malla al terreno, y que a su vez forzará a que circule una
corriente por el cuerpo de una persona que se encuentre
parada sobre la malla.
Tensión de contacto: Es aquella a la que queda sometida una
persona al tocar un equipo energizado
Valores máximos de seguridad: (IEEE)
1273 Volts para tensión de paso
405 Volts para tension de contacto

21. Dr. Luis Morán T. 21
Mediciones de la Resistencia de Malla
Las mediciones fueron realizadas aplicando el método de los 3 electrodos con un
instrumento “DIGITAL EARTH TESTER”, tipo DET5/4R, marca “MEGGER”, con
certificado de calibración al día.

22. Dr. Luis Morán T. 22
La tabla muestra los valores de resistencias de malla de tierra calculados con
los valores reales medidos en terreno.
Area
RMalla Medida
[Ω] RMalla Programa
[Ω]
Error
[%]
S/E Principal 0,2 0,3 10
ROM Nº1 1,02 2,14 112
ASCOTAN-ESTACION ELEVADORA 0,99 1,19 20
ASCOTAN-POZO Nº2 0,37 0,78 41
OSMOSIS 1,3 1,19 11
TRANSFERENCIA Nº1 * 1,51 -
TRANSFERENCIA Nº2 Y 3 * 0,75 -
LP Nº1 3,03 3,5 47
LP Nº2 3,03 3,22 19
SE MOVIL 41801 1,03 3,04 201
RECTIFICADOR Nº1 * 10,75 -
* Resistencias imposibles de medir en terreno

23. Dr. Luis Morán T. 23
a) Tensión de Paso. b ) Tensión de Contacto.

24. Dr. Luis Morán T. 24
Conclusiones del Sistema de Puesta a TierraConclusiones del Sistema de Puesta a Tierra
Los valores medidos de las resistencias de las mallas de tierra
cumplen con los requerimientos de seguridad del sistema de
distribución, ya que definen tensiones de paso y de contacto
inferiores a los valores máximos permitidos por norma.
El valor de la resistencia de la malla de tierra en cada
subestación de media tensión tiene poca incidencia en el valor
de la corriente de falla monofásica la que depende
principalmente de la resistencia conectada entre neutro y tierra.