sistema puesta a tierra

1. Portafolio de Sistemas de puesta a tierra
Joselyn Adriana Carmona Aldana
Cálculo de resistenciás limitádorás de
corrientes de cortocircuito á tierrá
Las características eléctricas que definen una resistencia limitadora de puesta a tierra son:
 Intensidad de paso.
 Tensión del sistema.
 Valor óhmico de la resistencia.
 Tiempo de conexión.
El valor óhmico de la resistencia se determina en función del valor de intensidad de paso
considerada como suficiente para que actúen con fidelidad los dispositivos de protección instalados
y no se alcancen valores que producirían averías mecánicas o eléctricas.
La corriente inicial, al considerar la tensión simple del sistema, es la que circulará por la resistencia
sin estar afectado su valor óhmico por la temperatura.
El tiempo de conexión es el periodo durante el que puede estar conectada la resistencia a la
tensión nominal sin que se supere su límite de calentamiento. Este tiempo se fija siguiendo las
normas aplicables y/o la experiencia de los proyectistas.

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Figura 1: Características de las Resistencias de puesta a tierra
para el neutro de Transformadores (fabricación MESA)
La determinación del valor de esta resistencia R y de la corriente máxima IL = U/√3 · R se hará en
función de las exigencias siguientes:
 la corriente IL debe ser superior o igual, cuanto menos, al doble de la corriente capacitiva
de la red en caso de defecto a tierra IL ≥ 2 · IC a fin de limitar las sobretensiones,
 la corriente IL debe ser inferior a la sobreintensidad máxima que puedan soportar las
pantallas de los cables, en general, de 500 a 3.000 A, según la sección de los cables,
 en una red que alimenta motores de MT, es necesario respetar preferentemente la relación
5 A ≤ IL ≤ 20 A, pero en caso de incompatibilidad con la primera exigencia, IL puede alcanzar 50 A,
 para asegurar una buena protección a nivel de los receptores, es necesario que la
regulación del umbral de Ir no exceda de 0,2 IL, siendo Ir ≤ 0,2 IL,
 para obtener la selectividad con relación a las protecciones de los enlaces sanos, es
necesario respetar la relación Ir ≥ 1,3 IC, siendo IC la corriente capacitiva de los enlaces protegidos
en caso de defecto fase-tierra,
 si la medida de la corriente de tierra se hace por 3 TI de calibre In, es preciso hacer que
Ir ≥ 0,06 In,
 la capacidad térmica de la resistencia R debe permitir el paso de la corriente IL durante el
tiempo máximo de eliminación del defecto a tierra (1 a 1,5 s) o recíprocamente, la eliminación del
defecto a tierra debe ser lo suficientemente rápida para no llegar a deteriorar la resistencia R.
EJEMPLO PRÁCTICO 1
Se requiere realizar el cálculo de la resistencia de limitación R en el punto neutro del transformador
de la figura 2 así como los valores de ajuste de las protecciones homopolares 1, 2, 3 y 4.
1º Paso:
En un primer paso vamos a calcular la intensidad IR de la resistencia de puesta a tierra y los
ajustes de las protecciones homopolares 1 y 2.
Condiciones previas:
1. IR > 2 IC total
2. ir > 1,3 IC (corrientes capacitivas de cada ramal)
3. ir > 12% In TI (por suma 3 TI)
4. ir < 10 a 20% IR (protección de los devanados del transformador y de la R de p.a.t.)

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Figura 2
Capacidad de las líneas de cable (verificar según el fabricante) para cables de 6/10 kV.
Línea 1: 50 mm
2
0,313 x 2 = 0,626 µF
Línea 2: 240 mm
2
0,574 x 5 = 2,87 µF
Corriente de fuga capacitiva caso de puesta a tierra de una de las fases (ver diagrama vectorial de
la figura 3).
IC0T = √3 · U · Cω
U: tensión compuesta entre fases (V)
C: capacidad del cable (F)
ω: pulsación (2πf)

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Figura 3
Línea 1: 50 mm
2
: IC0T = √3 · 6,3 · 0,626 · 10
-3
· 2 · 3,14 · 50 = 2,14 A
Línea 2: 240 mm
2
: IC0T = √3 · 6,3 · 2,87 · 10
-3
· 2 · 3,14 · 50 = 9,83 A
Total corriente capacitiva: 2,14 + 9,83 = 11,97 A
Condiciones establecidas:
Condición 1ª) Ir > 2 x 11,97; Ir > 24 A
Condición 2ª: Ir > 1,3 ICOT
Línea 1: 50 mm
2
Ir1 > 1,3 x 2,14; Ir1 > 2,78 A
Línea 2: 240 mm
2
Ir2 > 1,3 x 9,83; Ir2 > 12,78 A
Condición 3ª: Ir > 0,12 In
Líneas 1 y 2: In = 630 / √3 · 6,3 = 57,73 A por tanto, TI de 60/5 A, relación K = 12:
Condición 4ª: Ir < 0,1 a 0,2 IR
Ir1 e Ir2 < 0,15 · 24 (3,6 A)
Las condiciones 1ª, 2ª y 3ª dan los valores mínimos admisibles. La condición 4ª da el valor máximo
admisible.
Por tanto:
Línea 1: 50 mm
2
: Ir1 mínimo (condición 2ª) 2,78 A, máximo (condición 4ª): 3,6 A
Línea 2: 240 mm
2
: Ir2 mínimo (condición 2ª): 12,78 A, máximo (condición 4ª): 3,6 A
Es necesario, por tanto, aumentar el valor IR como mínimo hasta IR > 12,78 / 0,1 = 128 A. Esto
significa dimensionar más la resistencia R de puesta a tierra del neutro.

