Procedimiento de malla a tierra

MEMORIA DESCRIPTIVA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL

INDICE

INDICE............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 3 LISTADO DE TABLAS .............................................................................................. ....................................................................................................................... ......................... 9 LISTADO DE FIGURAS ............................................................................................ ................................................................................................................... ....................... 10 LISTADO DE ABREVIATURAS ........................................................................................................ ........................................................................................................ 11 PARTE I ............................................................ .................................................................................................................................. ............................................................................... ......... 13 CAPITULO I INFORMACIÓN PERSONAL Y DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ..................................... 13 1.1.

DATOS PERSONALES ............................................................. .......................................................................................................... ............................................. 13

1.2.

FORMACIÓN ACADÉMICA ............................................................... ................................................................................................. .................................. 13

1.3.

EXPERIENCIA LABORAL ......................................................... ...................................................................................................... ............................................. 14

1.4.

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA. EMPRESA. ..................................................................... ......................................................................................... .................... 17

1.5.

FUNCIONES DEL PUESTO DE TRABAJO. .................................................................... ............................................................................. ......... 18

PARTE II ........................................................... ................................................................................................................................. ............................................................................... ......... 21 CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ............................................ ............................................ 21 1.1.

INTRODUCCIÓN. ................................................................... ................................................................................................................ ............................................. 21

1.2.

ESTADO DEL ARTE DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA.............................................. 21

1.3.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. .................................................................................... ....................... 22

1.4.

OBJETIVOS ................................................................. ......................................................................................................................... ........................................................ 23

1.4.1. Objetivo General .................................................................. ............................................................................................................... ............................................. 23 1.4.2. Objetivos específicos .......................................................................... ......................................................................................................... ............................... 24 1.5.

ALCANCES DEL INFORME TÉCNICO ............................................................ ................................................................................... ....................... 25

1.6.

TERMINOLOGIA UTILIZADA ............................................................. ............................................................................................... .................................. 25

CAPITULO II MARCO TEÓRICO........................................................... ........................................................................................................ ............................................. 28 2.1.

SEGURIDAD EN EL ATERRIZAJE ATERRIZAJE ...................................................................... .......................................................................................... .................... 28

2.2.

CONDICIONES DE RIESGO ................................................................... .................................................................................................. ............................... 28

2.3.

PRINCIPALES CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES DEL DEL DISEÑO .................................................................. 29

2.3.1. Concepto General................................................................. .............................................................................................................. ............................................. 29 2.3.2. Aspectos básicos del diseño de la malla................................................................... ............................................................................ ......... 31 2.3.3. Diseño en condiciones delicadas ................................................................... ....................................................................................... .................... 32 2.4.

RANGO DE CORRIENTE TOLERABLE............................................................ ................................................................................... ....................... 33

2.4.1. El efecto de la duración y la magnitud .............................................................................. .............................................................................. 33 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

3


2.4.2. La importancia en eliminar una falla rápidamente. .......................................................... .......................................................... 36 2.5.

LIMITE DE DE CORRIENTE TOLERABLE POR EL CUERPO CUERPO ......................................................... 36

2.5.1. Formula de la magnitud y duración de la corriente .......................................................... 36 2.5.2. Notas sobre el recierre ...................................................................................................... ...................................................................................................... 37 2.6.

CIRCUITO DE TIERRA ACCIDENTAL ............................................................. .................................................................................... ....................... 38

2.6.1. La resistencia del cuerpo humano..................................................................................... humano..................................................................................... 38 2.6.2. Trayectoria de corriente a través del cuerpo ........................................................... .................................................................... ......... 39 2.6.3. Circuitos equivalentes accidentales .................................................................................. .................................................................................. 40 2.6.4. Resistividad de la capa superficial (ρs)........................................................ )............................................................................... .......................4 3 2.7.

TENSION DE TOQUE Y DE PASO TOLERABLE ............................................................ ..................................................................... ......... 44

2.7.1. Tensión de paso tolerable ................................................................................................. ................................................................................................. 44 2.7.2. Tensión de toque tolerable ............................................................................................... ............................................................................................... 44 2.7.3. Tensión de paso y toque tolerable según Código Nacional Eléctrico Utilización .............. 45 2.8.

SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Y CONEXIONES.......................................................... 46

2.8.1. Requisitos básicos ................................................................ ............................................................................................................. ............................................. 46 2.8.2. Tipos de materiales ........................................................................................................... ........................................................................................................... 47 2.8.3. Formula de selección del conductor ................................................................................. 48 2.8.4. Selección de las conexiones. ............................................................................................. ............................................................................................. 50 2.9.

RESISTIVIDAD DEL SUELO ................................................................... .................................................................................................. ............................... 51

2.9.1. Tipos de suelos ......................................................................................................... .................................................................................................................. ......... 51 2.9.2. La influencia de la humedad...................................... humedad.............................................................................................. ........................................................ 52 2.9.3. Efecto de la temperatura .................................................................................................. 53 2.9.4. Efecto de la compactación ................................................................................................ 54 2.9.5. Tratamiento químico electrolítico del terreno de los l os pozos ............................................. 55 2.9.6. Cambio del Terreno .............................................................. ........................................................................................................... ............................................. 55 2.10. MÉTODOS PARA LA MEDIDA DE LA RESITIVIDAD DEL SUELO ........................................... 57 2.10.1.

Investigación de la estructura estructura del suelo ............................................................. ...................................................................... ......... 57

2.10.2.

Medición de la resistividad ...................................................................... .......................................................................................... .................... 58

2.10.3.

Método de Wenner ...................................................................... ..................................................................................................... ............................... 59

2.10.4.

Método de Schlumberger .......................................................... ............................................................................................ .................................. 60

2.10.5.

Método de medición de resistencia de una varilla (variación con la profundidad) profundidad) .... 61

2.10.6.

Elección del método a utilizar en el presente presente informe................................................ 62

2.11. MÉTODOS DE MODELADO DEL SUELO ..................................................................... .............................................................................. ......... 63

JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

4


2.4.2. La importancia en eliminar una falla rápidamente. .......................................................... .......................................................... 36 2.5.

LIMITE DE DE CORRIENTE TOLERABLE POR EL CUERPO CUERPO ......................................................... 36

2.5.1. Formula de la magnitud y duración de la corriente .......................................................... 36 2.5.2. Notas sobre el recierre ...................................................................................................... ...................................................................................................... 37 2.6.

CIRCUITO DE TIERRA ACCIDENTAL ............................................................. .................................................................................... ....................... 38

2.6.1. La resistencia del cuerpo humano..................................................................................... humano..................................................................................... 38 2.6.2. Trayectoria de corriente a través del cuerpo ........................................................... .................................................................... ......... 39 2.6.3. Circuitos equivalentes accidentales .................................................................................. .................................................................................. 40 2.6.4. Resistividad de la capa superficial (ρs)........................................................ )............................................................................... .......................4 3 2.7.

TENSION DE TOQUE Y DE PASO TOLERABLE ............................................................ ..................................................................... ......... 44

2.7.1. Tensión de paso tolerable ................................................................................................. ................................................................................................. 44 2.7.2. Tensión de toque tolerable ............................................................................................... ............................................................................................... 44 2.7.3. Tensión de paso y toque tolerable según Código Nacional Eléctrico Utilización .............. 45 2.8.

SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Y CONEXIONES.......................................................... 46

2.8.1. Requisitos básicos ................................................................ ............................................................................................................. ............................................. 46 2.8.2. Tipos de materiales ........................................................................................................... ........................................................................................................... 47 2.8.3. Formula de selección del conductor ................................................................................. 48 2.8.4. Selección de las conexiones. ............................................................................................. ............................................................................................. 50 2.9.

RESISTIVIDAD DEL SUELO ................................................................... .................................................................................................. ............................... 51

2.9.1. Tipos de suelos ......................................................................................................... .................................................................................................................. ......... 51 2.9.2. La influencia de la humedad...................................... humedad.............................................................................................. ........................................................ 52 2.9.3. Efecto de la temperatura .................................................................................................. 53 2.9.4. Efecto de la compactación ................................................................................................ 54 2.9.5. Tratamiento químico electrolítico del terreno de los l os pozos ............................................. 55 2.9.6. Cambio del Terreno .............................................................. ........................................................................................................... ............................................. 55 2.10. MÉTODOS PARA LA MEDIDA DE LA RESITIVIDAD DEL SUELO ........................................... 57 2.10.1.

Investigación de la estructura estructura del suelo ............................................................. ...................................................................... ......... 57

2.10.2.

Medición de la resistividad ...................................................................... .......................................................................................... .................... 58

2.10.3.

Método de Wenner ...................................................................... ..................................................................................................... ............................... 59

2.10.4.

Método de Schlumberger .......................................................... ............................................................................................ .................................. 60

2.10.5.

Método de medición de resistencia de una varilla (variación con la profundidad) profundidad) .... 61

2.10.6.

Elección del método a utilizar en el presente presente informe................................................ 62

2.11. MÉTODOS DE MODELADO DEL SUELO ..................................................................... .............................................................................. ......... 63


4


2.11.1.

Modelo de resistividad uniforme ......................................................... ................................................................................ ....................... 64

2.11.2.

Modelo de de suelo uniforme utilizando técnica BOX-COX ............................................. 64

2.11.3.

Modelo de suelo de dos capas capas (método de Sunde) Sunde) .................................................... 66

2.11.4.

Modelo de de suelo multicapa (método (método de de Pirson) Pirson) ......................................................... 67

2.11.5.

Elección del método de modelamiento del suelo ....................................................... 68

2.12. EVALUACION DE LA RESISTENCA DE TIERRA ............................................................ ..................................................................... ......... 69 2.12.1.

Necesidades usuales ..................................................................... .................................................................................................... ............................... 69

2.12.2.

Cálculos simplificados ecuación de Sverak .................................................................. 69

2.12.3.

Ecuación de Schwarz para suelo homogéneo ............................................................. 70

2.13. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE MÁXIMA DE FALLA EN LA RED ................................ ................................ 71 2.13.1.

Corriente simétrica de falla a tierra (IF) .............................................................. ....................................................................... ......... 72

2.13.2.

Factor de división de corriente (Sf)..................................................................... (Sf).............................................................................. ......... 73

2.13.3.

Factor de decremento (Df) ...................................................................... .......................................................................................... .................... 75

2.13.4.

Peores tipos de fallas fallas y ubicación ubicación ......................................................... ................................................................................ ....................... 76

2.14. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MALLA A TIERRA .......................................... .......................................... 77 2.14.1.

Parámetros Críticos ...................................................................... ..................................................................................................... ............................... 77

2.14.2.

Criterios de diseño. ......................................................... ...................................................................................................... ............................................. 78

2.14.3.

Calculo de voltajes máximos de malla Em .................................................................... 79

2.14.4.

Calculo de la tensión real de paso Es .................................................................. ........................................................................... ......... 82

2.14.5.

Limitaciones de las ecuaciones ............................................................. .................................................................................... ....................... 83

CAPITULO III PROCEDIMIENTO Y CÁLCULO CÁLCULO DE LA MALLA A TIERRA CT – PISCO ............................ 84 3.1.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO .......................................................... ............................................................................................ .................................. 84

3.2.

TOMA DE MEDIDAS DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO ....................................................... 87

3.3.

MEDIDAS DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO............................................................... ........................................................................ ......... 87

3.4.

MEDICION DE DE RESISTIVIDAD Y MODELAMIENTO MODELAMIENTO DEL SUELO DE DOS CAPAS .................. 88

3.5.

DATOS DE DISEÑO DE MALLA A TIERRA ................................................................... ............................................................................ ......... 90

3.6.

CÁLCULO DE PRIMER DISEÑO DISEÑO DE MALLA A TIERRA .......................................................... 91

3.6.1. Resistividad de diseño suelo estratificado, (ρ1,ρ2,h1) ......................................................91 3.6.2. Coeficiente de contacto con el suelo ................................................................................ 91 3.6.3. Sección del conductor de la Red de PAT P AT para Cobre Recocido ......................................... 91 3.6.4. Calculo de los Potenciales de toque y de paso tolerables E t y Ep ...................................... 92 3.6.5. Calculo del área y longitud total del cable 1er diseño ...................................................... ...................................................... 92 3.6.6. Calculo de la resistencia preliminar 1er diseño................................................................. 94


5


3.7.

CÁLCULO DE SEGUNDO DISEÑO DE MALLA A TIERRA....................................................... 94

3.7.1. Calculo del área y longitud total del cable 2do diseño ..................................................... 94 3.7.2. Calculo de la resistencia preliminar 2do diseño ................................................................ 96 3.8.

CÁLCULO DE TERCER DISEÑO DE MALLA A TIERRA ........................................................... 97

3.8.1. Calculo del área y longitud total del cable tercer diseño .................................................. 97 3.8.2. Calculo de la resistencia preliminar 3er diseño................................................................. 99 3.8.3. Determinación de la corriente máxima de falla en la red ................................................. 99 3.8.4. Calculo del Aumento de Potencial de la Malla (GPR)...................................................... 100 3.8.5. Calculo de voltaje de malla (Em) ..................................................................................... 100 3.9.

CÁLCULO DE CUARTO DISEÑO DE MALLA A TIERRA ....................................................... 102

3.9.1. Calculo del área y longitud total del cable ...................................................................... 102 3.9.2. Calculo de la resistencia preliminar 4to diseño formula Sverak ..................................... 103 3.9.3. Calculo de la resistencia preliminar 4to diseño formula Schwarz................................... 104 3.9.4. Determinación de la corriente máxima de falla en la red ............................................... 105 3.9.5. Calculo del Aumento de Potencial de la Malla (GPR)...................................................... 106 3.9.6. Calculo de voltaje de malla (Em) ..................................................................................... 106 3.9.7. Calculo de voltaje de paso (Ep) ....................................................................................... 108 3.10. RESULTADOS.................................................................................................................... 110 CAPITULO IV MEMORIA DESCRIPTIVA SISTEMA DE PUESTA ATIERRA C.T. PISCO ....................... 111 4.1.

ANTECEDENTES ............................................................................................................... 111

4.2.

UBICACIÓN DE LA CT PISCO............................................................................................. 112

4.3.

CARACTERISTICAS DEL SUELO. ........................................................................................ 113

4.4.

CONDICIONES DEL MEDIO AMBIENTE EN LA ZONA. ....................................................... 114

4.5.

CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE PUESTA A TIERRA........................................................ 115

4.6.

CRITERIOS Y NORMAS TÉCNICAS APLICADAS.................................................................. 116

4.6.1. Criterio de Selección del método de medida .................................................................. 117 4.6.1.1.

Ejecución Práctica de las Medidas ......................................................................... 117

4.6.2. Criterio de Selección y Descripción del Método de Diseño a Adoptarse ........................ 118 4.7.

Geometría del Reticulado................................................................................................ 120

4.8.

INSTALACIONES DE LA RED DE PUESTA A TIERRA ........................................................... 120

4.8.1. Los Electrodos de Puesta a Tierra ................................................................................... 121 4.8.1.1.

Electrodos de Instalación Horizontal ..................................................................... 121

4.8.1.2.

Electrodos de Instalación Vertical ......................................................................... 121


6


4.8.2. Los Tratamientos del Suelo ............................................................................................. 122 4.8.3. La Impregnación del Suelo .............................................................................................. 122 4.9.

CONSERVACIÓN DE LA RED DE PUESTA A TIERRA........................................................... 122

4.9.1. Conservación de las Conexiones Subterráneas ............................................................... 123 4.9.2. Conservación de las Conexiones Externas ...................................................................... 123 4.10. ACTIVIDADES ADICIONALES ............................................................................................ 123 CAPITULO V ESPECIFICACIONES ELECTROMECANICAS Y METODO DE PRUEBA DE LA MALLA A TIERRA . ..................................................................................................................................................... 124 5.1.

FORMA DE INSTALACIÓN DE LA RED DE PUESTA A TIERRA. ........................................... 124

5.2.

ESPECIFICACIONES PARTICULARES DE MONTAJE ELECTROMECÁNICO .......................... 127

5.2.1. Características de la Red de Puesta a Tierra ................................................................... 127 5.2.2. Consistencia del Armado de Puesta a Tierra ................................................................... 128 5.2.3. Condiciones para el desempeño conductivo del suelo ................................................... 128 5.3.

ORDEN ESTRATÉGICO DE LA INSTALACIÓN ELECTROMECÁNICA.................................... 129

5.4.

MEDIDAS DE VERIFICACIÓN DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.................................... 131

5.5.

MEDICIÓN DE LOS POTENCIALES DE TOQUE Y PASO ...................................................... 134

CAPITULO VI ESPECIFICACIONES DE LOS SUMINISTROS A UTILIZAR ........................................... 137 6.1.

ALCANCES ........................................................................................................................ 137

6.2.

CONDICIONES DE SERVICIO Y OPERACIÓN...................................................................... 137

6.3.

NORMAS APLICABLES ...................................................................................................... 138

6.4.

DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES DE LA RED DE PAT ................................................... 138

6.4.1. Conductores de PAT ........................................................................................................ 138 6.4.2. Varillas de Sección Cilíndrica ........................................................................................... 139 6.4.3. Moldes de Soldadura Exotérmica.................................................................................... 140 6.4.4. Cartuchos de Carga de Soldadura ................................................................................... 140 6.4.5. Bentonita Sódica ............................................................................................................. 141 6.4.6. Tierra Limosa Neutra ....................................................................................................... 141 6.4.7. Piedra Picada (Grava) ...................................................................................................... 142 6.4.8. Cloruro de Sodio Industrial Molido o en Grano .............................................................. 142 6.4.9. Materiales Menores ........................................................................................................ 142 CAPITULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................... 143 7.1.

CONCLUSIONES ............................................................................................................... 143

7.2.

RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 144

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 146 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

7


ANEXO 1 ....................................................................................................................................... 147 MODELAMIENTO COMPUTACIONAL CON SOFTWARE ASPIX ................................................... 147 PASO A PASO SOLUCIÓN DE LA MALLA A TIERRA USANDO ASPIX ............................................ 158 ANEXO 2 ....................................................................................................................................... 162 SOLDADURA EXOTERMICA ........................................................................................................ 162 INSTRUCCIONES GENERALES DE SEGURIDAD............................................................................162 PREPARACIÓN DEL CABLE.......................................................................................................... 163 PROCEDIMIENTO PARA SOLDADURA EXOTÉRMICA .................................................................. 164 ANEXO 3 ....................................................................................................................................... 166 GUIA METODO SUNDE PARA MODELO DE DOS CAPAS............................................................ 166 ANEXO 4 ....................................................................................................................................... 172 MODELO DE SUELO UNIFORME METODO COX – BOX .............................................................. 172 ANEXO 5 ....................................................................................................................................... 174 REPORTE FOTOGRAFICO ............................................................................................................ 174


8


LISTADO DE TABLAS Tabla 1: Efectos de la corriente a frecuencia industrial sobre el cuerpo humano (1.0 s < t < 3.0 s) ................................................................................................................................. 35 Tabla 2: Tensiones de toque y de paso tolerables CNE - Utilización ................................. 46 Tabla 3: parámetros de selección de conductor ................................................................ 49 Tabla 4: Dimensiones típicas de los conductores de cobre para malla a tierra. ................. 50 Tabla 5: Resistividad típicas de suelos .............................................................................. 52 Tabla 6: Resistividad de un suelo húmedo arcilloso – arenoso .......................................... 53 Tabla 7: Efecto de la temperatura en la resistividad de suelo arcilloso – arenoso.............. 54 Tabla 8: Resistividad según naturaleza del terreno ........................................................... 56 Tabla 9: Comparación de métodos de medida de resistividad del terreno. ................ ........ 63 Tabla 10: Impedancias equivalentes aproximadas de cables de guarda de líneas de transmisión y neutros de distribución (alimentadores) ....................................................... 75 Tabla 11: Valores típicos de Factor de Decremento Df. ..................................................... 76 Tabla 12: valores de medición de resistividad del suelo método WENNER ....................... 89 Tabla 13. Comparación de los estándares IEEE 80-2000 e IEC479-1............................. 119


9


LISTADO DE FIGURAS Figura 1: Curvas de corriente vs tiempo IEC 60479-1 ....................................................... 35 Figura 2. Tensión de toque – Ref. IEEE 80-2000............................................................... 41 Figura 3. Circuito equivalente Tensión de toque Ref. IEEE 80-2000.................................. 41 Figura 4.Tension de paso .................................................................................................. 42 Figura 5: Diagrama resistividad de terreno. ....................................................................... 51 Figura 6: Curvas de variación de la resistividad por salinidad, humedad y temperatura. Fuente: IEEE 80-2000 ....................................................................................................... 57 Figura 7: Método Wenner – IEEE 81-1983 ........................................................................ 60 Figura 8: Método Schlumberger – IEEE 81 - 1983............................................................. 60 Figura 9: Método de variación de la profundidad – IEEE 81-1983 ..................................... 61 Figura 10: curva característica de suelo homogéneo. ........................................................ 64 Figura 11: Curvas característica de suelo de dos capas. ................................................... 66 Figura 12: Grafica de suelo multicapas. ............................................................................. 68 Figura 13: Diagrama de bloques del procedimiento IEEE 80-2000ma de bloques del procedimiento IEEE 80-200 ............................................................................................... 86 Figura 14. Croquis de medidas. ......................................................................................... 88 Figura 15: Ubicación de la C.T.PISCO ............................................................................ 113 Figura 16 : Método Caída de Potencial ............................................................................ 132 Figura 17: Conexionado del telurómetro .......................................................................... 132 Figura 18: Circuito de Medidas Tensión de toque y paso ................................................ 134


10


LISTADO DE ABREVIATURAS Símbolo

Descripción

Unidades

ρ

Resistividad del suelo

Ω.m

ρs

Resistividad del material superficial

Ω.m

3I0

Corriente de falla simétrica

A

A

Área total que rodea la malla a tierra

m2

Cs

Factor de decremento de la capa superficial

d

Diámetro del conductor de malla

M

D

Espaciamiento entre conductores paralelos

m

Df

Factor de decremento

Em

Tensión de malla

V

Es

Tensión de paso

V

Epaso50

Tensión de paso tolerable para una persona de 50 kg

V

Epaso70

Tensión de paso tolerable para una persona de 70 kg

V

Etoque50

Tensión de toque tolerable para una persona de 50 kg

V

Etoque70

Tensión de toque tolerable para una persona de 70 kg

V

h

Profundidad de los conductores de la rejilla

M

hs

Espesor de la capa superficial

M

IG

Máxima corriente de rejilla que fluye entre la malla

A

K

Factor de reflexión entre diferentes resistividades

Kh

Factor correctivo que enfatiza el efecto de la profundidad

Ki

Factor de corrección para la geometría de la malla

Kii

Factor correctivo que ajusta los efectos de conductores

Km

Factor de espaciamiento para voltaje de malla

Ks

Factor de espaciamiento para voltaje de malla

Lc

Longitud total del conductor de la malla

M

LR

Longitud total de las varillas

M

LT

Longitud efectiva total del conductor del sistema de

M

malla, incluyendo malla y varillas Lx

Longitud máxima en dirección X


m 11


LY

Longitud máxima en dirección Y

M

n

Factor geométrico compuesto

nR

Numero de varillas colocadas en el área A

Rg

Resistencia del sistema de tierra

Ω

RB

Resistencia del cuerpo humano

Ω

Sf

Factor de división de la corriente de falla

tc

Duración de la corriente de falla

s

ts

Duración de la descarga para determinar la corriente

s

tolerable por el cuerpo


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PARTE I CAPITULO I INFORMACIÓN PERSONAL Y DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA 1.1.

