Este documento presenta el diseño y cálculo de una malla de puesta a tierra para una subestación. Describe los pasos para seleccionar el conductor, determinar la geometría de la malla, calcular los coeficientes involucrados y verificar que las tensiones de paso y contacto cumplan con los valores permisibles. Finalmente, calcula la resistencia de la malla usando dos métodos y concluye que el diseño proporciona la seguridad requerida.

1. 1
CALCULO DE LA MALLA DE PUESTA A
TIERRA DE UNA SUBESTACION
Christian Cañafe
ccanafe@est.ups.edu.ec
Universidad Politecnica Salesiana
Sede Cuenca
Alta Tension II
Abstract—En este desarrollo se realiza el diseño y cálculo de
la malla de puesta a tierra de una subestación, se muestra
detalladamente su analissis de calculo mediante las formulas
empleadas y verificando sus respuestas mediante Excel.
Index Terms—,resistividad, conductores, union exotermica,
temperatura, metodo Laurent, metodo Dwinght.
I. INTRODUCCION.
las puestas a tierra toda instalación eléctrica debe
disponer en tal forma que cualquier punto accesible a
las personas que puedan transitar o permanecer allí,
no estén sometidas a tensiones de paso o de contacto
que superen los umbrales de soportabilidad, cuando se
presente una falla, y se debe tener presente que el criterio
fundamental para garantizar la seguridad de los seres
humanos, es la máxima corriente que pueden soportar,
debida a la tensión de paso o de contacto y no el valor
de la resistencia de puesta a tierra tomado aisladamente.
Un bajo valor de resistencia de puesta a tierra es siempre
deseable para disminuir el máximo potencial de tierra, por
tanto al diseñar un sistema de puesta a tierra, es fundamental
determinar tensiones máximas aplicadas al ser humano en caso
de falla [1].
En el presente informe se desarrolla el diseño de una malla
de puesta a tierra teniendo en cuenta los aspectos normativos.
II. FUNCIONES DE UNA MALLA DE PUESTA A
TIERRA
Entre las más importantes se tienen:
• Evitan sobrevoltajes producidos por descargas atmosféri-
cas, operación o maniobras de disyuntores.
• Proporcionar una vía rápida de descarga de baja impedan-
cia con el fin de mejorar y asegurar el funcionamiento de
protecciones.
• Proporcionar seguridad al personal de la subestación.
III. DISEÑO DE UNA MALLA A TIERRA.
El diseño de una malla a tierra está afectado por las
siguientes variables:
• Corriente Máxima de Falla 9 kA
• Nivel de Tensión 34,5 kU
• Resistividad del Suelo 800 Ohm-m
• Resistividad Superficial 1700 Ohm-m
• Tiempo máximo de falla 1,12 seg
• Espaciamiento entre conductores 8 m
• Número de Conductores Paralelo a A 12
• Número de Conductores Paralelo a B 10
• Profundidad de Enterramiento 0.3 m
• Temperatura ambiente 28°C
• Uniones Exotérmica 450 °C
A. Selección del conductor de la Malla .
Para calcular la sección del conductor se aplica la siguiente
ecuación:
Ac = I

 33t
log T m−T a
234+T a + 1


1/2
(1)
En donde:
• Ac = Sección del conductor (CM).
• I = Corriente máxima de falla (Amp.)
• Tm = Temperatura máxima en los nodos de la malla (450°
C con soldadura y 250°C con amarre pernado.)
• Ta = Temperatura ambiente (°C).
• t = Tiempo máximo de despeje de la falla (seg).
ACM = 9kA

 33(1.12)
log 450−28
234+28 + 1


1/2
(2)
ACM = 84755.55655 (3)
1CM = 5 ∗ 10−4
mm2
(4)
AC = 7.345547163mm (5)
El diámetro del conductor
A =
π
4
d2
(6)
d = 0.007345547m (7)