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En consecuencia se eligen:
 Intensidad máxima de la resistencia de puesta a tierra IR = 300 A (1)
 Ajuste de las protecciones homopolares:
o Línea 1: 50 mm
2
: Ir1 = 3,5 A
o Línea 2: 240 mm
2
: Ir2 = 15 A
(1) De donde:
2º Paso:
En un segundo paso se calculan los ajustes de las protecciones homopolares 3 y 4.
Protección 3:
TI 120/5A, K = 24
Condición de selectividad Ir3 > Ir2, Ir3 > Ir1.
Ajuste elegido Ir3 = 18 A.
Protección nº 4:
Es la protección térmica para el paso de corriente permanente por la resistencia R.
Condición 4or al lím: Ir4 inferiite térmico de la resistencia R.
Habitualmente las resistencias de puesta a tierra del neutro en MT, se construyen para poder soportar el paso
de una corriente permanente del orden del 8 a 10% de la intensidad máxima de cortocircuito unipolar a tierra,
limitada por el propio valor de dicha resistencia. Ejemplo: Tensión de servicio 26400 V intensidad máxima de
cortocircuito unipolar a tierra: 600 A.
Valor de la resistencia:
Intensidad permanente admisible por la resistencia 600 x 0,08 = 50 A. Por tanto, en este ejemplo Ir
< 50 A.
Aplicando este criterio constructivo al valor IR = 300 A elegido en el anterior paso 1, las condiciones
son:
Condición térmica: Ir4 < 0,1 x 300 (30 A)
Condición de selectividad: Ir4 > Ir2; Ir4 > 15 A.
Se elige pues Ir4 = 22 A.
EJEMPLO PRÁCTICO 2º:
Se desea calcular la resistencia de puesta a tierra R en el neutro de los transformadores y el valor
de la corriente de cortocircuito limitada por R ante un defecto a tierra.

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Instalación con dos transformadores de 20 MVA. 55/20 kV según la figura 4.
Observación: Ambos transformadores no trabajaran nunca en paralelo.
Figura 4
Diseño de sistema de puesta a tierra
Cables de MT
Como se menciona en el esquema unifilar, todos los cables de MT considerados son 240 mm² Al
12 / 20 kV RHZ1. Suponemos que la capacitancia lineal de este cable es c = 0.416 μF / km
(Verificar según fabricante).
Corriente capacitiva
De acuerdo con el esquema unifilar de la figura 4, se calcula la corriente capacitiva máxima del
circuito de 20 kV. Se considera la contribución de los tres bucles y la conexión de cable de 800
metros entre las dos barras de bus. No se tienen en cuenta ampliaciones futura.
Corriente de fuga capacitiva en caso de puesta a tierra de una de las fases (ver diagrama vectorial
de la figura 3)
IC0T = √3· Cω · U
U: tensión compuesta entre fases (V)
C: capacidad del cable (F)
ω: pulsación (2πf)
Longitud total de los cables de 20 kV
Cable de media tensión: 240 mm² Al 12 / 20kV RHZ1

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c = 4.16
-6
F/km (verificar según fabricante)
C = 4.16
-6
· 6170 = 2,57
-6
F
ICT = √3 · Cω· U = 1.732 · 2,57
-6
· 2 · π · 50 · 20.000 = 28 A
Máxima corriente capacitiva de la red de 20 kV: 28A.
Sistema de puesta a tierra
Los dos transformadores de 20 kV nunca funcionan en paralelo. La solución más económica es
conectar el punto neutro de cada transformador Dyn 5 / 20kV a tierra mediante una resistencia.
La resistencia de puesta a tierra generalmente se elige para que IL
(1)
≥ 2.Ict para limitar las
sobretensiones transitorias durante fallos a tierra. Para admitir la corriente capacitiva de una
posible ampliación futura de la red, es recomendable elegir la resistencia para que IL
(1)
≥ 4.Ict
(1) IL: corriente limitada por la resistencia de puesta a tierra
Para IL = 4 · 28 = 112 A => R = U/√3 · IL = 103 Ω
Sistema de puesta a tierra sugerido: conexión del punto neutro del sistema de 20 kV a tierra con
una resistencia de 103 Ω en cada transformador de 55/20 kV. La corriente de cortocircuito de falta
a tierra estará limitada a 112 A.
Figura 5