1.2.

DATOS PERSONALES Nombres:

José Luis

Apellidos:

Escuza Vizcardo

Fecha de Nacimiento:

05 de octubre de 1981

Edad:

33 años

Número de DNI:

41336185

Estado civil:

Casado

Licencia de conducir:

A-1

Dirección:

Prolong. Progreso 211-A Pachacutec C.C.

Teléfonos:

54 411410 – 973698654

FORMACIÓN ACADÉMICA Estudios Primarios 

:

Escuela primaria 40232 El Puente – Camaná.

Estudios Secundarios: 

Colegio Nacional Agropecuario Faustino B. Franco – Camaná.

Estudios Superiores: 

Universidad Nacional de San Agustín – Arequipa.

Grado Académico de Bachiller en Ingeniería Eléctrica 

Universidad ESAN

Diploma – Gestión de Proyectos


13


1.3.

EXPERIENCIA LABORAL 

BAUM INGENIEROS EIRL.

Cargo: Supervisor General Área : Operaciones Atención ordenes de trabajo remitidas por parte de Sociedad Eléctrica del Sur Oeste por nuevas instalaciones, cambios de tarifa y/o aumentos de potencia en las tarifas MT2, MT3, MT4, BT2, BT3, BT4, BT5A, inspección en campo para verificar la factibilidad del servicio, ejecución de pruebas eléctricas a equipos e instalaciones de los clientes para dar la conformidad y pase a venta por parte de SEAL, inspección en campo de los sistemas de medición directos e indirectos a clientes de Gran Industria de SEAL, para verificar los errores e identificar posibles fallas en la operación de los mismos. Fecha: 18 – 02 – 2013 al presente. 

SOCIEDAD ELECTRICA DEL SUR OESTE S.A.

Cargo: Supervisor Área : Gestión Técnica de la Gran Industria Atención de solicitudes de nuevos suministros, Cambios de tarifa y/o aumentos de potencia de los clientes de la Gran Industria de SEAL con tarifas binomiales, evaluación de las tarifas elegidas por los usuarios, supervisión en campo de los trabajos realizados por la contratista, programación de los trabajos en campo, verificación de los sistemas de medición en media tensión y baja tensión delos clientes con tarifas binomiales y clientes libres de SEAL, valorización de las actividades ejecutadas por la contratista, revisión de expedientes técnicos de clientes con Sistema de Utilización en Media Tensión para instalación del sistema de medición, puesta en servicio de sub estaciones de clientes en media tensión, pruebas a equipos para dar conformidad de servicio. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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Fecha: 15 – 03 – 2011 al 31 – 01 – 2013. 

DSITE PERU SAC

Cargo: Encargado Departamento Eléctrico. Obra: Central EBC Cajamarquilla Telefónica Móviles Perú. Central EBC Barranca Telefónica Móviles – Nextel, Instalación y alimentación de tableros de distribución, construcción de pozos a tierra menores a 5 ohm, sistema de aterramiento de equipos de comunicación y estructuras metálicas, elaboración de protocolos de prueba, puesta en servicio. Fecha: 12 – 10 – 2010 al 20 – 12 – 2010. 

CONSORCIO BETA

Cargo: Encargado de Mantenimiento Eléctrico y Puesta en Marcha de Turbinas a Gas. Obra: “Reubicación de Equipos Turbogas de la CT Mollendo a la Localidad de Independencia Pisco ”. Propietario Empresa de Generación de Arequipa. EGASA. 2 Turbinas a Gas de 37 MW cada una y convertidas de Diesel a Gas Natural de Camisea. Se efectuó el mantenimiento a todo el sistema eléctrico, patio de llaves y de control antes de la puesta en marcha por un tiempo de 10 meses, modificación y corrección del manual de puesta en marcha de las turbinas a gas, puesta en marcha de estación de gas y turbinas. Fecha: 02 – 08 – 2009 al 30 – 09 – 2010. 

CONSORCIO BETA

Cargo: Obras Eléctricas. Encargado de Adicionales del Área Eléctrica. Obra: Reubicación de Equipos Turbogas de la CT Mollendo a la Localidad de Independencia Pisco. Propietario Empresa de Generación de Arequipa. EGASA. Encargado Departamento Eléctrico Adicionales, diseño, ejecución y Supervisión de la Malla a Tierra para la Central Térmica Pisco. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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Fecha: 08-06-2008 al 31-07-2009 

SERVICIOS UGAL S.A.C.

Cargo: Supervisor de Campo Área : Comercial y Control de Perdidas - Arequipa. Coordinación y Supervisión en trabajos de Revisión, Normalización e Instalación de Suministros de energía eléctrica a clientes de potencia mayores de 20 KW hasta 1000 KW, control de pérdidas no técnicas en la Ciudad de Arequipa y Camaná. Fecha: 26 – 10 – 2007 al 31-05-2008. 

CORPORACIÓN RyH SAC.

Cargo: Supervisor. Área : Sub Gerencia de Distribución, Unidad de Redes. Mantenimiento de Líneas de Media Tensión, Baja Tensión, Subestaciones y Alumbrado Público. Redes de Sociedad Eléctrica del Sur Oeste S.A. Fecha: 03-01-2007 al 31-05-2007 

SOCIEDAD ELECTRICA DEL SUR OESTE S.A.

Cargo: Practicante Área : Sub Gerencia Comercial, Unidad de operaciones, Área de Control de Perdidas. Fecha: 02-08-2006 al 29-12-2006 

ELEMEC INGENIEROS SAC

Cargo

: Asistente de Ingeniero Supervisor.

Área

: Mantenimiento de Líneas de Media Tensión y Subestaciones. Área Redes de Sociedad Eléctrica del Sur Oeste S.A. Arequipa

Fecha

: 20-02-2006 al 29-04-2006


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1.4. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA. 1.4.1 Datos Generales de la Empresa. EMPRESA

: Consorcio Beta

RUC

: 20517420361

Razón Social

: Consorcio Beta

Tipo Empresa

: Contratos colaboración empresarial

Condición

: Activo

Actividad Comercial

: Construcción edificios completos

CIIU

: 45207

Dirección Legal

: Av. San Luis Nro 2006 Dpto. 202

Distrito / Ciudad

: San Borja

Departamento

: Lima

1.4.2 Giro del Negocio. CONSORCIO BETA es una empresa dedicada a la construcción, y montaje, satisfaciendo a nuestros clientes y contribuyendo al desarrollo de nuestra sociedad.

1.4.3 Visión. Convertirse en una empresa referente en el sector construcción y montaje electromecánico.

1.4.4 Misión. Ser una empresa productiva y eficiente teniendo para ello a una cartera de profesionales eficientes y preparados para poder atender cualquier solución en ingeniería que pueda presentar nuestros clientes poniendo a su alcance la mejor solución técnica y económica.


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1.4.5 Organización. Gerencia General

Secretaria de Gerencia Area Legal

Gerente de Proyecto

Seguridad y Salud Ocupacional Administrador de Obra - Pisco Enfermera de Obra

Residente Obras Civiles

Asistente Obras Civiles

Responsable Obras Adicionales

Residente Obras Electricas

Residente Obras Mecanicas

Asistente de Residente

Responsable Obras Adicionales José L. Escuza V.

Asitente Obras Mecanicas

Responsable Obras Adicionales

1.5. FUNCIONES DEL PUESTO DE TRABAJO. 1.5.1 Cargo. -

Encargado de Proyectos Adicionales Área Eléctrica OBRA “Reubicación de los Equipos Turbogas de la CT Mollendo hacia la Localidad de Independencia

– Pisco”. -

Responsable del mantenimiento Eléctrico, Puesta en marcha y Operación de Turbinas a Gas. OBRA “Reubicación de los Equipos Turbogas de la CT Mollendo hacia la Localidad de Independencia – Pisco”.


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1.5.2 Responsabilidades. -

Verificar los estudios y cálculos necesarios para poder diseñar el sistema de Malla a Tierra como parte del adicional de obra.

-

Mantener en buen estado todo el sistema eléctrico de la Central Térmica Pisco en buen estado, comprendiendo desde las instalaciones de edificios hasta el patio de llaves y malla a tierra.

-

Coordinar con la Residencia, Supervisor y la Entidad sobre las tareas previas para la puesta en marcha de las Turbinas a Gas.

-

Realizar los procedimientos de trabajo de las tareas a realizar.

1.5.3 Descripción de tareas -

Realizar el adicional de proyecto Diseño de Malla a Tierra de la Central Térmica Pisco.

-

Realizar labores de mantenimiento del sistema eléctrico de la Central Térmica Pisco.

-

Realizar labores necesarias en el sistema eléctrico para el precomisionamiento y comisionamiento de las Turbinas a Gas.

-

Realizar la charla de cinco minutos antes de iniciar las tareas.

-

Realizar el informe de Seguridad.

1.5.4 Trabajos realizados. -

Presentación del expediente de adicional de obra “Sistema de Malla a Tierra” de la Central Térmica Pisco que comprendió los cálculos justificativos, metrados, presupuesto, cronograma y planos, a la Supervisión de Obra para su aprobación.

-

Ejecución de la Malla a Tierra de la Central Térmica Pisco, gestionando con la Residencia de la Obra y la Gerencia la compra de materiales.

-

Supervisión de la medición de Malla a Tierra para comprobar el valor final.

-

Supervisión de la medición de las Tensiones de Toque y Paso en la Central Térmica Pisco.


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-

Diseño del sistema de alumbrado exterior de la Central Térmica Pisco.

-

Mantenimiento del Sistema Eléctrico de la Central Térmica Pisco que comprende desde las instalaciones de edificios, Malla a Tierra, Transformadores de Potencia y Patio de Llaves.

-

Ejecución de tareas preliminares del sistema eléctrico para la puesta en marcha de las Turbinas a Gas (pre comisionamiento).

-

Ejecución de tareas para verificar el correcto funcionamiento de todos los sistemas eléctricos de la turbina antes del arranque (comisionamiento)

-

Modificación del manual de Puesta en Servicio de las Turbinas a Gas.

-

Puesta en marcha de Turbinas a Gas.

-

Operación de Turbinas a Gas.


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PARTE II CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA 1.1. INTRODUCCIÓN. Los sistemas de puesta a tierra, contribuyen de forma importante a la protección y el buen funcionamiento de los sistemas de energía eléctrica. La red de puesta a tierra tiene la función de garantizar la seguridad de las personas, equipos y proveer de una referencia de potencial. Prácticamente todos los equipos eléctricos y electrónicos necesitan estar conectados a una red de tierra. Las torres que sostienen las líneas de transporte están conectadas a tierra. Las subestaciones eléctricas y centrales eléctricas de generación requieren de una importante red de puesta a tierra que garantice el buen funcionamiento del sistema y la seguridad de las personas, animales y bienes que se encuentran en las cercanías. Las normas y recomendaciones nacionales e internacionales recogen una serie de criterios relativos a la seguridad de las personas y a los materiales que deben utilizarse en la construcción de las redes de puesta a tierra. En el presente informe se desarrolla el método recomendado por el estándar IEEE 80-2000 para el diseño de un Sistema de Puesta a Tierra confiable para la CT Pisco, el cual es recomendado por el Código Nacional Eléctrico – Suministro (regla 036B) y el Código Nacional Eléctrico -Utilización (Sección 190-304).

1.2. ESTADO DEL ARTE DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA


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El tema de la puesta a tierra es aun hoy en día uno de los más dinámicos y polémicos de la ingeniería eléctrica, los principales problemas que subsisten en el diseño de mallas de tierra son: 

La caracterización del terreno



La determinación de las corrientes que debe disipar la malla, y



El cálculo de los potenciales de paso y toque

Toda la vista panorámica de la ingeniería de la puesta a tierra pone en evidencia que se trata de una tecnología nada trivial como a simple vista suele parecer y que, por el contrario es complicada y difícil de comprender correctamente cuando se la quiere ver a la ligera. Es complicada ya que es una tecnología muy enmarañada por estar integrada por un cierto número de elementos pertenecientes a diversas ciencias y tecnologías, es decir conforma todo un sistema problemático de alto nivel. Consecuentemente, su comprensión y dominio resultan difíciles, y solo se puede llegar a entenderla claramente a costa de mucho tiempo de estudio, pero también siguiendo una metodología adecuada, es decir una que este fundamentada en la ciencia y/o método científico y no solo en creencias, en subjetivismos y en técnicas empíricas no comprobadas. Existen demasiados parámetros que afectan las tensiones alrededor del área de la subestación, los cuales son dependientes del sitio de instalación, por lo cual es imposible diseñar una malla que pueda ser aceptada en cualquier lugar, dado que tanto la magnitud de la corriente a disipar, la duración de la falla, la resistividad del terreno, el material superficial, así como el tamaño y forma de la malla tienen gran influencia sobre las tensiones que aparecen.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La Empresa de Generación Eléctrica de Arequipa S.A. (EGASA), dentro de su programa de mejorar la eficiencia productiva de sus equipos en explotación, traslada los equipos de generación eléctrica TURBOGAS, instalados en la JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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Central Térmica de Mollendo a la Subestación Independencia (Pisco – Ica), con el propósito de reducir los costos de generación de energía eléctrica utilizando como insumo el Gas Natural de Camisea1. Para el correcto funcionamiento de la Central Térmica Pisco se necesita de un adecuado Sistema de Puesta a Tierra, que limite el efecto de gradiente de potencial a tierra, tanto en niveles de voltaje y corriente, para no poner en peligro la seguridad de las personas o equipos bajo condiciones normales de falla. Es necesario entonces realizar un diseño óptimo que considere tanto el aspecto del cálculo y dimensionamiento eléctrico del Sistema de Puesta a Tierra como el de la agresividad del suelo respecto al conductor enterrado, para poder obtener un valor de resistencia de dispersión que según recomendaciones internacionales deberá ser menor o igual a 1 ohmio (IEEE 142-2007 Cap. 4).

1.4. OBJETIVOS 1.4.1. Objetivo General El presente informe tiene la finalidad de resumir los diferentes aspectos técnicos del desarrollo del estudio de diseño de la Red de Puesta a Tierra de la CT Pisco según el estándar IEEE 80-2000, el cual ha sido realizado en concordancia con los diseños de instalación de la planta, así como establecer como base para el diseño, los limites seguros de las diferencias de potencial de toque y paso, que pueden existir en la CT pisco y su sistema eléctrico en condiciones de falla, entre los puntos que pueden entrar en contacto con el cuerpo humano.

1

Costo variable unitario de generación eléctrica por tipo de central (US$/MWh): Diesel=350, Gas Natural Ciclo Simple=35, Gas Natural Ciclo Combinado=22, Hidraulica= 1, Carbon=52. – Precios 2015 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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Se espera que el presente informe sirva de ayuda a cualquier interesado en el diseño de un sistema de puesta a tierra y de esta manera sea útil al desarrollo profesional de quien lo consulte.

1.4.2. Objetivos específicos - Proveer los medios para conducir corrientes eléctricas hacia Tierra bajo condiciones normales y de fallas, sin exceder el límite de los equipos y cualquier otra operación o que afecten severamente la continuidad del servicio. - Mantener los potenciales, producidos por las corrientes de falla, dentro de los límites de seguridad de modo de no causar fibrilación ventricular del corazón humano a cualquier persona en las cercanías de las instalaciones aterrizadas. - Presentar una Resistencia de Dispersión objetivo menor o igual que 1

Ohm (≤ 1,0 Ω) independientemente del Potencial Máximo de Dispersión. - Asimismo el Sistema de Puesta a Tierra deberá cumplir dentro de las posibilidades materiales y técnicas existentes, con los requisitos inherentes a su desempeño eficiente. - Estar diseñado para cubrir un tiempo máximo teórico de despeje de falla de 0.5 segundos, concordante con el tiempo de actuación de la protección de la CT Pisco. - Asegurar la mayor durabilidad de la Resistencia de Dispersión alcanzada en Obra, durante la vida útil de la instalación.


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1.5. ALCANCES DEL INFORME TÉCNICO El presente informe contiene los diseños de ingeniería realizados, para la red de puesta a tierra de la CT Pisco de EGASA, para lo cual comprende: - La realización de las medidas para determinar la resistividad del suelo en modelo estratificado de dos capas. - El diseño y dimensionamiento del armado del sistema de Puesta a Tierra según el estándar IEEE 80-2000 y con las exigencias de CNE. - Los cálculos justificativos del diseño del sistema de Puesta a Tierra. - El método de medición de la resistencia a usar una vez concluido los trabajos de instalación. - Las especificaciones técnicas mínimas de los suministros, para su adquisición.

1.6. TERMINOLOGIA UTILIZADA 

Aumento del potencial de tierra (GPR): es el máximo potencial eléctrico que una subestación de malla aterrizada puede alcanzar. Este voltaje, GPR, es igual a los máximos tiempos de corriente de malla y resistencia de malla.



Corriente a tierra: es una corriente fluyendo dentro o fuera del planeta Tierra o su equivalente trabajando como aterrizaje.



Corriente simétrica de falla a tierra: es el valor rms máximo de la corriente simétrica de falla, después del inicio de una falla a tierra. Como Tal se representan los valores rms de la componente simétrica en el primer medio ciclo de una onda de corriente que se desarrolla después del instante de una falla en un tiempo cero.


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

Electrodo de Tierra: es un conductor introducido en la tierra y se usa para recoger ó disipar corriente, desde ó hacia el interior del planeta Tierra.



Electrodo de tierra primario: es un electrodo de tierra, específicamente diseñado ó adaptado, para descargar la corriente de falla a tierra hacia el planeta, normalmente en un patrón específico de descarga, como se necesita (ó implícitamente necesario para) en el diseño del sistema de aterrizaje.



Factor de decremento: es un factor de ajuste que se usa conjuntamente con los parámetros de la corriente simétrica de falla a tierra en los cálculos de aterrizaje orientados con seguridad. Determina el equivalente rms de la onda de corriente asimétrica para una duración de falla dada, tf, tomado en cuenta

para el efecto del “dc offset” inicial y su atenuación durante la falla. 

Factor de división de la corriente de falla: es un factor que representa al inverso de la relación de la corriente simétrica de falla a la parte de l a corriente que fluye entre la rejilla de aterrizaje y en los alrededores del planeta Tierra.



Malla de tierra: es una placa sólida metálica o un sistema de conductores sin cubierta (forro) con espacios estrechos que se conectan y con frecuencia se colocan a pocas profundidades de tierra o en otros sitios de la superficie de la Tierra. Se trata de obtener una medida extra de protección minimizando el peligro de la exposición a altos voltajes de paso o toque en áreas o lugares de operaciones críticas que frecuentemente utilizan las personas.



Material Superficial: es un material instalado sobre el suelo que consta de roca, grava, asfalto ó materiales hechos por el hombre, etc. Los materiales superficiales, dependen de la resistividad del material, los cuales pueden impactar significativamente la corriente del cuerpo por los voltajes de toque y de paso, involucrando los pies de la persona.



Potencial Eléctrico: Diferencia de potencial entre el punto y alguna superficie equipotencial, usualmente la superficie del suelo, a la cual arbitrariamente se le asigna potencial cero (tierra remota).


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

Sistema de puesta a tierra: Conjunto de elementos conductores de un sistema eléctrico específico, sin interrupciones ni fusibles, que unen los equipos eléctricos con el suelo o terreno. Comprende la puesta a tierra y todos los elementos puestos a tierra.



Resistividad del Suelo: Representa la resistencia específica del suelo a cierta profundidad, o de un estrato del suelo; se obtiene indirectamente al

procesar un grupo de medidas de campo; su magnitud se expresa en (Ωm) o (Ωcm), es inversa a la conductividad. La resistividad eléctrica (ρ): Es la relación entre la diferencia de potencial en un material y la densidad de corriente que resulta en el mismo. Es la resistencia específica de una sustancia. Numéricamente es la resistencia ofrecida por un cubo de 1m x 1m x 1m, medida entre dos caras opuestas. 

Voltaje de malla: es el voltaje máximo de toque dentro de una malla de tierra.



Voltaje de Paso: es la diferencia de potencial en la superficie terrestre que experimenta una persona a una distancia de un metro con el pie sin tener contacto con cualquier objeto aterrizado.



Voltaje de toque: es la diferencia de potencial entre el aumento del potencial de la tierra y el potencial de la superficie en un punto donde una persona se encuentre de pie y al mismo tiempo tenga una mano en contacto con una estructura aterrizada.


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CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. SEGURIDAD EN EL ATERRIZAJE Frecuentemente las personas asumen que cualquier objeto aterrizado se puede tocar con toda seguridad. Una subestación con resistencia baja a tierra no es, en sí misma, una garantía de seguridad. Por lo tanto, una subestación con sistema de puesta a tierra relativamente baja puede ser peligrosa, mientras que otra subestación con sistema de puesta a tierra muy alta puede ser segura o se puede hacer segura con un diseño adecuado. Si la geometría, localización de electrodos de tierra, características del suelo local, y otros factores contribuyen a un gradiente de potencial excesivo en la superficie terrestre, el sistema aterrizado puede ser inadecuado a pesar de su capacidad para transportar la corriente de falla en magnitudes y duraciones permitidas por los relevadores de protección.