2. 2
B. Elección de la malla.
• n= 12
• m=10
• D=8m
(n − 1) ∗ D = 88 (8)
(m − 1) ∗ D = 72 (9)
La longitud total del conductor está dada por
L = (n ∗ A) + (m ∗ B) = 1744m (10)
L = (12 ∗ 72) + (10 ∗ 88) = 1744m (11)
C. Determinación de los coeficientes km , ki , ks .
Para la determinación de los coeficientes es necesario tener
en cuenta las siguientes definiciones:
• A= Longitud de la malla (m).
• B= Ancho de la malla(m).
• L= Longitud total del conductor (m).
• n= Número de conductores en paralelo de longitud A
• m= Número de conductores en paralelo de longitud B.
• D= Espaciamiento entre conductores (m).
• h= Profundidad de enterramiento (m).
• d= Diámetro del conductor(m)
k m = Coeficiente que tiene en cuenta las características
geométricas de la malla.
Km =
1
2π
In
D2
16hd
+
1
π
In
3
4
∗
5
6
∗
7
8
... (12)
Km =
1
2π
In
82
16(0.3)(0.007345547m)
+
+
1
π
In
3
4
∗
5
6
∗
7
8
∗
9
10
∗
11
12
∗
13
14
∗
15
16
∗
17
18
∗
19
20
∗
21
22
(13)
Km = 0.847480636 (14)
ki = Coeficiente de irregularidad del terreno.
Si ki es si n>7
Ki = 2 (15)
ks = Coeficiente que tiene en cuenta, la influencia combi-
nada de la profundidad y del espaciamiento de la malla.
Ks =
1
π
In
1
2h
∗
1
D + h
+
1
2D
+
1
3D
, , , , , (16)
Ks =
1
π
In(
1
2 ∗ 0.3
∗
1
8 + 0.3
+
1
2(8)
+
1
3(8)
+
1
4(8)
+
+
1
5(8)
+
1
6(8)
+
1
7(8)
+
1
8(8)
+
1
9(8)
+
1
10(8)
+
1
11(8)
) (17)
Ks = 0.649236432 (18)
D. Cálculo de las tensiones permisibles de paso y contacto.
Ep = Ks ∗ Ki
ρI
L
(19)
Ep = 5360.659527(U) (20)
Tensión de contacto
Et = Km ∗ Ki
ρI
L
(21)
Et = 6997.546535(U) (22)
Analizando los valores de las tensiones permesibles de paso
y contacto con los valores nomimales vemos que:
Ep = 5360.659527 < 2165(U) (23)
Et = 6997.546535 < 665(U) (24)
Figure 1. Valores de la tensiones de paso y contacto
La disposición escogida no cumple con el valor permisible
de Ep y Et, en lo cual se puede ensayar una nueva disposición
con cuadricula que cumpla las condiciones y asi continuar con
los calculos correspondientes.
E. Los nuevos valores selecionados y que cumplen con la
condicion son:
Figure 2. Valores seleccionados
La longitud total del conductor está dada por
L = (n ∗ A) + (m ∗ B) = 1744m (25)
L = 25215m (26)
1) Determinación de los coeficientes km , ki , ks .:
Km =
1
2π
In
D2
16hd
+
1
π
In
3
4
∗
5
6
∗
7
8
... (27)
Km = 1.047572 (28)
Ki = 2 (29)
Ks =
1
π
In
1
2h
∗
1
D + h
+
1
2D
+
1
3D
, , , , , (30)
Ks = 0.59418 (31)

3. 3
2) Cálculo de las tensiones permisibles de paso y con-
tacto.:
Ep = Ks ∗ Ki
ρI
L
(32)
Ep = 339.3318(U) (33)
Tensión de contacto
Et = Km ∗ Ki
ρI
L
(34)
Et = 598.2570(U) (35)
Analizando los valores de las tensiones permesibles de paso
y contacto con los valores nomimales vemos que:
Ep = 339.3318 < 2165(U) (36)
Et = 598.2570 < 665(U) (37)
Figure 3. Valores de la tensiones de paso y contacto
La disposición escogida cumple con los valor permisible de
Ep y Et, en lo cual se continua con los calculos correspondi-
entes.
3) Utilizando el metodo de Lauren y Nieman: Este método
es bastante aproximado.
R = 0.84315 (38)
Figure 4. Metodo de Lauren y Nieman
4) Método de Dwight : Este método es mucho mas largo
pero es mucho más exacto que el metodo de Lauren y Nieman.
Figure 5. Método de Dwight
Por lo tanto analizando las tensiones de paso y contacto
como su resistencia es menor que la resistencia máxima
considerada.
R = 0.6510Ω > 5Ω (39)
IV. CONCLUCION.
Este diseño presenta un pequeño sobredimensionamiento,
el objetivo principal es proporcionar ante todo seguridad en
los componentes y sobretodo seguridad humana. Por lo tanto
considerando las especificacioes de Et y Ep se calculo su
resistencia ya sea por el metodo aproximado y por el metodo
mas exacto.
REFERENCES
[1] DIAPOSITIVAS CAPITULO II, Alta Tension II.