_MALLA A TIERRA BAJA Y MEDIA TENSION (1).pdf

MALLAA TIERRA
Ing. Guillermo Aguayo P.
Instalador Electrico Clase A
Docente Área Eléctrica

Conceptos Generales ELECTRICIDAD
Voltaje
Intensidad de Corriente
Resistencia
Potencia Eléctrica
Energia
Docente: Guillermo Aguayo P.

Pliego Técnico Normativo Nº RIC Nº6
• Sistema de puesta a tierra (SPT)
• Tensión de contacto:
• Tensión de paso:
• Tierra de protección:
• Tierra de servicio:
• Tierra, resistividad específica

Exigencias generales
• El sistema de puesta a tierra (SPT) de una instalación de consumo de electricidad deberá
diseñarse y ejecutarse con el objetivo que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie
próxima del terreno no aparezcan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo,
permita el paso a tierra de las corrientes de falla o las de descarga de origen atmosférico. La
responsabilidad por los cálculos justificativos y el adecuado diseño de una puesta a tierra será
del profesional o instalador autorizado encargado de proyectar la instalación. Por su parte, la
correcta ejecución y la comprobación de los valores de una puesta a tierra, será del instalador
autorizado encargado de ejecutar la instalación.
• El diseño y construcción de un sistema de puesta a tierra debe garantizar la seguridad de las
personas, considerando la máxima energía eléctrica que pueden soportar, dadas por las
tensiones de paso, de contacto o transferidas y no solo el valor de resistencia de puesta a tierra
tomado aisladamente.
Un sistema de puesta a tierra debe cumplir con las siguientes funciones:
• Garantizar las condiciones de seguridad de los seres vivos, con respecto al sistema eléctrico
instalado.
• Garantizar que los voltajes de contacto y de paso se mantengan en valores tolerables para las
personas.
• Permitir a los equipos de protección despejar la falla en un tiempo seguro para los usuarios.
• Servir de referencia común al sistema eléctrico.
• Conducir y disipar las corrientes de falla, electrostática y de rayo, a través del conductor de
protección a tierra sin riesgos de sobreesfuerzos térmicos, termomecánicos ni electromecánicos
peligrosos ni de choques eléctricos debidos a estas corrientes.
• Realizar una conexión de baja impedancia con la tierra y con puntos de referencia de los equipos.

Efectos de la electricidad en el cuerpo humano.
El cuerpo humano al ser atravesado por la corriente eléctrica, se comporta como un conductor siguiendo la ley
de Ohm.
Donde: La Intensidad es igual a la Diferencia de potencial / Resistencia.
Los factores mas importantes que determinan los efectos del paso de la electricidad a través de una persona
son:
• Intensidad.
• Resistencia.
• Frecuencia.
• Tiempo de contacto.
• Recorrido de la corriente a través del cuerpo.
• Tensión.

Resistencia: La intensidad que circule por el cuerpo humano a causa de un contacto accidental,
dependerá única y exclusivamente de la resistencia que se ofrezca al paso de la corriente, siendo
esta resistencia la suma de:
- Resistencia del punto de contacto (piel).
- Resistencia de los tejidos internos que atraviese la corriente.
- Resistencia de la zona de salida de la corriente.
El punto de contacto con la fuente de tensión es siempre la piel, y su resistencia puede variar
entre 100 ohmios para piel fina y húmeda y 1.000.000 ohmios en piel rugosa y seca, tejidos
internos 500 ohmios.
En la mayoría de los casos, la zona de salida de la corriente son los pies, así que la resistencia
dependerá también del tipo de calzado y del material del que este fabricado el suelo.
GRAFICA DE ZONA DE RIESGO

Resistividad Equivalente del Suelo
La resistividad de un suelo será única cuando se trate de un terreno homogéneo, debido a que
ésta, no sólo depende de las características eléctricas y del espesor de los estratos presentes
en el suelo, si no que, además, depende de la configuración geométrica de la puesta a tierra.
Del estudio de suelos se logra determinar la resistividad particular de cada estrato presente en
el terreno, pero esta información se debe mezclar con las características físicas del dispositivo
de tierra elegido con el fin de conseguir una resistividad denominada equivalente.
Con electrodos verticales, la resistividad equivalente de un suelo está dada fundamentalmente
por el promedio de las resistividades de las capas presentes, considerando empíricamente
que el electrodo atraviesa todos los estratos existentes, y que cada uno de ellos, presenta la
misma influencia respecto a la resistividad equivalente del suelo que circunda al electrodo.
Resistividad equivalente para el caso de electrodos verticales