2.2. CONDICIONES DE RIESGO Durante las condiciones típicas de falla a tierra, la circulación de corriente hacia el planeta generará gradientes de potencial dentro y en los alrededores de una subestación. A no ser que se tomen las precauciones apropiadas en el diseño, el gradiente de potencial máximo a lo largo de la superficie terrestre puede ser de magnitud suficiente, durante las condiciones de falla a tierra para poner en peligro a una persona en el área. Además, los voltajes peligrosos se pueden generar entre estructuras aterrizadas o en el chasis de los equipos y la tierra cercana. Las circunstancias que hacen posibles los accidentes al choque eléctrico son las siguientes: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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 Relativamente,

la corriente alta de falla a tierra está en relación con el área

del sistema de tierra y su resistencia a la tierra remota. 

La resistividad del suelo y la distribución de corrientes a tierra, es tal que, un alto gradiente de potencial podría ocurrir en puntos de la superficie terrestre.



La presencia de un individuo individuo en un punto, tiempo y posición tal, que el cuerpo este uniendo dos puntos de alta diferencia de potencial.

 La

falta de resistencias suficientes de contacto o resistencias en serie que

limiten la corriente a través del cuerpo, a un valor seguro, bajo las circunstancias anteriores.  La

duración de la falla y el contacto del cuerpo; consecuentemente el flujo

de la corriente a través del cuerpo por un tiempo suficiente puede causar daños a una intensidad de corriente dada. La poca frecuencia de accidentes se debe, en gran parte, a la baja probabilidad de coincidencia de todas las l as condiciones perjudiciales descritas anteriormente.

2.3. PRINCIPALES CONSIDERACIONES DEL DISEÑO 2.3.1. Concepto General Un sistema de aterrizaje debe instalarse de manera que limite el efecto del gradiente de potencial a tierra para niveles de voltaje y corriente que no pondrán en peligro la seguridad de las personas o equipos bajo condiciones normales y falla. En el siguiente informe, se asume que el sistema de electrodos de tierra tiene la forma de una malla de conductores enterrados horizontalmente,


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complementado por un número de varillas a tierra verticales conectado a la malla. Las razones para utilizar el sistema combinado de varillas conductoras verticales y horizontales son las siguientes: 

En subestaciones un electrodo electrodo sencillo es, por sí mismo, inadecuado inadecuado en dar un sistema de aterrizaje seguro. En vista de ello, cuando varios electrodos, tal como varillas a tierra se conectan entre ellos y a todo el equipo los neutros, marcos y estructuras son aterrizados, el resultado es substancialmente un arreglo de mallas de electrodos de tierra, prescindiendo del objetivo original. Si los enlaces conectados por casualidad se entierran en un suelo que tenga buena conductividad, esta única red puede representar un excelente sistema de aterrizaje. En parte por esta razón, algunas empresas dependen en el uso de una única malla. Sin embargo, las varillas a tierra son de un valor particular, como se explica en el siguiente punto.



Si la magnitud de la corriente corriente con trayectoria trayectoria hacia el el interior de la tierra es alta, raramente es posible instalar una malla con una resistencia muy baja para asegurar que el incremento del potencial a tierra, no generará gradientes peligrosos en la superficie por el contacto humano

Un sistema que combina una malla horizontal y un número de varillas verticales a tierra penetrando más abajo el suelo tiene las ventajas siguientes: a) Mientras que los conductores conductores horizontales (malla) son más efectivos efectivos en reducir el peligro de un alto voltaje de paso y toque en la superficie de la tierra, con tal que la malla este instalada en una hondura poco profunda [comúnmente 0.3-0.9 m debajo del nivel], las varillas a tierra bastante grandes estabilizarán el funcionamiento de semejante sistema combinado. Para muchas instalaciones esto es muy importante, porque el congelamiento o la sequedad de las capas superiores del suelo podrían JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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variar la resistividad del suelo con las estaciones del año, mientras que la resistividad de las capas inferiores del suelo permanece casi constante. b) Las varillas penetrando penetrando el suelo de baja resistividad resistividad son hasta ahora ahora más efectivas en disipar corrientes de falla siempre que un suelo de dos capas o múltiples capas es encontrado y las capas superiores del suelo tienen una resistividad mucho más alta que las capas inferiores. Para muchas GIS y otras instalaciones de espacio limitado, esta condición llega a ser de hecho la más deseable que suceda o lograr por el apropiado diseño (varillas a tierra extra grandes, etc.) c) Si las varillas se instalan predominantemente predominantemente a lo largo largo del perímetro de de la malla en condiciones alto-bajo o suelos uniforme, las varillas moderarán considerablemente el incremento escarpado del gradiente de la superficie cerca de los acoplamientos periféricos.

2.3.2. Aspectos básicos del diseño de la malla El análisis conceptual de un sistema de mallas comúnmente inicia con la inspección del propósito de la subestación, mostrando todos los equipos y estructuras principales. Para cimentar las ideas y conceptos básicos, los casos siguientes pueden servir como manual para iniciar un diseño de la típica malla a tierra: a) Un circuito conductor continuo debe rodear el perímetro para encerrar mucha área como sea práctico. Esta disposición ayuda a evitar una alta concentración de corriente y por consiguiente, ambos gradientes altos en el área de la malla y cerca de los terminales del cable de proyección; encerrando más área reduce también la resistencia de la malla a tierra. b) Dentro del circuito, los conductores conductores se extienden comúnmente comúnmente en líneas paralelas y donde sea práctico, a lo largo de las estructuras o fila de equipos para proporcionar conexiones cortas a tierra. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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c) Un típico sistema de malla para una subestación puede incluir barras conductoras de cobre 4/0 enterrados 0.3 – 0.9 m debajo del nivel, separadas de 3 – 7 m, en un patrón de malla. En conexiones cruzadas, los conductores empalmados juntamente serían seguros. Las varillas a tierra pueden estar en las esquinas de la malla y en los puntos de unión a lo largo del perímetro. Las varillas a tierra pueden instalarse también en equipos principales, especialmente cerca los apartarrayos. d) El sistema de malla sería extendido sobre toda la subestación y con frecuencia más allá del límite de la reja. Múltiples terminales a tierra o conductores de tamaño grande serían utilizados en lugares donde sucedan altas concentraciones de corriente, tal como la conexión de generadores neutro-tierra, bancos de condensadores o transformadores. e) La relación de los lados de la malla comúnmente es de 1:1 a 1:3, a no ser que un análisis preciso justifique más valores extremos. El cruce frecuente de conexiones tiene un efecto relativamente pequeño al disminuir la resistencia de una malla. El papel principal es asegurar un control adecuado de los potenciales de la superficie. El cruce de conexiones es útil también para obtener trayectorias múltiples para la corriente de falla, minimizando la caída de voltaje en la misma malla y proveer una medida segura de redundancia en el caso de falla en el conductor.

2.3.3. Diseño en condiciones delicadas En áreas donde la resistividad del suelo es un tanto alta o el espacio de la subestación es muy escaso, no es posible obtener un sistema a tierra de baja impedancia por separar los electrodos de la malla sobre un área más grande, como es hecho en condiciones más propicias. Tal circunstancia es típica de muchas GIS y subestaciones industriales, ocupando tal solo una fracción del área de uso normal para el equipo convencional. Esto frecuentemente hace el control del gradiente de la superficie difícil. Algunas de las soluciones incluyen: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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a) La(s) conexión(es) de malla(s) a la tierra remota y las instalaciones a tierra inmediata, un sistema combinado utilizando instalaciones separadas en edificios, bóvedas subterráneas, etc. b) El uso de barras de tierra llevadas profundamente. c) Varios aditivos y tratamiento de suelos se utilizan en conjunción con varillas a tierra e interconexión de conductores que se explican totalmente en el tratamiento del suelo para bajar la resistividad.

2.4. RANGO DE CORRIENTE TOLERABLE Los efectos de una corriente eléctrica que circula a través de las partes vitales del cuerpo humano dependen de la duración, magnitud y frecuencia de la misma. Al exponerse, la consecuencia más peligrosa, es: La Fibrilación

Ventricular , que consiste en la restricción inmediata de la circulación sanguínea. Los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica en el cuerpo establecidos en orden de incremento de la magnitud de corriente son: el umbral de percepción, contracción muscular, insensibilidad, fibrilación del corazón, obstrucción del nervio respiratorio y quemaduras

2.4.1. El efecto de la duración y la magnitud La corriente de 1 mA se reconoce generalmente como el umbral de percepción; que es, la magnitud de corriente en la cual una persona es capaz de sentir una sensación suave de hormigueo en sus manos o dedos, causado por la corriente que circula por su cuerpo en ese momento.


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Las corrientes de 1 a 6 mA, se catalogan a menudo como corrientes de soltura (liberación) Aun cuando son desagradables de soportar, generalmente no daña la habilidad de una persona en controlar sus músculos para liberar un objeto energizado que este sosteniendo. Corrientes comprendidas en el rango de los 9 a 25 mA, son dolorosas y se dificulta es casi imposible liberar objetos energizados sujetados con la mano. Debido a las corrientes elevadas, las contracciones musculares dificultan la respiración. Este efecto no es permanente y desaparece cuando se interrumpe el flujo de corriente, a menos que la contracción sea muy severa y obstruya la respiración por minutos en lugar de segundos será necesaria aplicar la resucitación artificial (primeros auxilios). Hasta que el valor de la corriente se encuentre en el rango de los 60 a 100mA, la fibrilación ventricular, el paro del corazón o la abstención de respiración, podría causar algún daño o la muerte. Una persona capacitada en respiración cardiopulmonar (RCP) debe suministrar RCP hasta que la víctima pueda ser atendida en una instalación médica. La Comisión Internacional Electrotécnica, provee curvas de la tolerancia del cuerpo humano a la corriente eléctrica según el siguiente gráfico:


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Figura 1: Curvas de corriente vs tiempo IEC 60479-1

Tabla 1: Efectos de la corriente a frecuencia industrial sobre el cuerpo humano (1.0 s < t < 3.0 s)

Corriente

Efectos experimentados

1 mA

Límite de la percepción

6 – 8 mA

Intervalo admisible, fastidio

9 – 25 mA

Malestar, dolor de musculo estriado

25 – 60 mA

Respiración difícil, contracción de músculos lisos

60 – 100 mA

Abandono, fibrilación ventricular (t > 3 seg.)

>100 mA

Paro cardiaco, quemadura, muerte

Fuente: IEEE 80-2000 Por consiguiente, diseñar una malla a tierra enfatiza la importancia del umbral de fibrilación.


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2.4.2. La importancia en eliminar una falla rápidamente. Con un sistema de malla a tierra diseñado cuidadosamente, los golpes eléctricos pueden mantenerse en valores no peligrosos y así, evitar lesiones a personas o su muerte. Considerando la importancia de la duración de la falla implícitamente como un factor de exposición-accidental, el eliminar rápidamente las fallas a tierra, es favorable por dos razones.  Al

eliminar rápidamente la falla, el riesgo de exponerse a un golpe eléctrico

se reduce enormemente.  Varias

pruebas y experimentos, muestran que si la duración del paso de

corriente a través del cuerpo es corto, el riesgo de lesiones severas o muerte se reducen enormemente.

2.5. LIMITE DE CORRIENTE TOLERABLE POR EL CUERPO La duración y la magnitud de la corriente, que circula a través del cuerpo humano a una frecuencia de 50Hz o 60Hz, deben ser menores al valor que causa la fibrilación ventricular del corazón.

2.5.1. Formula de la magnitud y duración de la corriente La duración de corriente que puede soportar la mayoría de person as a 50Hz o 60Hz, se refiere a su magnitud, que se fundamenta con los estudios realizados por Dalziel [B1] y se asume que el 99.5% de todas las personas pueden soportarla con seguridad, sin sufrir una f ibrilación ventricular. El paso de una corriente con magnitud y duración, se establece por la siguiente fórmula: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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 ÷0.116        0. 157

1      50 . 2      70 . 3

Donde: IB : Corriente a través del cuerpo en A. ts : Tiempo de duración de la falla en s k : Constante empírica relacionada al golpe eléctrico tolerado por un porcentaje de la población. La Ecuación (1) indica que se pueden permitir corrientes corporales mucho mayores, en donde se pueda confiar, en que los dispositivos de protección de operación rápida limiten la duración de falla. Se necesita una decisión apropiada, para usar el tiempo de apertura los relevadores primarios de alta velocidad o la protección de respaldo, como la base para el cálculo.

2.5.2. Notas sobre el recierre El recierre después de una falla a tierra es común en las prácticas de moderna operación. En circunstancias semejantes, una persona se puede exponer al primer golpe eléctrico sin daños permanentes. Luego entonces, un recierre instantáneo automático simple podría resultar en un segundo golpe eléctrico, iniciando en menos de 0.33 segundos a partir del comienzo del primero. Es este segundo golpe eléctrico, que ocurre después de un intervalo de tiempo relativamente corto y antes de que la persona se haya recuperado, puede causar un accidente serio. Con el recierre manual, el peligro de exponerse a un segundo golpe eléctrico se reduce, porque el intervalo de tiempo de recierre puede ser significativamente mucho más grande.


37


El efecto acumulativo de dos o más golpes eléctricos seguidos no se ha valorado completamente, pero una asignación razonable se puede hacer al usar la suma de los golpes eléctricos individuales como el tiempo de una sola exposición.

2.6. CIRCUITO DE TIERRA ACCIDENTAL 2.6.1. La resistencia del cuerpo humano Para corrientes en cd y en ca a frecuencias de 50 Hz ó 60 Hz, el cuerpo humano se puede tomar como una resistencia. Típicamente, la trayectoria de corriente se considera desde una mano a los pies o de un pie hacia el otro. Los estudios realizados por los investigadores de la IEEE (Dalziel) determinaron que la

resistencia interna del cuerpo es aproximadamente 300Ω, en donde los valores de la resistencia del cuerpo incl uyen los rangos de la piel desde 500 Ω a 3000Ω. El efecto de la magnitud y duración de la corriente, se supusieron durante las extensas pruebas de conductividad de Dalziel donde utilizan agua salada para humedecer las manos y pies, para determinar las corrientes de soltura seguras con los pies y las manos húmedas. En los hombres, los valores que se obtuvieron utilizando una frecuencia de 60 Hz son los siguientes: - La corriente fue de 9.0 mA; los voltajes correspondientes fueron 21.0 V de mano a mano y 10.2 V de manos a pies. Por lo tanto, basándonos en este experimento la resistencia de c.a para un contacto de mano a mano es igual a 21.0/0.009 ó 2330Ω, y la resistencia de mano a pies es igual a 10.2/0.009

ó 1130Ω. Así, para los propósitos de este informe, las siguientes resistencias, en serie con la resistencia corporal, se asumen como: - La resistencia de contacto de mano y pie es igual a cero. - La resistencia del guante y un zapato es igual a cero. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

38


Se utilizará en todo el desarrollo del presente informe un valor de 1000 Ω la cual representa la resistencia corporal desde las manos hasta los pies, también de mano a mano o desde un pie hacia el otro [B1].

 1000 Ω

4

2.6.2. Trayectoria de corriente a través del cuerpo Debemos de tener presente que al seleccionar una resistencia con un valor de 1000 Ω se relaciona al paso de corriente, como el paso de corriente entre la mano y el pie o ambos pies, donde la mayor parte de ella pasa a través de los órganos vitales del cuerpo humano, incluyendo el corazón. Generalmente, se reconoce que la circulación de corriente que va de un pie hacia el otro es menos peligrosa. Refiriéndose a las pruebas hechas en Alemania por Loucks [B1] se menciona que se utilizan corrientes mucho más elevadas de pie a pie que de mano a pie para producir la misma corriente en la región del corazón. Loucks establece que la relación es tan alta como 25:1 Basándonos en estas conclusiones, los valores de resistencia mayores a

1000Ω posiblemente se podrían permitir, donde es concerniente el paso de corriente de un pie hacia el otro. Sin embargo, se deben considerar los siguientes factores: a) El voltaje entre los pies es doloroso pero no fatal, esto podría resultar en una caída de una persona, la cual puede causar la circulación de corrientes más grandes en el área del pecho. El grado de este daño dependerá completamente en la duración de la falla y de la posibilidad de otro choque sucesivo, tal vez en el recierre. b) Una persona podría estar en una posición propensa, ya sea que esté trabajando o descansando cuando se dé la falla.


39


Aparentemente los daños provocados por el contacto de pie a pie son menores que los de otro tipo (mano-mano o mano-pies). Sin embargo, han ocurrido muertes por el caso a) y el ignorarlo sería peligroso.

2.6.3. Circuitos equivalentes accidentales Usando el valor de la corriente tolerable por el cuerpo y las constantes apropiadas del circuito, es posible determinar la tensión tolerable entre dos puntos de contacto. La corriente tolerable del cuerpo I B, queda definida por las Ecuaciones (2) ó (3). Se utiliza para definir la tensión eficaz total tolerable del circuito equivalente (tensión de contacto o de paso). a) Exposición al voltaje de toque La figura 2 muestra a una persona tocando una estructura metaliza aterrizada en el terminal H y la corriente de falla If que se descarga a tierra por el sistema de aterrizaje de la subestación, el terminal H es un punto en el sistema que se encuentra al mismo potencia que la malla, hacia la cual fluye la corriente de falla y el terminal F es el área pequeña en la superficie de tierra que está en contacto con ambos pies de una persona, la corriente I b circula desde el terminal H a través del cuerpo de la persona hacia el aterrizaje terminal F. el circuito equivalente se muestra en la figura 3.


40


Figura 2. Tensión de toque – Ref. IEEE 80-2000

Figura 3. Circuito equivalente Tensión de toque Ref. IEEE 80-2000 b) Exposición al voltaje de toque La figura 4 muestra la corriente de falla If que se descarga a tierra por medio del sistema de aterrizaje de la subestación. La corriente, Ib, circula desde un pie F2 a través del cuerpo de la persona hasta el otro pie, F1. Los terminales F1 y F2 son las áreas en la superficie del planeta Tierra que están en contacto con ambos pies.


41


Figura 4.Tension de paso La impedancia thevenin equivalente para caso viene dada por las siguientes ecuaciones: - Para el circuito accidental del voltaje de toque

  2 1.5

5

- Para el circuito accidental de voltaje de paso

  2 6

6

Al utilizar las ecuaciones (5) y (16) (16) el voltaje equivalente total permisible es: - Voltaje de toque: - Voltaje de Paso:


   1.5     6

7 8 42


2.6.4. Resistividad de la capa superficial (ρs) Una capa de alta resistividad sobre la superficie ayuda a limi tar la corriente que pasaría por el cuerpo humano, ya que esta capa agrega una resistencia a la resistencia promedio del cuerpo. Una capa superficial con un espesor (h S) entre

0.15m ≥ hS ≥ 0.1m de un material de alta resistividad como la grava o la roca volcánica triturada, colocada sobre la superficie más arriba de la malla, incrementa la resistencia de contacto entre el suelo y los pies de las personas en la subestación y la corriente por el cuerpo bajará considerablemente. La reducción depende de los valores relativos de las resistividades del suelo en contacto con la malla, y del espesor y material de la capa superficial. La capa superficial también es útil para retardar la evaporación de la humedad, y así limitar el secado de las capas superiores durante los períodos de verano.

Esta capa tiene una resistividad del orden or den de 5000 Ω-m < ρS > 2000 Ω-m. Una capa con un espesor entre 0.1m y 0.15m, disminuye el factor de riesgo (relación entre la corriente del cuerpo y la corriente de cortocircuito) a una relación 10:1 comparado con la humedad natural de la tierra. El factor de disminución de la capa superficial (C S), que puede ser considerado como un factor de corrección para calcular la resistencia efectiva del pie de una persona en presencia de un material superficial de espesor finito. La norma expone un procedimiento matemático y presenta unas gráficas para encontrar el valor de C S; sin embargo, también presenta una expresión empírica para el valor de CS, Este valor está dentro del 5% de los valores obtenidos con un método más analítico.

.  −      1  +. 

Donde:

9

Cs = factor de disminución de la capa superficial. 

= Resistividad Resistividad del terreno (.m).


43


s = Resistividad de la capa superficial ( .m).

hs = Espesor de la capa superficial (m).

2.7. TENSION DE TOQUE Y DE DE PASO TOLERABLE La seguridad de una persona depende de evitar que la cantidad crítica de energía del shock eléctrico sea absorbida antes de que sea despejada la falla y el sistema sea desenergizado. La máxima tensión que se presenta en un circuito de falla cualquiera no debe exceder los límites definidos a continuación.

2.7.1. Tensión de paso tolerable Es la diferencia de potencial que aparece entre dos puntos situados en el suelo y distanciados a 1 metro debido al paso de la corriente de corto circuito por tierra.

    2 10     10006 0. 157 11 RB= 1000  = Resistencia del cuerpo humano ts 6C s  s =

= Duración del choque 2Rf = Resistencia a tierra de los 2 pies separados 1m en serie sobre la

capa superficial.

2.7.2. Tensión de toque tolerable Es la diferencia de potencial entre el punto de la estructura metálica, situado al alcance de la mano de una persona y un punto en el suelo sitúalo a un metro de la base de la estructura: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

44


   2     10001.5 0. 157 Rb= 1000 

= Resistencia del cuerpo humano

ts

= Duración del choque

12 13

1.5Css = Rf /2 = Resistencia a tierra de los 2 pies juntos en serie sobre la capa superficial. Si no se usa la capa superficial protectora, entonces C s = 1 y ρs = ρ

2.7.3. Tensión de paso y toque tolerable según Código Nacional Eléctrico Utilización En nuestro CNE – Utilización tenemos una tabla para las tensiones de toque y de paso tolerable según el terreno donde se encuentre el sistema de puesta a tierra, esta tabla nos da una referencia de los valores mínimos de tensión de toque y paso que se debe tener en cuenta para un adecuado diseño.


45


Tabla 2: Tensiones de toque y de paso tolerables CNE - Utilización

Tipo de suelo

Resitividad Ω.m

Duración de falla 0.5

Duración de falla 1.0

segundos

segundos

Tensión

Tensión

Tensión

Tensión

de paso

de toque

de paso

de toque

(V)

(V)

(V)

(V)

Orgánico mojado

10

174

166

123

118

Húmedo

100

263

188

186

133

Seco

1000

1154

405

816

286

3000

3143

885

2216

626

10000

10065

2569

7116

1816

Piedra partida 105 mm Cama de roca

Tabla calculada según IEEE 80-200

2.8.

SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Y CONEXIONES 2.8.1. Requisitos básicos Cada elemento del sistema de aterrizaje, incluyendo los conductores de la malla, conectores, terminales de conexión y todos los electrodos primarios, se deben diseñar para el supuesto tiempo de duración de la instalación, además el elemento tendrá que: a) Poseer suficiente conductividad, así no contribuirá principalmente a la diferencia de los voltajes locales. b) Resistir la fusión y el deterioro mecánico bajo las combinaciones más adversas de magnitud y duración de una falla. c) Ser mecánicamente confiable y con alto grado de resistencia.


46


d) Ser capaz de mantener sus funciones, inclusive cuando este expuesto a la corrosión o abuso físico.

2.8.2. Tipos de materiales a) El cobre El cobre es un material comúnmente usado para aterrizaje. Los conductores de cobre, además de una alta conductividad, tienen la ventaja de ser resistentes a la mayor parte de la corrosión subterránea ya que el cobre es catódico con respecto a la mayoría de los otros metales que son igualmente enterrados en la zona.

b) El acero con revestimiento de cobre El acero con revestimiento de cobre se usa comúnmente en varillas subterráneas y ocasionalmente en mallas de aterrizaje. Por lo tanto, el uso del cobre o acero con revestimiento de cobre de menor grado, asegura que la integridad de una red subterránea será conservada por años, siempre que los conductores sean del calibre adecuado y no estén dañados y que las condiciones del suelo no sean corrosivas con el material que se esté usando.

c) El aluminio El aluminio se usa con menos frecuencia en rejillas de tierra. Aunque, como primera opción, el uso del aluminio sería una selección común para el equipo de una GIS con gabinetes hechos de aluminio ó aleaciones de aluminio, el aluminio tiene las siguientes desventajas que debemos considerar: El mismo aluminio se puede corroer en ciertos suelos. La capa del material corroído de aluminio es mal conductora para todos los propósitos prácticos de aterrizaje.


47


La corrosión gradual causada por corrientes alternas también puede ser un problema, bajo ciertas condiciones. Así, el Aluminio solamente se debe usar después de una completa investigación de todas las circunstancias, a pesar del hecho que, como el acero, este alivia el problema de contribuir a la corrosión de otros objetos enterrados. Sin embargo, el aluminio es anódico para muchos metales, incluyendo el acero y sí es interconectado a uno de estos metales en la presencia de un electrolito, el aluminio se sacrificará así mismo para proteger al otro metal. Si se utiliza el aluminio, se recomiendan utilizar conductores eléctricos con altos niveles de pureza, por ser más confiable que la mayoría de las aleaciones.

d) El acero El acero se puede utilizar en los conductores de las mallas de tierra como en las barras. Por supuesto que tal diseño requiere poner mayor atención a la corrosión del acero. El uso del acero galvanizado o el uso de acero resistente a la corrosión, en combinación con protección catódica, es común para sistemas de aterrizaje de acero.

2.8.3. Formula de selección del conductor El conductor se selecciona con base en su capacidad térmica ante una corriente de falla de determinada duración, por medio de la siguiente ecuación:

    l1n++ 



14

Donde: If

= Corriente de falla rms en Kiloamperios.

Amm2 = Sección transversal del conductor en mm 2


48


Tm

= temperatura máxima permisible en ºC

Ta

= temperatura ambiente en ºC

Tr

= temperatura de referencia para la constante del material en ºC

αr

= coeficiente térmico de resistividad a temperatura de referencia T r en 1/ºC

ρr

= resitividad del conductor de tierra a la temperatura de referencia T r

en Ω-cm Ko

= (1/αr ) - Tr

tc

= duración de la corriente en segundos

TCAP = es la capacidad térmica por unidad de volumen en J/(cm 3 . ºC) La fórmula simplificada da una buena aproximación

  

15

Donde: Akcmil : Area del conductor en MCM. Kf

: Constante para el material dado en la tabla 2, a una Ta = 40°C

La temperatura máxima generalmente se fija por el tipo de empalme utilizado y es de 250 °C para uniones a compresión y de 450 °C para uniones soldadas. Para uniones realizadas con soldaduras exotérmicas se puede considerar que la temperatura máxima es la temperatura de fusión del conductor.

Los factores αr , ρr , To, TCAP a una temperatura de referencia de 20 °C para el cobre se obtienen de la siguiente tabla: Tabla 3: parámetros de selección de conductor Descripcion

Cobre Blando Cobre duro

Conductividad

Factor αr a

Ko en

(%)

20ºC (1/ºC)

ºC

100.0

0.00393

234

97.0

0.00381

242


Temperatura

ρr 20 ºC

Factor TCAP

(µΩ.cm)

[J/(cm3.ºC)]

1083

1.7241

3.422

7

1084

1.7774

3.422

7.06

de fusión Tm (ºC)

Kf

49


Fuente: IEEE 80-2000

Se acostumbra emplear como calibre mínimo el N° 2/0 AWG de cobre de 7 hilos, con el fin de mejorar la rigidez mecánica de la malla y soportar la corrosión. La tabla 3 muestra las dimensiones típicas de los conductores empleados para el sistema de puesta a tierra. Tabla 4: Dimensiones típicas de los conductores de cobre para malla a tierra. CALIBRE DEL CONDUCTOR

AREA

DIAMETRO

NOMINAL mm2

m

350

177,50

0.0172

300

151,90

0.0159

250

126,70

0.0145

MCM

AWG

211,6

4/0

107,20

0.0133

167,8

3/0

85,10

0.0119

133,1

2/0

67,40

0.0106

Fuente: www.nexans.pe

2.8.4. Selección de las conexiones. Todas las conexiones hechas en una red de tierra por encima y debajo de tierra, se deben evaluar para conocer los requisitos generales de un conductor que se utiliza; nombre, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, capacidad de la corriente de carga y la fuerza mecánica. Estas conexiones deben ser lo bastante sólidas para mantener el incremento de temperatura debajo de la temperatura del conductor y poder soportar el efecto del calentamiento. Las conexiones deben ser también lo suficientemente fuertes para soportar las fuerzas mecánicas causadas por las fuerzas electromagnéticas de las máximas corrientes de fallas y estar preparadas para resistir la cor rosión a lo largo de la vida útil de la instalación.


50


El Std IEEE 837-2002 proporciona información individualizada en la aplicación y prueba de las conexiones permanentes para el uso de aterrizaje en subestaciones. Las conexiones de tierra que pasan el Std IEEE 837-2002 para un material y calibre de conductor en particular, deben satisfacer todos los criterios tales como: Conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, capacidad de la corriente de carga y la fuerza mecánica, se seleccionan para la misma categoría el calibre del conductor y su material.

2.9. RESISTIVIDAD DEL SUELO Se define a la resistividad del terreno, como la resistencia eléctrica que este presenta ante la circulación de una corriente ya sea esta continuo o alterna. Su unidad está dada normalmente en Ω-m, la cual hace referencia a la medida de la resistencia entre las caras opuestas de un metro cúbico de suelo.

Figura 5: Diagrama resistividad de terreno.

2.9.1. Tipos de suelos Existen varios factores que influencian la resistividad del suelo, entre ellas se puede resaltar. 

Mezcla de diversos tipos de suelos.



Suelos constituidos por camadas con profundidades y materiales diferentes.



Porcentaje de humedad.



Temperatura.


51




Compactación y presión.

Las diversas combinaciones anotadas arriba resultan en suelos con características diferentes y consecuentemente, con valores de resistividad distintos. Así suelos aparentemente iguales tienen resistividades diferentes. Para ilustrar la tabla 4 muestra la variación de la resistividad de suelos de manera distinta. Tabla 5: Resistividad típicas de suelos

Tipo de Suelo Lodo

Resistividad (Ω.m) 5 a 100

Tierra de jardín con 50% de humedad

140

Tierra de jardín con 20% de humedad

480

Arcilla seca

1 500 a 5 000

Arcilla con 20% de humedad

330

Arcilla con 40% de humedad

80

Arena mojada Arena seca

Grava (piedra chancada max 2”) Granito

1 300 3 000 a 8 000 5 000 1 500 a 10 000

Fuente: Aterramiento eléctrico – Geraldo Kindermann

2.9.2. La influencia de la humedad La resistividad del suelo sufre alteraciones con la humedad. Esta variación ocurre en virtud de la conducción de las cargas eléctricas, el mismo que es predominantemente iónica. Un porcentaje de humedad mayor hace que las sales, presentes en el suelo se disuelvan formando un medio electrolítico favorable para el pasaje de la corriente iónica. Así, un suelo especifico, con concentración diferente de humedad, presenta una gran variación de su


52


resistividad. La tabla 5 muestra la variación de la resistencia con la humedad del suelo arenoso. Tabla 6: Resistividad de un suelo húmedo arcilloso – arenoso Índice de Humedad (% por peso) Resistividad (Ω.m) suelo arenoso 0.0

10 000 000

2.5

1 500

5.0

430

10.0

185

15.0

105

20.0

63

30.0

42


En general la resistividad (ρ) varía acentuadamente con la humedad del suelo. Dado que el contenido de agua es un factor importante para la determinación de la resistividad, esta es dependiente de la composición del agua, principalmente de las sales químicas disueltas y su concentración, presentando posible variación natural por efectos de las lluvias, y presencia de elementos químicos en la superficie. Las lluvias afectan la concentración de las sales y pueden adicionar nuevos elementos por arrastre al suelo. La adición de sales en pequeña cantidad puede reducir la resistividad de manera considerable. El efecto preciso de las sales disueltas varía según el tipo de elemento químico, siendo una de las causas de variación de resistividad en suelos similares pero en diferentes localidades.

2.9.3. Efecto de la temperatura El efecto de la temperatura en la resistividad del suelo tiene poca incidencia, para temperaturas superiores al punto de congelamiento. Si la temperatura cae por debajo del punto de congelamiento del agua la resistividad se incrementa abruptamente, esto es debido a la alta variación de resistividad del hielo.


53


En la tabla 6 se índica como cambia la resistividad en función de la temperatura para un suelo arcilloso – arenoso. Tabla 7: Efecto de la temperatura en la resistividad de suelo arcilloso – arenoso Temperatura °C

Resistividad (Ω.m)

20

72

10

99

0 (agua)

138

0 (hielo)

300

-5

790

-15

3000


En ese caso se puede afirmar, que en países tropicales la resistividad es menor a medida que la profundidad aumenta, porque el contenido de humedad y nivel freático es mayor.

2.9.4. Efecto de la compactación El tamaño y tipo del material granular así como los espacios intergranulares tiene un efecto en la manera cómo es retenida la humedad. Con granos grandes, la humedad puede ser retenida debido a la tensión superficial en los puntos de contacto. Si consideramos que existen granos de varios tamaños, los espacios intergranulares entre los de mayor tamaño son rellenados por los de menor tamaño y tendrá como resultado una reducción en el valor de resistividad. De aquí que a mayor compactación del suelo y mayor contenido de humedad se espera una disminución del valor de resistividad, sin embargo, la compactación sólo tiene influencia cuando no se ha alcanzado la saturación del suelo, lo cual ocurre cuando el espacio intergranular es rellenado lo más posible.


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2.9.5. Tratamiento químico electrolítico del terreno de los pozos El tratamiento químico del terreno surge como un medio de mejorar y disminuir la resistividad del terreno, sin necesidad de utilizar gran cantidad de electrodos. Existen diversos tipos de tratamiento químico para reducir la resistencia de un pozo a tierra: -

Las sales puras (cloruro de sodio) no actúan como un buen electrolítico en estado seco, por lo que se le incorpora carbón vegetal con la finalidad de que este sirviera como absorbente de las sales disueltas y de la humedad.

-

El uso de bentonita, una arcilla natural el cual se formó por la acción volcánica hace muchos años. No es corrosivo, es estable y tiene una resistividad de 2.5 Ω.m en una humedad del 300%. Debido a su naturaleza higroscópica, este actúa como un agente de secado que atrae cualquier humedad disponible del ambiente que lo rodea. La mayoría de los suelos tienen suficiente humedad, por lo tanto, la resequedad no es un problema. La naturaleza higroscópica de la bentonita se aprovechará de la disponibilidad de agua para mantener su condición. Si se expone directamente a la luz solar, esta tiende en aislarse, previniendo que el proceso de resequedad penetre mucho más. Esto no podría funcionar en un ambiente totalmente seco, debido a que la mezcla se puede contraer y agrietarse; de esta manera pierde contacto con el electrodo, incrementando la resistencia del mismo.

2.9.6. Cambio del Terreno Los terrenos pueden ser cambiados en su totalidad, por terreno fructífero en sales naturales, cuando estos son pedregosos, rocosos, calizas, granito, arenosos, etc., que son terrenos con una resistividad muy alta y pueden ser cambiados parcialmente cuando el terreno está compuesto por elementos de alta y baja resistividad: de tal manera que se eliminen las partes de alta resistividad y sean remplazados por otros de baja resistividad. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

55


El cambio total del terreno deberá ser lo suficiente para que el electrodo tenga un radio de buen terreno que sea de 0 a 0.5 m en todo su contorno así también como en su profundidad. El porcentaje de reducción de la resistencia en estos casos es difícil de deducir, debido a los componentes que intervienen, como son resistividad del terreno natural, resistividad del terreno de remplazo total o parcial, adherencia por la compactación y limpieza del electrodo, pero daremos una idea porcentual más o menos en función al tipo de terreno y al cambio total o parcial. Para lugares de alta resistividad donde se cambie el terreno de los pozos de revisión en forma general, el porcentaje puede estar entre el 50% a 70% de reducción de la resistencia eléctrica resultante. Para terrenos de media resistividad donde se realice el cambio de terreno de los pozos o zanjas en forma parcial o total, el porcentaje de reducción puede estar de la siguiente manera: -

Cambio parcial de 20% a 40% de reducción de la resistencia eléctrica resultante.

-

Cambio total de 40% a 60% de reducción de la resistencia eléctrica resultante.

Para terrenos de baja resistividad donde se cambiará el terreno de los pozos en forma parcial, el porcentaje de reducción puede estar entre el 20% a 40% de la resistividad natural el terreno. Tabla 8: Resistividad según naturaleza del terreno NATURALEZA DEL TERRENO

VALOR MEDIO DE LA RESISTIVIDAD (Ω.m)

Lodo

5 a 100

Terreno cultivable fértil

50

Tierra de jardín 20% de humedad

480


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Arcilla seca

1500 a 5000

Arena mojada

1300

Arena seca

3000 a 8000


Figura 6: Curvas de variación de la resistividad por salinidad, humedad y temperatura. Fuente: IEEE 80-2000

2.10. MÉTODOS PARA LA MEDIDA DE LA RESITIVIDAD DEL SUELO 2.10.1. Investigación de la estructura del suelo Es indispensable hacer investigaciones de resistividad en el sitio de una subestación para determinar la composición general del suelo y el grado de homogeneidad. Las pruebas de perforación y otras investigaciones geológicas proveen a menudo información importante de la presencia de diferentes capas y la naturaleza del material del suelo, obteniendo algunas ideas del rango de la resistividad del sitio.


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2.10.2. Medición de la resistividad Es imprescindible hacer pruebas de resistividad, estas se deben hacer en diferentes lugares dentro del sitio. Raramente se encuentran suelos con resistividad uniforme y a una profundidad considerable dentro de la zona de una subestación, para el caso de una nueva sub estación estas medidas serán realizadas antes de iniciar las obras civiles. Normalmente, se encuentran diferentes capas, cada una con diferente resistividad. Se pueden hacer pruebas de resistividad en el suelo para determinar si existe alguna variación importante de resistividad con la profundidad. Cuando las variaciones son grandes se deben tomar aún más lecturas, especialmente si las lecturas son tan altas que indican problemas de seguridad. Si la resistividad varía apreciablemente con la profundidad, a menudo es deseable hacer pruebas a diferentes distancias para obtener un estimado de la resistividad de las capas más profundas. Esto es posible ya que a medida se incrementa la distancia de las pruebas, las corrientes de prueba penetran a áreas más distantes, en direcciones verticales y horizontales, sin importar cuanto se desvié la trayectoria de la corriente debido a la variación de las condiciones del suelo. El número de lecturas debe aumentarse cuando se presenten mayores variaciones de resistividad tanto vertical como horizontal. Es aconsejable realizar mediciones en diferentes puntos del área bajo estudio y en varias direcciones (normalmente perpendiculares) con el fin de compararlas y poder identificar errores por la presencia de objetos metálicos enterrados. Si la resistividad varía considerablemente con la profundidad, es aconsejable incrementar la distancia entre los electrodos de prueba, con el fin de obtener valores precisos de las capas más profundas. Esto debido a que a mayor


58


separación, la corriente penetra más capas de suelo tanto de forma vertical como horizontal. En la norma IEEE 81-1983 se describen en detalle una serie de técnicas o métodos de medición de resistividad del suelo.

2.10.3. Método de Wenner El método de los cuatro puntos de Wenner es el método más preciso y popular. Son razones para esto que: el método obtiene la resistividad del suelo para

capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas profundidades; no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas; los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para hincarlos en el terreno. El método usa cuatro electrodos alineados, igualmente espaciados, clavados a una misma profundidad. El método consiste en enterrar pequeños electrodos tipo varilla, en cuatro

huecos en el suelo, a una profundidad “b” y espaciados (en línea recta) una distancia “a” cómo se ilustra en la figura 7.


59


Figura 7: Método Wenner – IEEE 81-1983 Una corriente eléctrica I es inyectada en el punto 1 por el primer electrodo y colectada en el punto 4 por el último electrodo. Esta corriente, pasando por el suelo entre los puntos 1 y 4, produce el potencial en los puntos 2 y 3. La resistividad eléctrica del suelo es dada por:

 + −  .

(16)

Para una separación entre los electrodos relativamente grande, esto es a>20b, la formula (1) se reduce a:

2 .

(17)

2.10.4. Método de Schlumberger En este arreglo, al igual que en el de Wenner, los electrodos de emisión (corriente) y medición (tensión) están situados en línea recta, la variante de este arreglo radica en que la separación entre electrodos es, aunque simétrica, desigual para la correspondiente entre los electrodos de tensión y entre estos y los de corriente.

Figura 8: Método Schlumberger – IEEE 81 - 1983 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

60


El procedimiento para obtener el modelo del terreno, consiste en separar progresivamente los electrodos, alrededor de un punto central permanente, denominado punto de máxima exploración. La fórmula con la cual se calcula la resistividad aparente del terreno es:

 + 

(18)

Donde: c: es la separación entre el electrodo de corriente y de tensión. d: es la separación entre los electrodos de tensión.

2.10.5. Método de medición de resistencia de una varilla (variación con la profundidad) También conocido en la norma ANSI/IEEE Std 81-1983 como el Método de la Variación de Profundidad (variation of depth method), consiste en medir la resistencia de puesta a tierra de un electrodo tipo varilla y, basados en la ecuación de resistencia a tierra de un electrodo vertical en un suelo homogéneo y los datos geométricos de la varilla, derivar la resistividad del suelo, la disposición es como indica la figura 9.

Figura 9: Método de variación de la profundidad – IEEE 81-1983


61


El valor de la resistividad esta dada por la siguiente expresión:

 ..−

(19)

Donde:

ρ: Resistividad del terreno Lr: longitud del electrodo r: radio del electrodo R: valor de resistencia leído por el equipo El procedimiento comúnmente aplicado es el de disponer una varilla metálica con marcaciones cada 20 o 30 cm, y cuya longitud debe ser la suficiente como para obtener la mayor información posible de la variaciones de la resistencia leída a medida que penetra la varilla en la tierra (lo que originó el nombre de Método de la Variación de Profundidad), es decir por cada marca se lee un valor de resistencia y con la fórmula anterior se calcula la resistividad. Este método solo se debe aplicar cuando no se disponga del espacio suficiente para utilizar los métodos de Wenner o de Schlumberger, pues la prospección es mucho menor, o en el caso de solo poder disponer de un telurómetro de tres electrodos. Si se desea investigar una gran extensión de terreno, es recomendable aplicar el método de los cuatro electrodos, ya que enterrar jabalinas de gran longitud no es práctico.

2.10.6. Elección del método a utilizar en el presente informe Para elegir el método de medidas más adecuado, presentamos un cuadro comparativo con los principales Métodos de Medida mencionados anteriormente. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

62


Tabla 9: Comparación de métodos de medida de resistividad del terreno.

CONCEPTO

METODO WENNER

METODO SCHLUNBERGER

Requerimientos basicos Buen contacto de los Alta

sensibilidad del

electrodos de medida Instrumento con el suelo Instrumento de medida Robusto, requerido Sensibilidad

normal <3% a Pequeña

precisión Robusto, alta precisión, < 0.5% Compensada

variaciones laterales de la resistividad Procedimiento

Sencillo

De complejidad media

Ejecución

Rápida

Laboriosa

En base al cuadro comparativo se elige el método WENNER para la realización de las medidas.

2.11. MÉTODOS DE MODELADO DEL SUELO La interpretación de la resistividad obtenida en el campo es quizá la parte más difícil del programa de medición. El objetivo básico es obtener un modelo del suelo que sea aproximadamente igual al suelo existente. La resistividad del suelo varía lateralmente y con respecto a la profundidad y depende también de los estratos del suelo. Pueden ocurrir variaciones temporales en la resistividad del suelo de acuerdo a las variaciones del clima. Se debe reconocer que el modelo del suelo es solamente una aproximación de las condiciones del suelo en el momento de hacer las mediciones.


63


2.11.1. Modelo de resistividad uniforme Un modelo de suelo uniforme se puede utilizar en vez del modelo de suelo de múltiples capas cada vez que las herramientas de cálculo del modelo de dos capas o el modelo de múltiples capas no estén disponible. Este modelo es recomendable cuando hay una variación moderada de la resistividad aparente alrededor de un valor promedio, cono se muestra en la figura 10.