Sistemas de Puesta a Tierra
En los siguientes puntos se describirán las configuraciones de sistemas de puesta a
tierra más utilizados en nuestro País, no queriendo decir con esto que son las únicas ni
las mejores respecto a otras.
Electrodo Vertical
Esta configuración de puesta a tierra, tiene como principal defecto el hecho de que su resistencia
es bastante elevada. Por ejemplo, y tomando como base una resistividad de suelo de 100 (Ω-m),
la resistencia de una barra de 1,5 mts. por ¾” φ alcanza en promedio a los 60 (Ω).
Debido a lo anterior, se recomienda su uso solo en el caso de que se complemente con
dispositivos diferenciales.
La ecuación que permite determinar su resistencia es:

Conductor Enmallado
Este tipo de configuración, a diferencia de la anterior, presenta la ventaja de que se
pueden conseguir valores de resistencia bastante mas pequeños, pero a un costo mayor.
Para el cálculo de la resistencia de un enmallado o también denominado malla de puesta a tierra,
existen dos alternativas de cálculo, una debida a Laurent y la otra debida a Schwarz.
Método de Laurent
Este método de cálculo solamente considera como parámetros
fundamentales de la malla, los concernientes a la longitud del
conductor que la conforma, y el radio equivalente de la misma.
Debido a lo anterior, algunos autores nombran a este método
como el “método aproximado” de Laurent.
La expresión que permite determinar la resistencia de la malla de
puesta a tierra mediante este método, es la siguiente:

Método de Schwarz
Este método de cálculo a diferencia del anterior, considera tanto las características del terreno, cómo
las concernientes a la malla, debido a esto, al método se le llama “exacto”.
Las expresiones de calculo que permiten determinar la resistencia de una malla mediante Schwarz, se
presentan en la página siguiente.

Conductor Enmallado con Electrodos Verticales
Esta configuración de sistema de puesta a tierra consiste en agregar a la malla, electrodos o barras
verticales, con el fin de conseguir una resistencia de menor valor, comparativamente con la lograda al
haber utilizado la malla sola.
Si la resistencia de la malla determinada por Schwarz la denotamos como R MS , y la resistencia de
los electrodos como R, tenderemos que las expresiones que permiten determinar la resistencia total
del conjunto malla – electrodos son las contenidas en la siguiente página.
Electrodo enmallado

Diseño Preliminar del Sistema de Puesta a Tierra
Como hemos visto en las ecuaciones que definen el calculo de la resistividad equivalente, el
antecedente primario, es la superficie y características de la malla de puesta a tierra,
información, que el proyectista del sistema ya debe tener definido, sobre la base de los parámetros
indicados en la página siguiente.
Superficie de la Malla
Para determinar la superficie de la malla de puesta a tierra, no existe una ecuación general que sirva para
este efecto, principalmente la definición de la superficie de la malla depende del área disponible, tipo de
terreno y la experiencia del proyectista.
A continuación se presentan algunas recomendaciones de superficie de mallas, en función del tipo de
terreno en el caso de querer conseguir una resistencia máxima de 5 (Ω).
- Para terrenos con una resistividad promedio de 50 (Ω-m): 16 m2 .

Conexiones a la Malla
Mediante cables continuos de secciones adecuadas y uniones que garanticen un 100%
de conductividad, deberán conectarse a la malla de puesta a tierra los siguientes
elementos:
A. Todas las partes metálicas que normalmente no
conducen corriente, pero que accidentalmente
por fallas de aislación, pueden quedar
energizadas.
B. Varillas, tuberías y toda clase de estructuras
metálicas enterradas dentro del perímetro de la
malla.
C. Pararrayos, condensadores de acoplamiento y
cuando corresponda, los neutros de los
transformadores, máquinas rotatorias, circuitos
secundarios de poder, y los secundarios de los
transformadores de tensión y de corriente.

Existen dos alternativas de unión entre los conductores de la malla de puesta a tierra, uno es el
denominado prensas de unión y el otro es el sistema denominado como termofusión.
En la práctica, no se recomienda el uso de prensas para la unión de los conductores de puesta a tierra,
debido a que no ofrece un grado de unión adecuado entre los conductores, lo que trae como
consecuencia un aumento de la resistencia de contacto.
Preferentemente se deberá realizar las uniones entre conductores mediante de termofusion
Unión entre los Conductores de la Malla
Camarillas de Registro
La resistencia de puesta a tierra de un electrodo, un conjunto de electrodos o una malla, deberá poder
medirse sin dificultades
Para cumplir lo anterior, se debe dejar por lo menos un punto de la puesta a tierra accesible, adoptándose
una disposición como la mostrada en la siguiente figura:

Objetivo del Diseño de una puesta a tierra
• Encontrar la mejor alternativa geométrica, para que el terreno participe en la conducción de la corriente
de defecto.
• El grado de oposición que presenta un terreno a la circulación de la corriente eléctrica se puede definir
como:

Con conductores y electrodos enmallados, de acuerdo a Yakobs, una puesta a tierra compuesta por un
conjunto de conductores horizontales enterrados a una profundidad “t” y un conjunto de barras verticales
de longitud “L”, se aproxima a un prisma metálico recto en la medida que se incrementa el número de
elementos verticales, y su resistencia disminuye hasta un valor mínimo. Este prisma metálico puede
aproximarse por un semielipsoide de revolución ubicado a partir de la superficie del terreno, tal como se
muestra en la figura 5. El semielipsoide cubre una superficie “S” igual a la abarcada por la puesta a
tierra, y su eje menor “b” es igual a la profundidad máxima alcanzada por los elementos: he =t+L, si
existen electrodos; o he =t si solo existen conductores enmallados horizontales.
Esquema representativo de del criterio de Yacobs
Radio medio o equivalente de una malla
YACOBS BURGSDORF

Variable auxiliar de cálculo (m)
Para un terreno multiestratificado la resistencia de asociada a la puesta a tierra se calcula
mediante la siguiente expresión:

Finalmente, igualando las expresiones anteriores, resulta que la resistividad de un suelo
de “n” capas al que se le inserta una puesta a tierra horizontal enmallada, presenta una
resistividad equivalente dada por la siguiente expresión:
• Calcular el radio equivalente de la malla:
• Calcular la variable auxiliar “r0 ”:
• Calcular la variable auxiliar “q”:
• Calcular las variables auxiliares “v i ”:
Por lo tanto:
La cantidad de valores de “Fi”, esta en función de la cantidad de valores de “v i”

Calcular la resistividad equivalente:

EJEMPLO
OBTENCION DE DATOS EN TERRENO

Resistividades Aparentes

Tabla de mediciones

GRAFICA DE DATOS TERRENO
Hoja LOG 62,5 mm2 / década
Con los datos de resistividad aparente y separación de electrodos de medición, se confecciona una
gráfica de terreno.
Esta representación se realiza en papel logarítmico de 62,5mm/décadas.
Se grafica la separazione de electrodos versus resistividad aparente.

Ejemplo:

Estratos del Terreno

Razón de resistividad
Ejemplo de determinación de la razón de resistividad de un terreno según su

Ejemplo de curvas patrón Orellana y
Mooney
Comparación de Gráfica de terreno
Vs Curvas de Orellana y Mooney

Interpretación
Se debe comparar la gráfica de terreno con un set de curvas patrones
Clasificación de 2 Estratos Clasificación de 4 Estratos

FINALMENTE

FORMULA DE CALCULO
YAKOBS - BURGSDORF
En este calculo un SPT, necesitaremos conocer un valor de resistividad del terreno,
equivalente a la acción conjunta de las resistividades y los estratos presentes en el área a
ocupar por dichos sistema.
En la actualidad se determina esta resistividad equivalente, mediante el criterio de
BURGSDORF - YAKOBS

DISEÑO DE LA MALLA
TIERRA EN B.T.

DISEÑO DE LA MALLA
TIERRA EN B.T.
Resultados Obtenidos Malla Proyectada
Obtención de Variables F1-F2-F3

Obtención de Variables V1-V2-V3

Obtención de
Resistividades equivalente de terreno
Obtención de Variables F1-F2-F3

CRITERIO SCHWARS
CALCULO DE LA RPT

DISEÑO DE LA
MALLA A TIERRA MT

VOLTAJE DE PASO VOLTAJE DE CONTACTO

ECUACIONES DE DISEÑO DE LA MALLA DE MEDIA
TENSION MT
LAURENT Y KOCH

Condiciones de Diseño de una mala a tierra
Según, LAURENT Y KOCH, al circular corriente por una malla se
produciría un potencial de malla.
que se puede determinar mediante la expresión:

Se puede establecer que los valores aseguren que una malla esta diseñada de modo que no signifique
peligro para las personas que están paradas sobre ella o en su periferia. De esta manera, la tensión
máxima de contacto a que se puede quedar sometió¡da una persona sobre la malla será Vm y su valor
no deberá exceder de Vc, es decir debe cumplirse entonces:

Icc3=2850A
Icc1=2500A

Ejemplo de Calculo de una Puesta a Tierra MT
Se construirá una subestación compuesta por dos transformadores de 500 kVA. cada uno, los niveles de
cortocircuito en el Empalme, según datos proporcionados por la respectiva Empresa Eléctrica son de 2.850
Amperes para el cortocircuito trifásico y 2.500 A para el cortocircuito monofásico a tierra, en el lado de M.T.,
en el caso considerado, en 13,2 kV.
Los valores de corriente de corto circuito indicados por la Empresa Eléctrica, se dan sin considerar el valor de
la resistencia de la puesta a tierra que se va a diseñar, razón por la cual se deberá rectificar estos valores
introduciendo la resistencia de puesta a tierra que se calcule.
Se deberá fijar este valor de resistencia de puesta a tierra y como única ayuda para ello disponemos del
criterio que establece que debe ser una resistencia lo suficientemente baja como para hacer operar las
protecciones en un tiempo suficientemente corto de modo de no crear problemas de seguridad ni
dificultades de operación de la instalación. Vemos entonces que en forma indirecta quienes fijan la magnitud
de la resistencia de puesta a tierra son las características de operación de las protecciones, razón por la cual
al iniciar este estudio debe estar perfectamente definido el tipo de protecciones que se usará y se deberá
disponer de sus curvas características.
En el caso que estamos estudiando, dado que la corriente nominal en MT de cada transformador es de 21,9
A, los supondremos protegidos por un fusible de 25A. de característica T, como los mostrados en las curvas
características. El empalme lo supondremos protegido por un fusible de 50A, también de características T.
Por razones de seguridad el diseño de la puesta a tierra se hará siempre en función a las características de las
protecciones de respaldo y no a las de la protección del transformador, en este caso en función a las
características del fusible 50T que protege el empalme.
De acuerdo al criterio del proyectista, el que deberá buscar una solución que ofreciendo las condiciones de
seguridad que imponen las normas, resulte lo más económica de desarrollar que sea posible; se deberá
seleccionar un tiempo de operación de las protecciones que sea adecuado a la solución del problema;

Ejemplo de Calculo de una Puesta a Tierra MT
Este tiempo deberá desde luego, cumplir las condiciones de coordinación que impongan el resto de las
protecciones del sistema. Supuesto obviado el problema de coordinación y no existiendo una receta general
aplicable a todos los casos el proyectista ofrece como un posible criterio de trabajo el tratar de mantener, en
la medida que sea posible, el tiempo de operación de las protecciones comprometidas bajo 0,5 seg.
Naturalmente, que como todo criterio, éste es discutible y no se pretende de ningún modo que tenga una
validez absoluta, de modo que cada proyectista podrá adoptarlo si estima que le conviene o simplemente
aplicar otro mejor, sin embargo para el desarrollo, del ejemplo se trabajará sobre esta base y de los
resultados se podrá determinar con claridad que ajustes serán necesario hacer en caso de seguir otro
camino.
En nuestro caso particular si suponemos como valor de corriente de cortocircuito a tierra 2.500A (lo cual
solo es posible para Rpt =0) el tiempo de operación sería de 0,056 seg., si aceptamos en forma arbitraria que
una corriente de 1.000A, con su correspondiente tiempo de operación de 0,28 seg., son aceptables como
solución a nuestro problema, en tales condiciones la puesta a tierra deberá tener una resistencia que limite
la corriente de cortocircuito a 1.000 A, lo que conducirá al valor siguiente :

T r a n s f o r m a d o r e n
cortocircuito, pierde la
asimetría según STOKVIS
CALCULO REACTANCIA
SECUENCIA X1,X2,X3

CALCULO DE SECCIÓN DEL
CONDUCTOR
If. : Corriente máxima de falla. (A)
Top: Tiempo de despeje de la falla. (seg)

En ella se ha podido determinar que la variación de resistividad aparente no es significativa,
de modo que en su diseño se seguirá empleando el valor de 350 ohm-mt. obtenido
anteriormente; según esto la resistencia de la puesta a tierra aproximada será, de acuerdo a
la expresión de LAURENT :
Ejemplo de Diseño:

Si esta malla es evaluada según la formula de SCHWARZ su valor en forma más precisa será < a 6,8
ohm satisfaciendo lo requerimiento.
En caso contrario, será necesario aumentar el numero de barras paralelas, aumentado así el Lm y
reduciendo aún más su Rpt. La sección necesaria del conductor que forma esta malla,
considerando que la corriente de falla a tierra es de 1.000A y de acuerdo a lo indicado en la tabla,
será de 4mm2.
Sin embargo, por consideraciones mecánicas esta sección es insuficiente y de acuerdo a lo exigido
por las norma SEC, deberá colocarse una sección de 21 mm2.

Comprobación cumplimiento de voltajes limes de contacto de paso y paso
El próximo paso será verificar si la malla diseñada cumple las exigencias en cuanto al control de
gradientes de potencial para lo cual será necesario calcular las tensiones de paso y de contacto
que se producen en la malla y compararlas con los respectivos valores máximos totales

Comprobación Tensión de Paso
De acuerdo a la expresión la tensión de paso tolerable, en las condiciones que se
están analizando será de:
El voltaje de paso que se produce en la periferia de la puesta a tierra

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