Figura 10: curva característica de suelo homogéneo. Un aproximado de la resistividad de un suelo uniforme se puede obtener tomando un promedio aritmético de la medición de la resistividad aparente, como se muestra en la siguiente ecuación:

  ++ +

Ω.m

(20)

n = Numero de medidas

2.11.2. Modelo de suelo uniforme utilizando técnica BOX-COX Una manera más adecuada de aproximar un suelo no uniforme al modelo de suelo homogéneo, es aplicar a las medidas de la resistividad aparente tomadas en campo la técnica estadística llamada trasformación de BOX-COX, que JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

64


permite calcular un valor de resistencia con probabilidad del 70% de no ser superada. Esto perfecciona considerablemente el modelo.

Consiste en transformar cada dato de resistividad ρi en otra variable Xi como sigue:

 lni

(21)

Donde:

ρi = Cada una de las medidas de resistividad aparente del terreno. Ahora se halla el promedio x y la desviación estándar S del nuevo grupo de datos a partir de las siguientes ecuaciones:

 =  ∑   =     

(22)

Donde:

Xi = Logaritmo natural de cada medición obtenida en campo.

 =   ∑  −   =   

(23)

Donde:

Xi = Logaritmo natural de cada medición obtenida en campo xi = Promedio o media del grupo de datos Xi La resistividad con probabilidad del 70% de no ser superada se calcula

% ∗.+

mediante la siguiente formula: (24)

Donde: S = desviación estándar del grupo de datos x = media del grupo de datos X i JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

65


Se puede hallar una descripción más detallada de este m étodo en el Anexo 4

2.11.3. Modelo de suelo de dos capas (método de Sunde) Un modelo de suelo de dos capas se puede representar por una capa superior de profundidad finita sobre una capa inferior de profundidad infinita. El cambio brusco de la resistividad en los límites de cada capa del suelo se puede describir por medio de un factor de reflexión. El factor de reflexión, K, se define por la siguiente ecuación:

 −+

(25)

Donde:

ρ1= resistividad de la capa superior en Ω.m. ρ2= resistividad de la capa inferior en Ω.m. Un modelo de dos capas se puede aproximar usando el método SUNDE. La grafica característica de un suelo de dos camadas se muestra en la siguiente figura:

Figura 11: Curvas característica de suelo de dos capas.

Los parámetros ρ1 y ρ2 se obtienen por la inspección de las mediciones de resistividad (Anexo 3) Solamente h se obtiene por el método grafico de Sunde, de la forma siguiente: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

66


a. Hacer una gráfica de resistividad aparente ρa en el eje Y vs el espaciamiento (a) de los electrodos de prueba en el eje X obtenida por el método de estudio de suelo. b. Estimar una resistividad ρ1 y ρ2 del grafico en a). La ρa es lo que corresponde a un espacio pequeño del espaciamiento del electrodo de

prueba ρ1 y ρ2 corresponde a para un espacio grande. Esto amplía la resistividad aparente del grafico en ambos extremos para obtener los valores si los datos de campo no son suficientes. c. Determinar ρ2 / ρ1 y seleccionar una curva en la gráfica de Sunde, la cual casi coincide ó interpola y dibuja una nueva curva en la gráfica. d.

Seleccionar el valor en el eje Y de ρa / ρ1 dentro de la región con desniveles de la curva apropiada de ρ2 / ρ1.

e. Leer los valores correspondientes de a / h en el eje X. f.

Calcular ρa al multiplicar los valores seleccionados, ρa/ρ1 en d) por ρ1.

g. Leer el espacio de sondeo (eje X) correspondiente del gráfico de la resistividad aparente en el literal a). h. Calcular h, la profundidad del nivel superior, utilizando los espacios de separación en forma apropiada (eje X), a. Se puede hallar una descripción más detallada de este mé todo en el Anexo 3.

2.11.4. Modelo de suelo multicapa (método de Pirson) El Metodo de Pirson puede ser considerado como una extensión del método de dos camadas (método sunde), al dividirse la curva p (a) x a en trechos JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

67


ascendentes y descendentes queda evidenciado que el suelo de varias camadas se puede analizar como una secuencia de curvas de suelos equivalentes a dos camadas. La curva característica de un suelo de varias capas es como la siguiente:

Figura 12: Grafica de suelo multicapas. Considerando al primer trecho como un suelo de dos camadas, se obtiene p 1, p2 y h1. Al analizar el segundo trecho, primero se debe determinar una resistividad equivalente, vista por la tercera capa. En esta forma se obtiene la resistividad p3 y la profundidad de la capa equivalente.

2.11.5. Elección del método de modelamiento del suelo Mientras la representación más precisa de un sistema de aterrizaje se debe basar en las variaciones reales de la resistividad del suelo que se encuentra en el lugar de la subestación, raramente será económicamente justificable o técnicamente viable enseñar todas las variaciones. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la representación de un electrodo de tierra fundamentado en un modelo equivalente de dos capas es suficiente para diseñar un sistema de aterrizaje seguro.


68


Por consiguiente se adopta el modelo de dos capas usando el método grafico de Sunde, el cual es descrito con mayor detalle en el Anexo 3.

2.12. EVALUACION DE LA RESISTENCA DE TIERRA 2.12.1. Necesidades usuales Un buen sistema de aterrizaje provee una baja resistencia hacia tierra para minimizar el incremento de potencial a tierra. Para la mayoría de subestaciones de transmisión y otras más grandes, la resistencia de tierra es comúnmente de

1 Ω ó menos. En subestaciones de distribución más pequeñas, el rango que comúnmente se acepta es desde 1 Ω hasta 5 Ω, dependiendo de las condiciones del lugar (IEEE 142-2007 Capitulo 4).

2.12.2. Cálculos simplificados ecuación de Sverak Estimar la resistencia total hacia tierra es uno de los primeros pasos para determinar el tamaño y el sistema básico de aterrizaje. La resistencia depende principalmente del área a utilizar por el sistema de aterrizaje, la cual se conoce comúnmente en la primera etapa del diseño. Como una primera aproximación, se puede estimar un valor mínimo de la resistencia del sistema de aterrizaje de la subestación en un suelo uniforme, por medio de la f órmula que estimo Sverak [B1],

   √  1 + 

(26)

Donde:

Rg = Resistencia a tierra en Ω 

= Resistividad del suelo en Ω.m

A = Área que utiliza la malla a tierra en m2


69


LT = Longitud total de los conductores enterrados en m h = profundidad de la malla en m Para mallas sin varillas de tierra, esta fórmula se ha probado y proporciona resultados que son prácticamente idénticos con los que se obtienen de la ecuación de Schwarz, que se describe a continuación.

2.12.3. Ecuación de Schwarz para suelo homogéneo Schwarz [B1] desarrolló el siguiente juego de ecuaciones para determinar la resistencia total de un sistema de aterrizaje, en un suelo homogéneo que consiste de electrodos horizontales (malla) y verticales (varillas). Schwarz también introdujo una ecuación para la resistencia mutua a tierra Rm entre la malla y la de varilla.

           2

27

Donde: R1

: Resistencia de tierra de los conductores de malla en Ω.

R2

: Resistencia de tierra de todas las varillas de tierra en Ω.

Rm

: Resistencia mutua entre conductores de la malla R 1 y el grupo de

varillas de tierra R2 en Ω. La resistencia de tierra de la malla está dada por:

   ln 2ℎ √    28  0.05  1.2 29  0.1  4.68 30 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

70


Donde:

ρ

: Resistividad del terreno en Ω.m.

Lc

: Longitud total de todos los conductores de la malla en m.

h

: Profundidad de los conductores de la malla en m.

dc

: Diametro del conductor de la malla en m.

A

: Area cubierta por los conductores en m.

L x ,L y

: Largo, ancho de la malla en m.

La resistencia de las varillas de tierra está dada por la siguiente ecuación:

  2 ln41 2√    1 31 Donde: nr

: Numero de varillas a tierra

Lr

: Longitud de cada Varilla en m.

r

: radio de la varilla en m.

La resistencia de tierra mutua combinada de R 1 y R2 está dada por la siguiente ecuación:

   ln2 √    1 32 La combinación de la resistencia a tierra de la rejilla y la cama de varilla será de menor valor que la resistencia a tierra de los componentes individuales, pero será de un valor más alto que las de una combinación en paralelo.

2.13. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE MÁXIMA DE FALLA EN LA RED El valor máximo de diseño de la corriente de falla a tierra que fluye a través de la malla de la subestación hasta la tierra circundante está dado por: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

71


   ∗  ∗

(33)

Dónde: IF

= 3I0 = Corriente Simétrica de falla a tierra en Amp.

Df =

Factor de decremento para tener en cuenta la componente DC.

Sf = Factor de división de corriente

2.13.1. Corriente simétrica de falla a tierra (IF) Se analiza dos tipos de fallas que por razones prácticas son las recomendadas: - Falla línea – línea – tierra, ignorando la resistencia de la falla y la resistencia de puesta a tierra de la subestación:

 −− 3    3. . 

34

- Falla línea – tierra, ignorando la resistencia de la falla y la resistencia de puesta a tierra de la subestación:

Dónde:

  3 0  1 3.2 0

35

I0 = Valor RMS de secuencia cero de la corriente simétrica de falla en A. E = Tensión Fase - Neutro RMS en V. Z1 = Impedancia equivalente de secuencia (+) del sistema en el punto de falla. Z2 = Impedancia equivalente de secuencia (-) del sistema en el punto de falla. Z0 = Impedancia equivalente de secuencia (0) del sistema en el punto de falla.


72


2.13.2. Factor de división de corriente (Sf) El proceso del cálculo consiste en derivar una representación equivalente de los cables de guarda, neutros, etc. Esto es, conectarlos a la malla en la subestación y luego resolver el equivalente para determinar qué fracción de la corriente total de falla fluye entre la malla y la tierra circundante, y qué fracción fluye a través de los cables de guarda o neutros. Sf depende de: a. Localización de la falla. b. Magnitud de la resistencia de la malla de puesta a tierra de la subestación. c. Cables y tubos enterrados en las vecindades de la subestación o directamente conectados al sistema de puesta a tierra. d. Cables de guarda, neutros u otras trayectorias de retorno por tierra. e. Líneas de transmisión que entran y alimentadores que salen de la subestación; cantidad, número de cables de guarda y la impe dancia de cada uno; cantidad y resistencia de puestas a tierra de pies de torre; longitud de líneas de transmisión y alimentadores; material y calibre de cables de guarda y neutros. Existe una serie de desarrollos matemáticos, curvas y tablas que permiten encontrar el valor de S f pero resulta mucho más práctico utilizar la Tabla 9. La Tabla 9 muestra las impedancias equivalentes de cables de guarda de líneas de transmisión y de neutros de alimentadores de distribución, para una contribución remota del 100% con X líneas de transmisión y Y alimentadores de distribución. La primera columna muestra las impedancias equivalentes para resistencias de electrodos de puesta a tierra de líneas de transmisión Rtg de JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

73


15Ω y resistencias de electrodos de puesta a tier ra de alimentadores de distribución Rdg de 25Ω. La segunda columna de impedancias equivalentes corresponde a Rtg = 100Ω y Rdg = 200Ω. El factor de división de corriente será entonces:

    / |+ |

(36)

Donde: (Zeq)x/y

: impedancia equivalente de X cables de guarda de líneas de

transmisión e Y neutros de alimentadores de distribución. Rg

: resistencia del sistema de puesta a tierra de la subestación


74


Tabla 10: Impedancias equivalentes aproximadas de cables de guarda de líneas de transmisión y neutros de distribución (alimentadores) Número de Número de Zeq (ohms) Zeq (ohms) líneas de alimentadores Rtg=15, Rdg=25 Rtg=100, transmisión Rdg=200 1 1 0,91 + j0,485 3,27 + j0,652 1 2 0,54 + j0,33 2,18 + j0,412 1 4 0,295 + j0,20 1,32 + j0,244 1 8 0,15 + j0,11 0,732 + j0,133 1 12 0,10 + j0,076 0,507 + j0,091 1 16 0,079 + j0,057 0,387 + j0,069 2 1 0,685 + j0,057 2,18 + j 0,442 2 2 0,455 + j0,241 1,63 + j0,324 2 4 0,27 + j0,165 1,09 + j0,208 2 8 0,15 + j0,10 0,685 + j0,122 2 12 0,10 + j0,07 0,47 + j0,087 2 16 0,08 + j0,055 0,366 + j0,067 4 1 0,45 + j0,16 1,30 + j0,273 4 2 0,34 + j0,15 1,09 + j0,22 4 4 0,23 + j0,12 0,817 + j0,16 4 8 0,134 + j0,083 0,546 + j0,103 4 12 0,095+ j0,061 0,41 + j0,077 4 16 0,073+ j0,05 0,329 + j0,06 8 1 0,27 + j0,08 0,72 + j0,152 8 2 0,23 + j0,08 0,65 + j0,134 8 4 0,17 + j0,076 0,543 + j0,11 8 8 0,114 + j0,061 0,408 + j0,079 8 12 0,085 + j0,049 0,327 + j0,064 8 16 0,067 + j0,041 0,273 + j0,052 Sistemas de puesta a tierra diseñado con IEEE-80 y evaluado con MEF [B11]

2.13.3. Factor de decremento (Df) En el diseño de la malla a tierra, se debe considerar la corriente asimétrica de falla, la cual resulta de multiplicar la corriente simétrica de falla por el factor de decremento, que a su vez está dado por:

     1   1 


(37)

75


Dónde: tf

= Duración de la falla en s.

Ta

= Constante de tiempo de la componente DC.

X, R = Componentes de la impedancia subtransitoria de falla que se usan para determinar la relación X/R. La ecuación anterior se puede utilizar para calcular el factor de decremento para las relaciones específicas de X/R y las duraciones de falla. Los valores comunes del factor de decremento para diferentes duraciones de fallas y relaciones X/R se muestran en la siguiente tabla. Tabla 11: Valores típicos de Factor de Decremento D f . Duración de la falla, t f Segundos

Ciclos a 60 Hz

Factor de decremento, Df X/R=10

X/R=20

X/R=30

X/R=40

0.00833

0.5

1.576

1.648

1.675

1.688

0.05

3

1.232

1.378

1.462

1.515

0.10

6

1.125

1.232

1.316

1.378

0.20

12

1.064

1.125

1.181

1.232

0.30

18

1.043

1.085

1.125

1.163

0.40

24

1.033

1.064

1.095

1.125

0.50

30

1.026

1.052

1.077

1.101

0.75

45

1.018

1.035

1.052

1.068

1.00

60

1.013

1.026

1.039

1.052

Fuente: IEEE 80-2000

2.13.4. Peores tipos de fallas y ubicación El peor tipo de falla en un sistema de aterrizaje es comúnmente el que resulta en el valor más alto de la corriente máxima de malla I G. Debido que, la corriente es proporcional a la secuencia cero o a la corriente de falla a tierra y al factor de división de la corriente, y debido a que la división de corriente es casi


76


independiente del tipo de falla, el peor tipo de falla se puede definir como el único resultado de la secuencia 0 , 3I 0. En un lugar específico, una falla simple de línea a tierra será el peor tipo sí Z 1 Z0 > Z22 en el punto de falla y la falla línea a línea a tierra será el peor tipo de falla sí Z1 Z0 < Z22. En el caso frecuente donde Z 2 se asume igual a Z 1, las comparaciones antes mencionadas se reducen a Z 0 > Z1, y Z0 < Z2. No hay reglas universales para determinar la localización de la peor falla. En pocos casos, surge una complicación adicional. La duración de la falla depende en el tipo de protección que se utilizó, la ubicación de la falla y la alternativa de usar los tiempos de apertura principales o de respaldo para la duración de la falla (golpe eléctrico).

2.14. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MALLA A TIERRA Esta metodología se utiliza típicamente para el diseño de mallas de puesta a tierra con las siguientes especificaciones: -

Geometría cuadrada, rectangular, en L o en T.

-

Distancias de separación entre conductores paralelos entre 3 m y 15 m.

-

Profundidades típicas de la malla entre 0,5 m y 1,5 m.

-

Calibre de conductores típico entre 2/0 AWG y 500 kcmil.

-

Tamaño de la retícula interna de la malla uniforme.

-

Se pueden incluir electrodos verticales (varillas) siempre y cuando estén ubicadas uniformemente en la periferia o en el área total de la malla.

2.14.1. Parámetros Críticos Los siguientes parámetros tienen un impacto considerable en el diseño de la malla:


77


- Resistividad del suelo ρ - Corriente máxima de malla IG - Duración de la falla tf - Resistividad del material de superficie (ρs) - Geometría de la malla.

2.14.2. Criterios de diseño. Como se mencionó en el objetivo básico de la seguridad en el aterrizaje, existen dos objetivos fundamentales que se deben lograr en el diseño de cualquier sistema de tierra en una subestación tanto en condiciones normales como de falla. Estos objetivos son: -

Proporcionar medios para disipar corrientes eléctricas a tierra sin exceder los límites de operación de los equipos.

-

Asegurarse que cualquier persona en las cercanías de las instalaciones aterrizadas no se exponga al peligro de un golpe eléctrico.

Los procedimientos de diseño que se describen en las siguientes sub-cláusulas están dirigidos para lograr la protección de los voltajes peligrosos de toque y de paso dentro de una subestación. De esta manera, el procedimiento de diseño descrito acá se basa en asegurar la seguridad ante voltajes de paso y de toque peligrosos dentro de la subestación. Debido a que el voltaje de malla es, normalmente, el peor voltaje de toque posible dentro de la subestación éste se utilizará como la base del procedimiento de diseño. Los voltajes de paso son inherentemente menos peligrosos que los voltajes de malla. El voltaje de paso que se calculó se debe comparar con el voltaje de paso permisible después de diseñarse la malla satisfaciendo el criterio del voltaje de toque.


78


Para malla de aterrizaje igualmente espaciado, el voltaje de malla se incrementará a lo largo de las mallas desde el centro hasta la esquina de la malla. El voltaje de la esquina de la malla es mucho más alto que el del centro de ella. Eso será cierto al menos que la malla sea asimétrica (con salientes, en forma

“L”, etc.), tenga barras de aterrizaje que se ubican en o cerca de su perímetro, o tenga espaciamientos completamente no uniformes entre conductores. De cualquier manera, en la ecuación para el voltaje de malla Em que se darán en el cálculo de los voltajes máximo de malla y de paso (Cáp. 2.14.3), solamente se utiliza como base para el procedimiento de diseño, el voltaje de malla al centro de la esquina de la malla. En cualquier caso, el criterio inicial para un diseño seguro es limitar la malla que se calculó o el voltaje de toque para bajar el voltaje de toque tolerable de la ecuación (11) o la ecuación (13).

2.14.3. Calculo de voltajes máximos de malla Em

La tensión de malla se obtiene como el producto de la resistividad del suelo (ρ), un factor geométrico (Km) y un factor de corrección (Ki), el cual tiene en cuenta el incremento de la densidad de corriente en los extremos de la malla y la densidad promedio de corriente por unidad del conductor enterrado (I G / LM). La ecuación es:

  

38

El factor geométrico Km se determina de la siguiente manera:

    1  2ℎ 8  39   2 ln16.ℎ.  8    4ℎ  ln 21 Para rejillas con varillas de aterrizaje a lo largo de su perímetro, o para rejillas con varillas de aterrizaje en sus esquinas, o ambos K ii = 1; donde K ii es un factor JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

79


de corrección que ajusta los efectos de los conductores sobre la esquina de la malla. Para mallas sin varillas de tierra o solo unas pocas, ninguna localizada en las esquinas:

  21 40   1  ℎℎ ℎ 1        41 n representa el número de conductores paralelos de una malla rectangular equivalente y está dada por:

. .. 

(42)

Donde:

      √  .      +

Para mallas cuadradas:

(43)

(44)

(45) (46)

n = na

Para mallas rectangulares: n = n a.nb Para mallas en forma de L: n = n a.nb.nc JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

ya que nb = nc = nd = 1 ya que nc = nd = 1 ya que nd = 1 80


Lc : Longitud total del conductor en una rejilla horizontal en m. Lp: Longitud perimetral de la malla en m. A : Area de la malla en m2 Lx : Longitud máxima de la malla en la dirección x, en m. Ly : Longitud máxima de la malla en la dirección y, en m. Dm : Distancia máxima entre dos puntos cualesquiera de la rejilla, en m. D : Espaciamiento entre conductores paralelos, en m. h : Profundidad de los conductores de la malla, en m. d : diámetro del conductor de la malla, en m. Ki es el factor de irregularidad y se define como:

 0.6440.148 

47

Para mallas sin varillas de tierra o para mallas con solo unas pocas varillas esparcidas a través de la malla pero ninguna localizada en las esquinas o a lo largo del perímetro, la longitud efectiva enterrada (L M) es:.

  

48

Donde: LR = nr Lr : Longitud total de todas las varillas nr = Numero de varillas Lr = Longitud de cada varilla Para mallas con muchas varillas de tierra en las esquinas, así como a lo largo del perímetro, la longitud efectiva enterrada (L M) es:

  1.551.22   JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

49 81


2.14.4. Calculo de la tensión real de paso Es

La tensión de paso se obtiene como el producto de la resistividad del suelo (ρ), un factor geométrico (Ks), un factor de corrección (Ki) el cual tiene en cuenta el incremento de la densidad de corriente en los extremos de la malla y la densidad promedio de corriente por unidad del conductor enterrado (I G / LS). La ecuación es:

   

50

Para mallas con o sin varillas de tierra, la longitud efectiva del conductor enterrado Ls es:

  0.75 0.85

51

Ks se define como:

  1 2ℎ1  ℎ1  1 10.5−


52

82


2.14.5. Limitaciones de las ecuaciones Para obtener las ecuaciones de tensiones de paso y de malla, se establecen algunas suposiciones con el fin de simplificarlas; las cuales pueden dar resultados imprecisos para algunos casos. Los factores utilizados prácticamente eliminan la imprecisión dentro de ciertos rangos. Cuando se aplican las ecuaciones planteadas para las tensiones de malla y de paso, en configuraciones cuadradas o rectangulares, se recomienda no exceder los siguientes límites:

n ≤ 25 0,25 m ≤ h ≤ 2,5 m D>3m


83


CAPITULO III PROCEDIMIENTO Y CÁLCULO DE LA MALLA A TIERRA CT – PISCO 3.1. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO El diagrama de bloques de la figura 13 ilustra la secuencia a seguir, a continuación se muestra los pasos a seguir según estándar IEEE 80-2000 adaptado al diseño de la CT Pisco: -

Paso 1: El mapa apropiado y el plano general de la localización de la subestación nos deben dar un buen estimado del área a ser aterrizada. Un estudio de la resistividad del suelo, que describe la estructura del suelo y selección del modelo de suelo, determinará el perfil de la resistividad y el modelo de suelo que se necesite (esto es, modelo uniforme, modelo de dos capas o modelo multicapas).

-

Paso 2: Se determina el calibre del conductor según la corriente de falla 3I0, la cual debe ser la corriente máxima de falla esperada en un futuro.

-

Paso 3: Se determinan los valores tolerables de tensión de toque y de paso por las ecuaciones que se proporcionaron en el criterio del voltaje tolerable.

-

Paso 4: En el diseño preliminar incluirá un lazo conductor que rodee toda el área que se aterrizara, además adecuar conductores cruzados para suministrar un acceso conveniente para el aterrizaje de los equipos, etc.

-

Paso 5: Los estimados de la resistencia preliminar del sistema de aterrizaje en suelo uniforme se determinara por las ecuaciones que se proporcionaron en los cálculos simplificados y las ecuaciones de Schwarz de ser necesario.

-

Paso 6: esta resistencia deberá ser menor que la resistencia objetivo solicitada según sea el caso, caso contrario deberá evaluarse nuevamente modificando el diseño preliminar.

-

Paso 7 : La corriente IG se determina por las ecuaciones que se proporcionan en la determinación de la corriente máxima de malla. Para prevenir un sobre diseño del sistema de aterrizaje se tomara en cuenta,


84


solamente la porción de la corriente de falla, 3I0, que fluye desde la malla a tierra. La corriente IG debe, de cualquier manera, reflejar el peor tipo de falla y su localización, el factor de decremento, factor de división de corriente y cualquier expansión futura del mismo. -

Paso 8: Si el GPR del diseño preliminar está por debajo del voltaje de paso y tolerable, no se necesitará un análisis adicional. Solamente será necesario dejar conductores adicionales para dar acceso a las terminales de aterrizaje de los equipos.

-

Paso 9: Los cálculos de la malla y voltaje de paso para las mallas, tal como se han diseñado, podrán estar terminados siguiendo las técnicas y el análisis para suelos uniformes.

-

Paso 10: Si el voltaje de malla calculado está por debajo del voltaje de paso tolerado, el diseño pueda que este completo. Si el voltaje de malla calculado es mayor que el voltaje de toque tolerable, el diseño preliminar deberá ser revisado.

-

Paso 11: Si el voltaje de paso y el voltaje de toque calculados están por debajo de los voltajes tolerables, el diseño requerirá solamente de ciertos refinamientos. Si no, el diseño preliminar se debe revisar.

-

Paso 12: Si exceden los límites del voltaje de toque o del voltaje de paso tolerables, se requerirá de una revisión del diseño de la malla.

-

Paso 13: Antes de satisfacer los requerimientos del voltaje de toque y de paso, probablemente se requieran varillas de tierra y mallas adicionales. Los conductores de malla adicionales probablemente se requieran si el diseño de malla no incluye conductores cerca del equipo a ser aterrizado.


85


Datos de campo A, ρ

Paso 1

Tamaño de conductor 3I0, tc, d

Paso 2

Criterio de paso y de toque Etoque 50 o 70kg, Epaso 50 o 70 kg

Paso 3

Diseño Inicial D,n,Lc,Lt,h

Paso 4

Resistencia de malla Rg,Lc,LR

Paso 5

Paso 12 Modificar diseño D,n,Lc,Lt,p No

Paso 6

Rg < Robj

Si Corriente de Malla Ig,tf

Paso 7 Paso 8

IGRG < Etoque

Si

No Voltajes de malla y de paso Em,Es,Km,Ks,Ki,Kii,Kh

No

Em < Etoque

Paso 9

Paso 1 0

Si No

Es < Epaso

Paso 1 1

Si

Detalle de diseño

Paso 1 3

Figura 13: Diagrama de bloques del procedimiento IEEE 80-2000ma de bloques del procedimiento IEEE 80-200


86


3.2. TOMA DE MEDIDAS DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Los alrededores exteriores de la C.T. Pisco presentaron suelos ya ocupados por edificaciones y otros diferentes que componen la CT, inadecuados para la realización de medidas. Se optó por aplicar un plan de medidas de resistividades, durante una jornada, tanto en la terraza superior libre de construcciones como en la terraza inferior, iniciándose al iniciar la jornada de labores (07:30h) durante el intervalo seco y terminando en la tarde (14:30h).

3.3. MEDIDAS DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO (Paso 1) Para determinar el perfil de Resistividades del suelo en el emplazamiento destinado a la C.T. Pisco, se emprendió la toma de tres puntos de Medida, los dos primeros en la terraza superior con dos líneas de Medida cada uno, y el tercer punto en la terraza inferior que permitió una sola línea de Medidas por motivos de espacio. Debido que el estudio para tomar las medidas de resistividad del terreno se hizo una vez que ya los equipos se encontraban instalados, limito la toma de medidas de la resistividad, pero se consideró las suficientes medidas como para poder definir un modelo de suelo aceptable, con el cual se realizaría el diseño.

a.

Despliegue de Medidas en el Suelo

Se realizaron sobre la terraza superior, en direcciones paralela y ortogonal al cerco perimétrico limítrofe con el patio de llaves contiguo a la C.T.,y alejadas a distancias de 6m a 10m de los cubetos donde se colocarán los Transformadores de Potencia. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

87


Las medidas se efectuaron con distancias entre electrodos de 0.5m, 1m, 2m, 3m, 4m, 6m, 8m y 12m donde la topografía del Suelo lo permitía; se obtuvieron valores estables en todas las medidas.

Figura 14. Croquis de medidas.

3.4. MEDICION DE RESISTIVIDAD Y MODELAMIENTO DEL SUELO DE DOS CAPAS Los resultados se muestran en la siguiente tabla:


88


Tabla 12: valores de medición de resistividad del suelo método WENNER METODO WENNER

Punto de

a (m)

medida

0.5

1

2

4

6

8

12

P1-L1 (Ω.m)

230

325

408

397

347

318

184

P1-L2 (Ω.m)

295

349

488

410

295

211

315

P2-L1 (Ω.m)

350

605

412

337

336

206

180

P2-L2 (Ω.m)

386

352

321

268

252

148

132

P3-L1 (Ω.m)

222

225

237

235

235

195

154

297

371

373

329

293

215

193

Promedio (Ω.m)

Graf ica ρ vs a

p vs a 371

400 350

373 329

296

293

300 250

215

193

200 150 100 50 0 0.5

1

2

4

6

8

12

p (m)

Grafica X resistencia del terreno vs espaciamiento.


89


Usando el método Sunde ( Anexo 3) se logra el modelo de suelo de dos capas teniendo los siguientes valores: 1 = 290 Ω.m

h = 3.9 m 2 = 190 Ω.m

Con los datos se halla K

K



 2   1 1   2

 − +  0.21 3.5. DATOS DE DISEÑO DE MALLA A TIERRA a) Datos Suministrados por el cliente (Parámetros objetivo o de operación más desfavorable) 

Corriente de Falla para Calculo Eléctrico

IF = 16k A



Corriente de Falla para Calculo Térmico

ITOTAL = 16k A



Tiempo de Despeje de Falla-Protección Principal



Tiempo de Despeje de Falla-Protección de Respaldo



Resistencia de PAT Objetivo

RPAT = 1



Área disponible

ADISP = 6175m2



Área de cobertura máxima

tS= 0.5s tS = 0.5s

A = 4551m2

b) Datos Especificados por el diseñador (Relacionados a los requerimientos de la Red de PAT) 

Profundidad de enterramiento de la Red:

h = 0.80 m



Espesor del piso de grava:

hS = 0.15 m



Resistividad del piso de grava:

ρS = 5000 .m


90


c) Datos de la Resistividad del Suelo en Modelo Estratificado (Basados en Medidas W enner de Resistividad Aparente) 

Resistividad Equivalente para Diseño:

1=

290 Ω.m



Resistividad Equivalente para Diseño:

2=

190 Ω.m



Espesor del Primer Estrato:

h1 = 3.9 m

3.6. CÁLCULO DE PRIMER DISEÑO DE MALLA A TIERRA 3.6.1. Resistividad de diseño suelo estratificado, (ρ1,ρ2,h1) Electrodos Horizontales: Para conductor horizontal de cobre desnudo 

Profundidad de instalación

h : 0.8 m



Resistividad para diseño

p : 290 Ω.m

3.6.2. Coeficiente de contacto con el suelo

 −  .  +.  −   .  ∗.+. Cs = 0.7826

3.6.3. Sección del conductor de la Red de PAT para Cobre Recocido (Paso 2)

.  . √   ∗ ∗ √ . 

S= 79.8 MCM se elige el calibre 4/0 AWG


91


3.6.4. Calculo de los Potenciales de toque y de paso tolerables Et y Ep (Paso 3) Personas de 70 Kg:

  . .     .∗.∗ .√ .  Et = 1 525.27 V

   .     ∗.∗ .√ .   Ep = 5 435.0 V 3.6.5. Calculo del área y longitud total del cable 1er diseño (Paso 4) La primera opción de área de malla será una malla cuadrada de las siguientes dimensiones: Lx= 60 mts Ly= 60 mts Atotal Disp = 3600 m2 Nro conductores en X = 13 Nro conductores en Y = 13 Ltotal = 13 * 60 + 13*60 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

92


Ltotal = 1 560 m

Longitud de perímetro Lperimetro = 60*2 + 60*2 m Lperimetro = 240 m

Lx = 60

Ly = 60

Este primer cálculo nos dará una aproximación de que tan cerca o lejos estamos del valor objetivo.


93


3.6.6. Calculo de la resistencia preliminar 1er diseño (Paso 5) Utilizamos la ecuación de Sverak (21) para hallar la resistencia preliminar.

  1  √ 210 1 1ℎ 1  [ ( )] Rg = 2.28 Ω

No se acepta el diseño (Paso 6) Se deberá evaluar y modificar el diseño de la Malla a Tierra

3.7. CÁLCULO DE SEGUNDO DISEÑO DE MALLA A TIERRA Se aprovechara toda el área disponible para modificar el diseño de la malla a tierra, esto modificara los valores de área total y longitud del cable, los valores de resistividad (paso 1), dimensión del conductor (paso 2), tensión de toque y paso tolerable (paso 3), permanecen iguales.

3.7.1. Calculo del área y longitud total del cable 2do diseño (Paso 4) La segunda opción de área de malla será una malla rectangular de las siguientes dimensiones: Lx= 95 mts Ly= 65 mts JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

94


At = 6175 Los edificios y los equipos turbogeneradores restan un área total de 1624 m 2 por lo tanto tenemos un Área total disponible de: Atotal Disp = 4551 m2 Al igual que los equipos turbogas y edificio restan área, de igual manera restan longitud de cable: Longitud a restar: 300 m Nro conductores en X = 20 Nro conductores en Y = 14 Ltotal = (20 * 65 + 14 * 95) - 300 Ltotal = 2330 m



95


Lx = 95

EDIFICIO ELECTRICO

TG – 1A S E

Ly = 65 R O D A M R O F S N A R T

TG – 1B

3.7.2. Calculo de la resistencia preliminar 2do diseño (Paso 5) Utilizamos la ecuación de Sverak (21) para hallar la resistencia preliminar.

  1  √ 210 1 1ℎ 1  [ ( )]

Rg = 1.999 Ω.

Esta resistencia se encuentra lejos del valor objetivo.

(Paso 6) No se acepta el diseño JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

96


Continuando con las iteraciones se halla que para obtener una resistencia de malla menor o igual a 1 ohm, se requiere que el área de la malla sea de 140m x 140m, con una longitud total de cable de más de 7000 mts, siendo totalmente antieconómico y que además no contar con esa disponibilidad de área, es que se toma la decisión de mejorar el suelo artificialmente para poder trabajar con el área que se cuenta.

3.8. CÁLCULO DE TERCER DISEÑO DE MALLA A TIERRA (Paso 13) A pesar de usar toda el área disponible no se logra obtener una resistencia de malla objetivo de 1 ohm, se decide mejorar la resistividad del terreno mediante cambio de terreno, mejoramiento con sales y bentonita, con lo cual se lograra reducir la resistividad del terreno como máximo en un 40%, como nos indica en la cláusula 2.9.

 290∗0.  ∗0.40 4 0   116

Ω.m Ω.m Ω.m

Nueva resistividad para diseño.

3.8.1. Calculo del área y longitud total del cable tercer diseño (Paso 4) Las dimensiones de la malla serán las mimas que del segundo diseño y será una malla rectangular de las siguientes dimensiones:

Ax = 95 mts Ay = 65 mts AT = 6175 m2 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

97


Atotal Disp = 4551 m2 Nro conductores en X = 20 Nro conductores en Y = 14 Ltotal = (20 * 65 + 14 * 95) - 300 Ltotal = 2330 m


Lx = 95 EDIFICIO ELECTRICO

TG – 1A S E


TG – 1B


98


3.8.2. Calculo de la resistencia preliminar 3er diseño (Paso 5)

Utilizamos la ecuación de Sverak (21) para hallar la resistencia preliminar.

  1  √ 210 1 1ℎ 1  [ ( )] Rg = 0.799 Ω

(Paso 6) Resistencia se encuentra dentro del valor objetivo. 3.8.3. Determinación de la corriente máxima de falla en la red (Paso 7)

Donde

   

IG = Corriente simétrica que circula por la red de PAT (A). If = Corriente simétrica de falla a tierra (A). Sd = Factor de división de corriente Df = Factor de decremento Dato proporcionado por la entidad de 16 kA. (Considerando futuras ampliaciones) En este caso el cliente proporciona el valor de corriente de falla fijándolo en 16 KA, y solicitando que se cumpla los criterios de seguridad para este valor, el cual considera una futura ampliación de equipos turbogas. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

99


3.8.4. Calculo del Aumento de Potencial de la Malla (GPR) (Paso 8)

Al estar la resistencia dentro del valor objetivo, se evalúa el aumento de potencial en la malla (GPR), si es menor que la tensión de toque y paso, si fuera así el diseño termina, caso contrario se tendrá que realizar más evaluaciones para comprobar que la tensión de malla y de paso son menores que los voltajes tolerables definidos en 3.6.4 GRP = IG * Rg

V

GRP = 16000 * 0.799 V GRP = 12787.28

V

GRP > Et y Ep Se tiene que realizar más evaluaciones para hallar los voltajes de malla y paso.

3.8.5. Calculo de voltaje de malla (Em) (Paso 9) El valor del voltaje de la malla se obtiene mediante la siguiente ecuación:

   El factor geométrico Km se determina con la siguiente ecuación:

   ln..  +       ln −  JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

100


    . .   

Al ser una malla rectangular

  14.563

  √ 

15.   1.089 85   0.6466   1  

 1.342  0.2.9691440.148    0.7328

 ∗.∗.∗    1745.93 V



Se evalúa si la tensión de malla es mayor que la tensión de toque tolerable.


101


Em > Et

1745.93 V > 1 525.27 V (paso 10) No se acepta el diseño (Paso 12) Se deberá modificar diseño aumentando varillas en las esquinas y perímetro de la malla en un cuarto diseño.

3.9. CÁLCULO DE CUARTO DISEÑO DE MALLA A TIERRA Se decide usar varillas verticales adicionales para mejorar los gradientes de potencial en la malla a tierra, se usara 6 varillas de 2.40 m de 5/8” de diámetro.

3.9.1. Calculo del área y longitud total del cable (Paso 4) Ax = 95 mts Ay = 65 mts AT = 6175 m2 Atotal Disp = 4551 m2

Longitud conductor Horizontal Nro conductores en X = 20 Nro conductores en Y = 14 Lc total = (20 * 65 + 14 * 95) - 300 Lc total = 2330 m

Longitud Conductor vertical nr = 6 Lr = 2.40 m LR = 14.4 m


102



Lx = 95 EDIFICIO ELECTRICO

TG – 1A S E


TG – 1B

3.9.2. Calculo de la resistencia preliminar 4to diseño formula Sverak (Paso 5)

Utilizamos la ecuación de Sverak para hallar la resistencia preliminar.


103


  1  √ 210 1 1ℎ 1  [ ( )] Rg = 0.799 Ω (Paso 6) Resistencia se encuentra dentro del valor objetivo. 3.9.3. Calculo de la resistencia preliminar 4to diseño formula Schwarz Como en este cuarto diseño se utiliza varillas a tierra se decide evaluar la resistencia de tierra mediante la fórmula de Schwarz para comprobar que también cumplimos con la resistencia objetivo. Utilizando formula de Schwarz

   −      +− Ω Calculamos la resistenci a de los conductores horizontales de la malla en Ω.

   ln  √    0.705 Ω

Calculamos la resistencia de las varillas a tierra instaladas en Ω.

   ln1 √  √  1 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

104


  8.024

Ω

Ahora calculamos la resistencia de tierra mutua combinada entre R 1 y R2 en Ω.

   ln √   1   0.676 Ω Por lo tanto la resistencia de la malla será:

   −      +−

 0.704

Ω

Ω

(Paso 6)

Resistencia se encuentra dentro del valor objetivo. 3.9.4. Determinación de la corriente máxima de falla en la red (Paso 7)

   

Donde

IG = Corriente simétrica que circula por la red de PAT (A). If = Corriente simétrica de falla a tierra (A). Sd = Factor de división de corriente Df = Factor de decremento Dato proporcionado por la entidad de 16 kA. (Considerando futuras ampliaciones)


105


En este caso el cliente proporciona el valor de corriente de falla fijándolo en 16 KA, y solicitando que se cumpla los criterios de seguridad para este valor, el cual considera una futura ampliación de equipos turbogas.

3.9.5. Calculo del Aumento de Potencial de la Malla (GPR) (Paso 8) Al estar la resistencia dentro del valor objetivo, se evalúa el aumento de potencial en la malla (GPR), si es menor que la tensión de toque y paso, si fuera asi el diseño termina, caso contrario se tendrá que realizar mas evaluaciones para comprobar que la tensión de malla y de paso son menores que los voltajes tolerables definidos en 4.5.3. GRP = Ig * Rg

V

GRP = 16000 * 0.799 V GRP = 12790.55

V

GRP > Et y Ep Se tiene que realizar más evaluaciones para hallar los voltajes de malla y paso.

3.9.6. Calculo de voltaje de malla (Em) (Paso 9) El valor del voltaje de la malla se obtiene mediante la ecuación

   El factor geométrico Km se determina con la ecuación:


106


      +    ln..        ln −     

. .   

al ser una malla rectangular

  14.563

   √ 

15.   1.089 85   1   1  

 1.342  0.2.9691440.148    0.6275

  ∗.∗..∗   1480.63 JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

V

107


Se evalúa si la tensión de malla es mayor que la tensión de toque tolerable. Em < Et

1480.63 V < 1 525.27 V (Paso 10) Se procede a evaluar la tensión de paso para confirmar que el diseño cumple con las condiciones de seguridad exigidos 3.9.7. Calculo de voltaje de paso (Ep) (Paso 11) La tensión de paso se calcula con la siguiente formula:

   Ls esta definida por la siguiente ecuación:

  0.0.7755∗23300.  0.85 8 5∗14. 4    1759.74  Ks esta defina por la siguiente ecuación:

     +   10.5−  0.317 Ki esta definida: JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

108


 0.2.9691440.148     1001.∗.53∗..∗   V

Se verifica que : Ep < Et

1001.53 < 5381.50 v (Paso 11) Los criterios se cumplen por lo tanto el diseño se acepta, quedando listo para su ejecución (Paso 13). Para validar los resultados se realiza una simulación con ayuda del software ASPIX el cual confirma el diseño desarrollado en el Anexo 1.


109


3.10. RESULTADOS Sección del conductor – Armado de electrodo horizontal Sección de conductor mínima calculada

S=

79.8 MCM

Sección de conductor utilizada

SCOND =

107.20 mm2

Potenciales de toque y paso admisibles Potencial de toque admisible (70 kg)

Vt 70 kg=

1525.27 V

Potencial de paso admisible (70 kg)

Vp 70Kg=

5381.50 V

Potencial de toque en el área de la Red

VTR =

1480.63 V

Potencial de paso en el área de la Red

VTR =

1001.53 V

Potenciales de toque y paso resultantes

Armado de electrodo de PAT Distancia máxima entre hileras Longitud de cable horizontal

D =

5.00 m

L=

2330 m

RT =

0.799 Ω

Resistencia de dispersión Resistencia de malla


110


CAPITULO IV MEMORIA DESCRIPTIVA SISTEMA DE PUESTA ATIERRA C.T. PISCO 4.1. ANTECEDENTES La Empresa de Generación Eléctrica de Arequipa S.A. (EGASA), dentro de su programa de mejorar la eficiencia productiva de sus equipos en explotación, tuvo previsto trasladar los equipos de generación eléctrica TURBOGAS, instalados en la Central Térmica de Mollendo a la Subestación Independencia (Pisco – Ica), con el propósito de reducir los costos de generación de energía eléctrica utilizando como insumo el Gas Natural de Camisea. Con tal fin y luego de un proceso de concurso por invitación EGASA contrato los Servicios de PROYECTOS ESPECIALES PACIFICO S.A. para el desarrollo

del Estudio Definitivo del Proyecto “Reubicación de los Equipos Turbogas de la Central Térmica de Mollendo a la Localidad de Independencia – Pisco”. Mediante contrato N° C.GG.-134/2007- EGASA, contrata al CONSORCIO BETA en calidad de CONTRATISTA con la finalidad de que se encargue de proveer, instalar, y probar los equipos de conversión de gas natural y demás equipos necesarios para su funcionamiento adecuado, de acuerdo al expediente técnico elaborado por la empresa PROYECTOS ESPECIALES PACIFICO S.A., así como para que se encargue del desmontaje, traslado, montaje y puesta en servicio de los grupos Turbogas de la Central Térmica de Mollendo a la localidad de Independencia – Pisco. Anteriormente la operación de la CT Mollendo se efectuaba utilizando como combustible el Diesel. Las unidades Turbogas son de marca Alstom modelo PG6561(B),

TGM1-A

y

TGM1-B,

cuyas

potencias

efectivas

son

respectivamente 35,2 MW y 35,8 MW, las cuales son turbinas del tipo industrial para trabajo pesado. Para su arranque utilizan motores Diesel las cuales se mantienen encendidos por un lapso de aproximadamente 15 minutos.


111


4.2. UBICACIÓN DE LA CT PISCO Se halla situada en la localidad distrital de Independencia de la Provincia de Pisco del Departamento de Ica, a la altura del kilómetro 240 de la autopista Panamericana Sur, ingresando 20 km por la autopista de Los Libertadores hacia el piedemonte; el terreno que ocupa, es colindante con la SET Independencia de 220 kV de REP, con la que configura un perfil de tres explanadas artificiales, correspondiendo las dos más bajas a la Plant a Térmica de EGASA (Fig. 15), cuya explanada superior de menor área ha sido destinada al patio de transformadores de potencia y la explanada inferior más amplia a las instalaciones de los dos grupos Generadores con los edificios de Control, Taller, Oficinas y Estacionamiento. El área destinada al Patio de la CT Pisco está a una cota media de 311m y tiene un desnivel intermedio entre terrazas de aproximadamente 1,7m (corte y talud) mientras que el desnivel ascendente en relación a la terraza de la SET Independencia de REP es de 2,4m ; de ese modo la superficie total que ocupa la Planta es de 28000 m2, de los cuales se destinan 6,091 m2 a las instalaciones y 4,551 m2 a la red de puesta a tierra. La zona del proyecto es netamente rural pero se beneficia con el paso de la autopista de Los Libertadores que es de penetración a la sierra central por el lado de Castrovirreyna; la zona recibe asimismo el servicio eléctrico desde la SET Independencia.


112


C.T. PISCO - EGESUR

SET INDEPENDENCIA REP

C.T. PISCO - EGASA

VIA LOS LIBERTADORES KM 20

Figura 15: Ubicación de la C.T.PISCO

4.3. CARACTERISTICAS DEL SUELO. El Suelo superficial que involucra las profundidades usuales de instalación de armados de Puesta a Tierra, mereció las apreciaciones litológicas y geoeléctrica, realizadas durante la inspección de campo que permitieron examinar los cortes del suelo y hacer las medidas Wenner para determinar las resistividades. En la zona el espesor del material terroso que descansa sobre el basamento rocoso impermeable es grueso y se intercala con pedrería heterométrica; el suelo que forma el estrato superficial en la terraza alta del patio tiene un espesor inferior a 1,0m su conductividad se asocia a la humedad ambiental

(>250Ω.m), presenta una matriz terrosa seca con predominio de arenas eólicas JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

113


y gravillas intercaladas con escasos finos y delgadas capas de limos. El estrato subyacente mantiene su condición seca de conglomerados terrosos en los que predominan las arenas finas y gravillas con intercalados heterométricos de piedras dado que no se percibe napa freática a profundidades próximas, por tanto su resistividad creciente (>250 Ω.m), no es de por sí favorable para la dispersión de las corrientes eléctricas de falla previsibles hasta de 16kA. Para revertir dicha condición de suelo poco conductivo, se ha previsto en primer lugar que el enterramiento del conductor tenga la profundid ad necesaria para contrarrestar su alta permeabilidad y luego tratar y acondicionar la pequeña zona de suelo natural del entorno alrededor del conductor de Puesta a Tierra con un tratamiento y un relleno conductivo naturales y de alta eficacia.

4.4. CONDICIONES DEL MEDIO AMBIENTE EN LA ZONA. La zona del Estudio está situada a una cota próxima a los 311m, sobre la amplia explanada suavemente ondulada que desde el litoral a renoso se interna hacia los contrafuertes de la cordillera occidental que está lejana; se trata de un terreno que forma parte de una antigua planicie con algunos pequeños cursos de agua que actualmente propician la agricultura dispersa. Las condiciones del Medio Ambiente, están definidas por la situación geográfica del sitio, que por hallarse próximo al nivel del mar es sumamente cálido y seco especialmente en los meses de verano, en éste caso la influencia de la corriente marina fría de Humbolt determina mayormente la condición del clima invernal que solo es un poco menos cálido y con nubosidad; en general, las condiciones imperantes se manifiestan con los siguientes parámetros expresados en valor medio:


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Temperatura Ambiente del aire a la sombra Época de Verano, Octubre-Mayo Época de Invierno, Abril-Setiembre

22 °C, máxima 33 14 °C, máxima 26

Temperatura del Suelo a 0.5 m

21 a 25 °C

Presión Barométrica (tiempo calmo)

740 mm Hg

Humedad Relativa diurna del Aire: -

Época de Verano, Octubre-Mayo

65 %, máxima 75 %

-

Época de Invierno, Abril-Setiembre

75 %, máxima 100 %

Vientos Predominantes del S-O y O Velocidades Normales Ráfagas rápidas ocasionales

2 a 6 km/h 8 a 18 km/h

4.5. CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE PUESTA A TIERRA. Las características de las instalaciones de Puesta a Tierra a ser ejecutadas para la C.T. Pisco, son similares a las de cualquier Red mallada de Alta Tensión enterrada a pequeña profundidad de 0,8 m; se halla al interior de un terreno amplio y cercado donde el área total disponible es de 6,175m2, que incluye la explanada alta donde se hallan los Transformadores de Potencia y la explanada baja donde actualmente están instalados lo s dos grupos térmicos y edificio eléctrico que ocupan 1,624m2, por donde no pasarán las hileras de conductores, lo cual deja un área efectiva de 4,551m2, para la instalación de la Red de Puesta a tierra que tendrá conductores de Cobre de 107 mm2 (4/0 AWG) de sección en dos niveles sobre terrazas sucesivas con una diferencia de cota de 1,5m y que se hallan por debajo del nivel de la actual SET Independencia en 220 kV. En ambas terrazas el mallado principal al interior de la Red de Puesta a Tierra, tendrá una distancia de >= 5.0 m, entre las hileras de conductores de Cobre de cada cuadrícula, contando con que la periferia del área cubierta ha sido dotada con un mallado más denso atendiendo a la necesidad del control de los JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

115


potenciales de Toque y de Paso, de tal manera que al dispersar 16 kA dichos gradientes se mantengan por debajo de los potenciales admisibles. El armado de la Red será asimismo resistente a los esfuerzos electrodinámicos que crean las corrientes de falla que se dispersan o concentran y presentara la mínima resistencia eléctrica al paso de dichas corrientes, por cuya razón se ha previsto que todas las conexiones y empalmes entre conductores se hagan con soldadura moldeada del tipo exotérmica; en el Anexo 2 se detalla el procedimiento de ejecución de dicha soldadura; asimismo para que el desempeño de la Red al dispersar elevadas corrientes de frecuencia industrial no derive en el desecamiento del suelo local, se ha optado por la instalación del conductor en medio de un lecho terroso de mezcla conductiva neutra, alojado en el suelo local previamente impregnado de humedad en un volumen tal que la influencia de los parámetros del medio ambiente externo no se impongan a través del tiempo.

4.6. CRITERIOS Y NORMAS TÉCNICAS APLICADAS Tratándose de la Normativa Técnica aplicable, legalmente solo las denominadas Normas reglamentarias tales como el Código Nacional de Electricidad (CNE), u otras de origen oficial que emite el Sector Energía y Minas, son de carácter obligatorio en el país, mientras que los demás

documentos denominados “Estándares”, que circulan con el apelativo incorrecto de “Normas” (IEEE, IEC, ASTM, VDE, etc) y que básicamente constituyen recomendaciones de la buena práctica profesional, se aplican ampliamente por su total aceptación a nivel internacional y especialmente ante la falta de soluciones puntuales de la propia ingeniería. En el diseño especifico de la malla de la CT Pisco de ha tomado el estándar IEEE80-2000 como guía de todo el proceso.


116


4.6.1. Criterio de Selección del método de medida Los métodos de medida más confiables y conocidos son variaciones del método de cuatro electrodos, basado en la teoría propuesta en forma casi simultánea por Frank Wenner (1915) y por Conrad Schlumberger (1912), que parten del Principio de Caída de Potencial. De otro lado, en la literatura especializada existen asimismo valores tabulados de Resistividades típicas del suelo según su composición geológica (Tabla 7); dichos valores deben ser usados solo como una aproximación teórica inicial, requiriéndose siempre de medidas de campo, que en la práctica pueden dar resultados muy diferentes a los valores de Resistividades Referenciales.

4.6.1.1. Ejecución Práctica de las Medidas Durante la Ejecución de la Medida -

Para cada sub-área lotizada se mide la Resistencia (R a) en cada Líneas de Medidas para distancias (a) de 0.5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 6 m, 8 m y12 m, pudiendo obviarse la última medida de 12 m de encontrarse limitaciones de acceso en el terreno.

-

Con las Resistencias (Ra) medidas se calculan las Resistividades Aparentes (ρa) para cada distancia (a); si éstas resultasen muy altas, pueden tomarse medidas a 16 m, 20 m, y hasta 30 m.

-

Todo cambio brusco en la tendencia creciente o decreciente de los valores de Resistividad Aparente ( ρa) representan la presencia de medios u objetos de distinta Resistividad que se hallan en el subsuelo, como vetas de mineral, napas freáticas, rocas emergentes, cenizas, etc.

-

En caso de haber una discordancia significativa entre los valores de las dos líneas de medida para las mismas distancias de sondeo (a), pueden tomarse


117


medidas adicionales en una o hasta dos Líneas de Medida diagonales. Algunos Telurómetros digitales requieren que el operador introduzca en cada medida de Resistencia (R a) la nueva distancia (a), con lo cual calculan y dan como resultado la Resistividad Aparente ( ρa). Normalmente, los valores de las Medidas de Resistividad tienen una precisión de alrededor del 3%; raramente alcanzan el 1% de precisión in cluso con el uso de equipo sofisticado, debido a las corrientes parásitas en el suelo y al error natural de sensibilidad del equipo de medidas.

4.6.2. Criterio de Selección y Descripción del Método de Diseño a Adoptarse Ante la ausencia de normas o recomendaciones técnicas que abarquen el cálculo de Redes de Puesta a Tierra en nuestro medio, se ha comparado los Estándares Internacionales IEEE 80-2000 e IEC 479-1. El Estándar IEEE 80-2000 es ampliamente aplicado en Estados Unidos, el Perú y otros países del mundo, mientras que el Estándar IEC 479-1 es menos utilizado debido a que está en proceso de elaboración y falta com pletar algunos tópicos. No obstante, ambos estándares presentan métodos de cálculo que garantizan límites de corrientes admisibles por el cuerpo humano al producirse en el suelo de la instalación potenciales de Toque y Paso debido a la dispersión de corrientes de falla por la red, por lo cual se elaboró un cuadro comparativo con sus principales características.


118


Tabla 13. Comparación de los estándares IEEE 80-2000 e IEC479-1

Concepto

IEEE 80-2000

IEC 479-1

Cuatro (1961, 1976, 1986 y

Ediciones

2000)

Resistencia Eléctrica del Cuerpo Humano

Depende del Voltaje y

1000 Ohms

recorrido de la Corriente

Uso de Corrección por Gráfico o Ecuación con hS, ρ, CS y ρS Grava Superficial 1.5CSρS para Resistencia

Equivalente

Thevenin

Dos (1984, 2007)

Potencial

No hay guía de

Toque

No hay guía

6.0CSρS para Potencial de Paso Ecuaciones simplificadas Potenciales de la Red

Ki Km LT IG , o uso de modelos No hay guía computacionales sugerido

0.116 /√ t par a personas de 50 Corriente Permisible

kg

Curvas independientes

por el Cuerpo Humano

0.157 /√ t para personas de 70

del peso de la persona

kg

De los dos estándares revisados, el Estándar IEEE 80-2000 es el que respaldado con una amplia experiencia técnica, presenta el procedimiento de cálculo más evolucionado, completo y simple, sin comprometer la seguridad en el diseño, consignando asimismo todas las ecuaciones y fórmulas aproximadas requeridas por el ingeniero, por lo cual lo aplicaremos en el diseño de Redes de Puesta a Tierra. Esta metodología se utiliza típicamente para el diseño de mallas de puesta a tierra con las siguientes especificaciones: - Geometría

cuadrada, rectangular, en L o en T.

- Distancias

de separación entre conductores paralelos entre 3 m y 15 m.

- Profundidades - Calibre

típicas de la malla entre 0,5 m y 2,5 m.

de conductores típico entre 2/0 AWG y 500 kcmil.

- Tamaño

de la retícula interna de la malla uniforme.


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- Se

pueden incluir electrodos verticales (varillas) siempre y cuando estén

ubicadas uniformemente en la periferia o en el área total de la malla.

4.7. Geometría del Reticulado El cálculo de la Red de Puesta a Tierra se inicia escogiendo la forma y dimensiones de malla a adoptarse, pudiendo ser regular (cuadrada), irregular (rectangular, triangular u otra) o mixta (mallado combinado). Generalmente se escoge el reticulado de malla cuadrada, rectangular dado que: a.

Pueden ser calculados utilizando métodos de cálculo manual con una aproximación aceptable y variando un menor número de parámetros durante las aproximaciones del diseño.

b.

Existe una mayor experiencia descrita en bibliografía disponible para el cálculo y verificación de los resultados.

Los reticulados irregulares o mixtos, generalmente para áreas o patios muy grandes con superficies de cobertura irregular o bien de diferente Resistividad del Suelo y presentan ligeramente mejor desempeño que los reticulados regulares a igual número de mallas y longitud de conductor; no obstante, un modelamiento confiable de éstos requiere del uso de programas computacionales de cálculo.

4.8. INSTALACIONES DE LA RED DE PUESTA A TIERRA La red de Puesta a Tierra tiene una forma rectangular, en la que un 36% de su cobertura total representa la superficie de la explanada alta donde se hallan los Transformadores de Potencia y el resto pertenece a la explanada baja a un desnivel de 1,5m donde están instalados los Grupos Térmicos con sus auxiliares y la sala de mandos; de los 4551m2 de cobertura directa de la red.


120


4.8.1.

Los Electrodos de Puesta a Tierra

Las características de las instalaciones electromecánicas de Puesta a Tierra a ser ejecutadas para la C.T. Pisco, Pisco , son similares a las de cualquier Red mallada de Alta Tensión, está conformada por conductores de Cobre con una longitud efectiva de 2330m formando un mallado cuyo lado es > 5m el cual incluye electrodos verticales.

4.8.1.1. Electrodos de Instalación Horizontal Están conformados por conductores de Cobre desnudo de temple blando y de 107 mm2 de sección (4/0 AWG), con 19 hebras de 2,68mm de diámetro, que están dispuestas en tres capas concéntricas; dichos conductores forman una cuadrícula regular con una periferia estrecha para el suave declive de los potenciales durante falla. El reticulado re ticulado se arma mediante conexiones cruzadas en la parte interior y con conexiones en derivación en la periferia y de ese modo se instala en medio de un relleno especificado, en zanjas previamente tratadas con impregnación.

4.8.1.2. Electrodos de Instalación Vertical Se trata de varillas de Cobre duro de dimensiones usuales; largo 2,4m, diámetro 13mm, que serán instaladas en seis aterramientos ubicados en las esquinas de la Red de Puesta a Tierra y en los transformadores de potencia que servirá para aterrar el neutro. Dichos electrodos se instalan en pozos excavados y preparados con previo tratamiento de impregnación en el fondo, de modo que una parte de la varilla se pueda clavar y la parte restante pueda instalarse con un rellenado moldeado en medio del relleno de la tierra de sitio.


121


4.8.2. Los Tratamientos del Suelo El terreno de la CT Pisco, tiene un suelo con mínimos contenidos de humedad y de sales naturales, por cuya razón es de por sí desfavorable para la dispersión de corrientes de falla de cualquier magnitud (exige mucho conductor enterrado), por lo que a partir de la interpretación de los datos de medidas de resistividad y la caracterización del suelo en modelo estratificado, resulta necesario revertir dichas carencias, acondicionando el suelo local en la pequeña zona de enterramiento del conductor de la Red de puesta a Tierra.

4.8.3. La Impregnación del Suelo El tratamiento de impregnación del suelo se hace en el fondo de las zanjas o surcos largos, para propiciar la circulación de las corrientes que dispersan las hileras de conductor de la Puesta a Tierra; se basa en la reimposición de humedad y contenidos salinos ausentes o adicionales, mediante el vertido directo de una solución salina, de modo que sea absorbida totalmente por el suelo, antes de continuar con el proceso de instalación.

4.9. CONSERVACIÓN DE LA RED DE PUESTA A TIERRA Las características naturales del suelo, que en este caso presentan un estrato superficial delgado y permeable de arenas eólicas intercaladas con escasas arenas finas o limos, todo ello en un contexto seco sin recarga de humedad, ha determinado que se utilice un relleno con aporte de tierra externa menos permeable y con más finos higroscópicos, en tal forma de asegurar un futuro comportamiento estable en la función de la dispersión de corrientes, sin requerir de otras iniciativas i niciativas de conservación, que llegado el caso podrían ser solamente de humidificación desde la superficie del Suelo que cubre las hileras.


122


4.9.1. Conservación de las Conexiones Subterráneas En cuanto al desempeño de los empalmes y conexiones conexiones de subida, en la parte subterránea, también es menester indicar que al haber sido diseñados para su ejecución por soldadura exotérmica a alta temperatura y utilizando material de aporte galvánicamente compatible, no será necesario en el futuro, hacer inspecciones de verificación del estado de su conductividad.

4.9.2. Conservación de las Conexiones Externas Los empalmes externos de los conductores de las mechas de conexión de la Red de Puesta a Tierra con las instalaciones de superficie, al ser de presión (perno –tuerca) con grasa conductiva en la interfase, serán objeto de inspección anual por muestreo aleatorio, mediante la medida de la Resistencia de contacto; no obstante para mantener su idoneidad por largo tiempo en forma duradera y segura, se recomienda renovar la grasa conductiva cada 4 años en las interfase de ajuste y al exterior de las grapas.

4.10. ACTIVIDADES ADICIONALES El tendido de la Red de Puesta a Tierra y la instalación de sus salidas de conexión es externas y los recorridos de apantallamiento en las canaletas, involucran un gran número de componentes principales, materiales e insumos; anticipadamente las labores de construcción tienen como principal actividad las excavaciones de las zanjas y su respectivo tratamiento y rellenado. Se complementa la instalación de la Puesta a Tierra, con la aplicación de la carpeta superficial de grava, que en este caso tendrá como única capa, piedra picada nueva de tamiz (1.5 ” a 2”) que será adquirida para cubrir un espesor de 0.15 m de profundidad, sobre las áreas no cubiertas por las pistas ni losas; su aplicación se hace de preferencia pr eferencia sobre Suelo apisonado con humedecimiento previo.


123


CAPITULO V ESPECIFICACIONES ELECTROMECANICAS Y METODO DE PRUEBA DE LA MALLA A TIERRA 5.1. FORMA DE INSTALACIÓN DE LA RED DE PUESTA A TIERRA. Los electrodos que conforman el armado de la Red de Puesta a Tierra, son principalmente conductores horizontales, los cuales tienen la finalidad de controlar los Potenciales de Toque y de Paso en toda el área de cobertura de la instalación.

5.1.1. Electrodos Horizontales Están conformados por conductores de Cobre de temple blando, de alta pureza y desnudo de 107 mm 2 de sección (4/0 AWG), con 19 hebras de 2.68mm de diámetro, que están dispuestas en tres capas concéntricas, dichos conductores se disponen en forma de una cuadrícula irregular cuyo lado varía entre 5 y 6 m, teniendo la periferia subdivisiones calculadas para el suave declive de los potenciales de falla incluyendo idéntico efecto en las esquinas. Dicho reticulado se arma mediante conexiones cruzadas en la parte interior y con conexiones en derivación en la periferia y de ese modo se instala en una zanja previamente tratada con impregnación, en medio de un relleno especificado, en el fondo de las hileras de zanjas, desde donde emergen hacia la superficie mechas para la conexión de las partes ya previstas del equipo (neutros y masas energizables) y de la infraestructura eléctrica (masas pasivas y periféricas).

5.1.2. Electrodos verticales Se trata de varillas del tipo copperweld de dimensiones convencionales; largo 2,40 m, y diámetro 13mm, que instaladas en puntos de aterramientos puntuales, están destinadas a formar parte de la Red de Puesta a tierra. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

124


Dichos electrodos se instalan en pozos excavados y preparados con previo tratamiento de impregnación en el fondo, de modo que una parte de la varilla se pueda clavar en el fondo y la parte restante pueda instalarse y beneficiarse de un rellenado moldeado en medio del relleno de la tierra de sitio.

5.1.3. Mechas de Subida para Conexión Externa Se utilizaron segmentos de conductor desnudo, en este caso de la misma sección que el conductor de Puesta a Tierra, que estando conectadas a la Red de Puesta a Tierra, emergen hacia la superficie para posibilitar la conexión aérea más directa y sólida de los Neutros de los Transformadores, las bajadas de Pararrayos, las masas energizables de los equipos y las masas inertes y periféricas del resto de las instalaciones del sistema eléctrico y de su infraestructura.

5.1.4. Conexiones con Soldadura Exotérmica Son enlaces de diferente índole y con carácter sólido y permanente, entre electrodos de Puesta a Tierra, entre conductor- conductor, entre superficies de sección circular y plana etc, los mismos que sirven para el armado del electrodo reticulado y sus auxiliares y accesorios de instalación. La ejecución de una conexión exotérmica debe ser realizada por personal experimentado que proceda primero con una prueba inicial con el respectivo corte y observación de las masas metálicas soldadas que no deberán tener ni burbujas ni escoria, es decir se requiere asegurar que la fusión de un material intermedio al envolver los extremos de conductor, se difunda superficialmente en las partes destinadas a quedar soldadas; en otras palabras el calor local debe propiciar en dicho punto un alto índice de fusión, para obtener la mínima resistencia eléctrica, así como la rigidez mecánica necesaria para soportar los esfuerzos mecánicos y por último un comportamiento galvánico no favorable a la corrosión. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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En el Anexo 2 se describe el procedimiento para realizar soldadura exotérmica.

5.1.5. Relleno Conductivo Es un preparado compuesto en el presente caso, por tierra fina neutra de aporte externo en calidad de matriz principal (sin piedras ni arenas), junto con tierra fina selecta del sitio (sin piedras ni arenas) como matriz complementaria y sólo Bentonita Sódica como matriz aglutinante, conductiva, higroscópica y neutra, las cuales se mezclan por remoción primero en seco por ser menos laborioso, para luego ser aplicada dicha mezcla, con abundante agua hasta su saturación formando un lecho de argamasa. El espesor de éste relleno en el fondo de las zanjas debe ocupar en forma aproximada un alto no mayor de (0.3 m); en éste caso el Contratista deberá estimar la forma más conveniente en función de la limpieza y comodidad de las tareas de tendido, corte, entorchados y soldadura que se relacionan al conductor; puede ser aplicado de distintas maneras según se elija como más eficiente y conveniente para la instalación idónea:

a. Aplicación en dos Capas Una forma puede ser aplicar el relleno conductivo en dos etapas, como dos medias capas de 0,15m de espesor, de modo que después de la primera, se pueda tender el conductor ya preparado con sus uniones soldadas y mechas, en el eje longitudinal (al centro) de la zanja, para luego aplicar la segunda media capa.

b. Aplicación Después del Conductor También se puede aplicar el relleno conductivo una vez que el conductor ya estando preparado con sus uniones soldadas, yace tendido en el eje longitudinal (al centro) de la zanja, apoyado parcialmente a intervalos de unos 4 m, sobre bloques de tierra (adoquines) en posición horizontal, dicho modo JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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dispensaría de los cuidados de no afectar la limpieza al momento de realizar las uniones soldadas. Una forma no recomendable es tender en el fondo de la zanja, primero el conductor ya preparado, para luego proceder a aplicar todo el espesor de 0,3m de Relleno Conductivo y finalmente levantar el conductor a través del relleno

5.2. ESPECIFICACIONES

PARTICULARES

DE

MONTAJE

ELECTROMECÁNICO La parte que corresponde al Montaje Electromecánico, asociada mediante un Plan de Trabajo a la instalación de la Red de Puesta a Tierra, se relaciona al inicio, con la tarea de Construcción Civil de aplicación del relleno conductivo en el fondo de las zanjas que ya han recibido el tratamiento de impregnación; ésta es la condición para que la zanja ya con dicho lecho terroso húmedo acoja al conductor, es decir propiciando un entorno dispersor y que le preserva del medio que puede ser agresivo.

5.2.1. Características de la Red de Puesta a Tierra Las características de las instalaciones electromecánicas de Puesta a Tierra ejecutadas para la C.T. PISCO, son similares a las de cualquier Red mallada de Alta Tensión, está conformada por conductores de cobre con una cobertura efectiva de 4551m2. La Red principal tiene un mallado cuya distancia de lado es >5m entre hileras de conductores de Cobre, contando con que la periferia del área total tiene un mallado de suave declive para los potenciales de Toque y de Paso, de tal manera que al dispersar 16 kA dichos gradientes se mantengan por debajo de los potenciales admisibles.


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5.2.2. Consistencia del Armado de Puesta a Tierra El armado de la Red es muy resistente a los esfuerzos electrodinámicos que crean las corrientes de falla y debe presentar la mínima resistencia al paso de dichas corrientes, por cuya razón se ha previsto que todas las conexiones entre conductores se hagan con soldadura moldeada del tipo exotérmica; asimismo el desempeño de la Red al dispersar elevadas corrientes de frecuencia industrial no deriva en el desecamiento del suelo local, por cuya razón se ha adoptado por una instalación del conductor en medio de un lecho terroso de mezcla conductiva neutra e higroscópica, alojado en el suelo local previamente impregnado de humedad a una profundidad tal que la influencia de los parámetros del medio ambiente externo no se hagan muy notorios a través del tiempo.

5.2.3. Condiciones para el desempeño conductivo del suelo El área del terreno de la C.T. PISCO, tiene una ubicación cuyo suelo presenta contenidos mínimos humedad y de sales, por cuya razón en estado seco es de por sí desfavorable para la dispersión de corrientes de falla de cualquier magnitud (exige mucho conductor enterrado) que constituyen una de las condiciones que impone el desempeño futuro de la Red de Puesta a Tierra, por lo que a partir de la interpretación de los datos de medidas de Resistividad y la caracterización del suelo en modelo estratificado, resulta necesario revertir

dichas

carencias

con

impregnación

dosificada

de

sales,

acondicionando el suelo local en la pequeña zona de enterramiento del conductor de la Red de puesta a Tierra, dándole un entorno conductivo que puede alcanzar un radio de unos 0,35m alrededor de su nivel de instalación. El tratamiento previsto para el suelo local en las vecindades del conductor enterrado resulta sin embargo insuficiente desde el punto de vista eléctrico, si se tiene en consideración que el conductor presenta una pequeña superficie de dispersión; mientras que contrariamente el entorno inmediato podría resultarle potencialmente agresivo desde el punto de vista electrolítico; ante JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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ésta situación, la posibilidad de mejorar dicho contexto con gran ventaja en los dos aspectos es con el acondicionamiento en el fondo de las zanjas, de un lecho de mezcla terrosa neutra, más conductiva que la tierra nat ural local. De ese modo se logra que el tendido del conductor horizontal, se hagan en tal forma que el fenómeno de la dispersión de las corrientes en el suelo se cumpla de modo eficiente y las condiciones del medio en la periferia y vecindades del conductor, propicien un entorno húmedo, compacto, neutro y durable , para lo cual también se previo que el relleno que cubre ese lecho < tierra fina húmeda del sitio>, alcance un espesor de 0.3 m adicionales estando apisonada para asegura su compacidad, para aplicar finalmente el rellenado de acabado con la tierra común del sitio.

5.3. ORDEN ESTRATÉGICO DE LA INSTALACIÓN ELECTROMECÁNICA Se considera que lo principal de la estrategia de obra constituye en este caso el punto de partida del tendido de las hileras de conductor al interior de las zanjas vacías, teniendo en consideración que en el fondo de las mismas, se ha impregnado un pequeño volumen del suelo con una solución salina, para dotarle de una aptitud conductiva, por lo que en lo posible es preferible no propiciar que partes del conductor que deben ser soldadas tengan contacto directo con dicha tierra impregnada; en cuanto al resto del conductor que finalmente será envuelto por la mezcla conductiva neutra, los residuos salinos serán neutralizados y difundidos minimizando su agresividad; según ello se estima el siguiente orden estratégico para la instalación por hileras paralelas de un mismo sentido y luego las hileras paralelas en el sentido perpendicular, teniendo ya soldadas las mechas de conductor debidamente protegidas en los cabos, con entorches de cinta plástica.

a. Colocación y Corte de Conductor en Hileras Paralelas. El conductor para cada zanja, fue desenrollado y medido en forma simultánea, dándosele la longitud que le corresponde en el plano, a la cual se agregara una longitud adicional equivalente al 1% para expansión sísmica; luego será JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

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colocado al borde de la zanja para proceder al corte.

b. Señalado y protección de los puntos para conexión soldada Estando el conductor en el borde de la zanja, se hace el señalado con cinta plástica amarilla en todos los puntos en los que se protegerán con entorche (0.5 m de longitud), empezando por los dos extremos y luego en los tramos intermedios destinados a la conexión por soldadura exotérmica, ellos se ubican en cada uno de los cruces y puntos de salidas de mechas.

c. Rellenado de base con Relleno Conductivo en el fondo de zanja En el interín de la tarea de soldado exotérmico de las mechas y desde el otro lado de la zanja, se procede a aplicar el relleno conductivo de base en el fondo de zanja, sin comprender en ésta tarea (en una longitud de 0.5 m), los intervalos de cruce para la conexión soldada con los conductores de las zanjas perpendiculares.

d.

Tendido de la hilera de conductor sobre el Relleno Conductivo

Después de haber colocado los apoyos de pedazos de adoquines de tierra cruda, tanto en el cruce de las hileras (que no tienen Relleno Conductivo) como en medio tramo de cada cuadrícula (en medio del Relleno Conductivo), se inicia el tendido del conductor bajándolo desde uno de los extremos y colocándolo en el fondo de la zanja. La ubicación del conductor sobre el relleno conductivo se hace formando una sinusoide muy suave de modo que no toque las paredes de la zanja; dicha modalidad permite utilizar la longitud adicional destinada a la expansión sísmica.

e. Rellenados complementarios sobre el conductor instalado Se procede a los retoques del Relleno Conductivo sobre el conductor que aún no se ha embutido en la argamasa y permanece visible, luego de lo cual en cada tramo de las cuadrículas, se hace el rellenado con un espesor de 0.3 m, para luego aplicar la capa de Relleno de Tierra Fina o selecta y la capa de Tierra Común, con sus respectivos apisonados, hasta la superficie del suelo. JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

130


En éste caso el proceso de rellenado no se hace en el punto de cruce de las hileras, donde el conductor ya tendido está protegido por el entorche y colocado sobre el ladrillo que le corresponde; dicho punto queda hueco en espera de la excavación perpendicular.

f.

Impregnación en la zanja perpendicular a la zanja ya instalada

La excavación de la zanja perpendicular será por tramos entre mallas, de modo que el conductor ya tendido no sea enganchado y quede material en el límite del cruce con la zanja ya tratada, ello permitirá al momento de hacer la impregnación, que la solución salina no invada el punto de cruce en el que se encuentra tendido el conductor entorchado. Si se diese el caso de que el conductor haya sido humedecido, al momento de descubrirlo, se le lavará superficialmente con agua limpia hallándose con el entorchado, el cual sólo se retirará para la conexión exotérmica cruzada.

5.4. MEDIDAS DE VERIFICACIÓN DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Las mediciones se realizarán aplicando la técnica de la caída de potencial con aplicación de la regla del 61.80%, con un Telurómetro de 1470 Hz, conforme a la IEEE 81 de 1983, inciso 12.6. La Norma IEEE - 81, señala la metodología de trabajo para medir resistencia de puesta a tierra mediante este método que es útil para la mayoría de casos.


131


Figura 16 : Método Caída de Potencial

Calcular la distancia del mayor electrodo en la malla de puesta a tierra: “d” La pica de mayor distancia (xi=6.5*d = L) La pica de menor distancia (xp=61.8% * L)

Figura 17: Conexionado del telurómetro -

Se verificara que el Telurómetro cuente con Certificado de Calibración vigente y en buenas condiciones.

-

Verificar el estado de los cables, limpieza de las estacas a utilizar. Limpieza del lugar a realizar la medición, y la limpieza de los conectores.


132


-

Verificar el estado del equipo de medición (telurómetro) y estado de batería. (Calibración vigente)

-

Limpiar el punto a medir (barra).

-

Extender el cable del terminal C a una distancia “L” metros, clavar la estaca y realizar la conexión al cable asegurando una buena conexión.

-

Extender el cable del terminal P a una distancia “L x 68.1%” metros, clavar la estaca y realizar la conexión al cable asegurando una buena conexión. Las estacas y el pozo a tierra tienen que estar en línea recta.

-

Conectar el terminal (color verde) a la barra de pozo.

-

Conectar los cables “Rojo, Azul, Verde” al equipo de medición. (Verificar que estén conectados en los terminales correspondientes).

-

Poner el telurometro a una escala adecuada y presionar START y esperar a que la lectura del telurómetro sea estable.

-

Si suena la alarma acústica significa que existe alguna anormalidad en el cableado de las jabalinas que Impide circular la corriente de medición (eventualmente, la razón puede ser una resistencia de difusión exageradamente elevada en la jabalina de corriente) revise la instalación para subsanar la dificultad.

-

Después de tomar una lectura sacar la estaca del cable azul y realizar el mismo procedimiento variando su ubicación de acuerdo al cuadro.

-

Repetir la secuencia de medición y tomar las lecturas correspondientes.

-

Con los valores obtenidos se realiza la curva de medición y se toma el valor


133


donde la curva se forma estable.

5.5. MEDICIÓN DE LOS POTENCIALES DE TOQUE Y PASO Generalmente precedidas por la medida de la Resistencia de Dispersión al requerir ambas similar fuente de alimentación y configuración del circuito de corriente, así como por ser necesario conocer tanto los Potenciales de Toque y Paso juntamente que la R PAT para determinar si la Red puede dispersar sin peligro elevadas corrientes de falla o rayo. Se aplica el principio de Caída de Potencial, con un esquema de cableado fijo para el Circuito de Corriente (C 1C2 = d) similar al de la medida de la R PAT Dispersión y tomando las mismas consideraciones sobre la distancia del circuito de corriente (d) y el valor de la corriente (I) a emplear en la medida. Las medidas con instrumentos en estos casos sólo son representativas cuando la red de puesta a tierra se halla desenergizada y no ha sido conectada a las bajadas de los equipos de superficie; de otro modo la medida exige la inyección de mayor corriente que la de un instrumento portátil; en algunos casos puede ser suficiente desconectar los neutros y los cables de guarda.

Figura 18: Circuito de Medidas Tensión de toque y paso


134


a. Acciones Previas a la Ejecución de la Medida 

En caso de realizarse esta medida inmediatamente después de la Medida de la RPAT, sólo tendrá que desconectarse el electrodo (P 2) y replegar y modificar el Circuito de Medida de (V), para medir los E T y EP.



Se conecta un Voltímetro de bajas escalas (mV) entre los electrodos móviles P1 y P2, que al ser de alta Resistencia interna deben ser adaptados mediante una resistencia más baja que puede ser de hasta (1kΩ) en paralelo para mejorar la estabilidad de las medidas.



Preparar un Mapa de Puntos de medida a partir del plano de instalación: 

Considerando trayectorias según ejes de simetría (longitudinal, transversal, radial), en partes típicas de preferencia libres ó despejadas, y puntos alrededor de equipos.



Para redes asimétricas, el mapa se elabora para medidas en las localizaciones libres y en los principales puntos obligatorios de trabajo ó de tránsito de las personas.



Se trazan en el suelo las líneas directrices de medida y se ubican en ellos los puntos de toma de las Diferencias de Potencial, tanto aquellos que corresponden al armado de las PAT como aquellos que se desean verificar en localizaciones especiales.

b. Acciones Durante la Ejecución de las Medidas 

Se tomaron las mismas consideraciones descritas en la ejecución de la Medida de la RPT respecto a la Corriente de Medidas y el tiempo de duración de la misma para cada medida.



Utilizando electrodos planos con una superficie de 10 x 20 cm (S 200 cm2), la base de éstos deberá contar con un paño húmedo, teniendo un lastre mínimo de 25,5 kg (250 N) para mejorar el contacto con el suelo, que puede ser superado por el peso de una persona sobre cada electrodo (> 50 Kg), repartido en partes iguales. Se miden los Potenciales de Toque en el Suelo conectando el voltímetro a la masa metálica de cualquier aparato instalado


135


conectado a Tierra, o desde un terminal proveniente de la Red, y a un electrodo plano situado sobre un punto señalado previamente en el mapa, o bien situado a 1.0 m de distancia. 

Se miden los Potenciales de Paso en el Suelo, mediante dos electrodos planos separados 1 metro, localizados sobre las directrices de puntos equidistantes de las hileras de electrodo enterrado de la Red de PAT.



Se deben interpretar los potenciales de toque medidos a 1.0 m de distancia alrededor de equipos o masas voluminosas, tales como el transformador de potencia; dado que no necesariamente representan dicha distancia. Ej. -

Los puntos (A), (B) pese a hallarse a 1.0 m de la carcasa,

representan tensiones de toque no Normalizadas (1.0 m). -

Los puntos (A’) y (B’) se hallan a 1.0 m de la Red de PAT

representa tensiones de toque Normalizadas.


136


CAPITULO VI ESPECIFICACIONES DE LOS SUMINISTROS A UTILIZAR 6.1. ALCANCES Las presentes especificaciones cubren el suministro de los componentes materiales e insumos para la instalación de la Red de Puesta a Tierra de la C.T. Pisco, describen su calidad mínima aceptable, cumpliendo con las prácticas internacionales normalmente aceptadas.

6.2. CONDICIONES DE SERVICIO Y OPERACIÓN Los suministros para la Red de Puesta a Tierra serán instalados enterrados en el suelo a 0,8m de profundidad, en una zanja de 0,9m de fondo, humedecida por tratamiento, para cumplir permanentemente funciones de dispersión de corrientes tanto pequeñas (de fuga, carga), como de bajo valor (inducción, desbalance), y ocasionalmente por breves instantes la dispersión de elevadas corrientes de hasta 16 kA (Falla de 0.5 s), en todos los casos sin desecamiento ni tostado del suelo, estando asociadas a los tres niveles de Alta Tensión de Transmisión y sub Transmisión y de generación 220 kV, 60 kV y 13,8 kV a 60 Hz, y también a los subsistemas de BT propios de los servicios auxiliares de las instalaciones; las condiciones medias previsibles del suelo para el desempeño del sistema de Puesta a Tierra serán las siguientes:   

Humedad del suelo natural :

0.4 %

Humedad del relleno en torno al conductor :

3.0 %

Temperatura del suelo a 0,8m en verano:

20°C


137


6.3. NORMAS APLICABLES Los componentes metálicos de cobre (conductores y varillas de Cobre) cubiertos por las presentes especificaciones, cumplen con las prescripciones de las siguientes Normas. Según la versión vigente a la fecha de presentación de la oferta y en caso de no tener el respaldo específico de una Norma. ITINTEC 370.042

Conductor de Cobre recocido para uso eléctrico

UNE 21-056

Electrodos de Puesta a Tierra

ASTM-B3

Soft or Annealed Copper Wire

ASTM-B193

Resistivity of Electrical Conductor Materials

NTP: 370.056.99

Electrodos de Cobre para Puestas a Tierra

API-13A-1983

Materiales para lodo de Perforación

Las Normas mencionadas a ser aplicadas a dichos suministros, deberán ser de última versión.

6.4. DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES DE LA RED DE PAT 6.4.1. Conductores de PAT Los conductores tanto de la Red de Puesta a Tierra como de las mechas de conexión externa son de Cobre desnudo de alta pureza, temple blando, y conformados por un mínimo número de (19) hebras torzaladas; su sección básica es de 107 mm2 (4/0 AWG. Los conductores examinados para la Red de Puesta a Tierra fueron dimensionados en función de las corrientes previsibles que circularán a través de ellos tanto en el sentido de la dispersión en el Suelo como en el sentido de la concentración hacia los neutros de los Transformadores de Potencia, de otro lado su sección recta que cumple con lo requerido para el desempeño previsto en circunstancia de Falla, ha sido mejorada con un Factor de 1.5 atendiendo a JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

138


las solicitaciones mecánicas de la alta sismicidad de la zona y la corrosividad del suelo, habiéndose finalmente utilizado la sección estandarizada, lo cual da un amplio margen de conservación para el caso de fallas sucesivas y necesidades futuras de conducción adicional. La Red de Puesta a Tierra están conformados por Conductores de Cobre de Temple Blando, de Alta Pureza, desnudos y torzalados, debiendo cumplir básicamente la Norma ASTM B 3-74; se prevé una sección única de 107 mm2, también se utilizaron varillas de Cobre para la Puesta a Tierra dedicada, dicho material cumplio con las especificaciones de las siguientes Normas nacionales en versión vigente. 

INDECOPI: NTP.370.056.99 Electrodos de Cobre para Puestas a Tierra



ITINTEC 370.042 Conductores de Cobre Recocido para el uso Eléctrico.

6.4.2. Varillas de Sección Cilíndrica El material será Cobre desnudo de alta pureza, con superficie li sa y tratamiento térmico para darle dureza y resistencia mecánica en caso de tener que ser clavado parcialmente. Las varillas de instalación vertical han sido previstas como electrodos dispersores adicionales ubicados en la Puestas a Tierra dedicadas, y a proximidad de los nudos de las mallas en la zona de instalación de las mechas hacia edificios de la periferia. En el Perú existe la norma INDECOPI NTP.370.056.99 para varillas ó picas de Sección Sólida aplicables a instalaciones de Puesta a Tierra, las varillas destinadas a la instalación de la Red de Puesta a Tierra cumplieron con dichas estipulaciones, también existen Normas Referenciales como: 

UNE 21-056 Electrodos de Puesta a Tierra


139


Las varillas que cumplen como electrodos de Puesta a Tierra son rectas y de Sección cilíndrica terminada de un lado en una punta cónica a 60° y en la otra extremidad en un corte a 90°; el diámetro especificado en este caso es de 13 mm y la longitud de 2.44 m (equivalente al Estándar Americano de 8 ’)

6.4.3. Moldes de Soldadura Exotérmica Los moldes de grafito para la soldadura en las uniones y empalmes en el cuadrillado de la red Puesta a Tierra y en las subidas de enlace a los equipos y masas de superficie, se utilizan para los diferentes tipos de conexión permanente; el molde permite una reacción de fusión metálica durante algunos segundos bajo una temperatura mucho menor que aquella que se utilizaría con métodos de soldadura oxiacetilénica o eléctrica. La técnica de Termosoldadura constituye actualmente la manera mas simple de lograr la continuidad eléctrica mediante soldadura moldeada de los conductores de Cobre que forman una instalación de Puesta a Tierra, dicho método de conexión con mínima Resistencia Eléctrica, está destinado a soportar elevadas temperaturas hasta por encima de 600 °C y que pueden presentarse bajo circunstancias de falla muy larga o rígida; en tales casos otras soldaduras de menor temperatura pueden fundirse y producir la separación de los puntos soldados o en caso de conexión a presión, al enfriar se produciría una grieta entre las superficies en contacto lo cual origina procesos de corrosión y resistencia eléctrica.

6.4.4. Cartuchos de Carga de Soldadura Está conformada por material pirotécnico pulverulento de alta liberación de energía calorífica, que va mezclada con polvo de una aleación metálica compatible con el Cobre y que se difunde en la estructura superficial de los conductores o de las masas.


140


6.4.5. Bentonita Sódica Es una tierra higroscópica natural y neutra (pH 7), de contextura muy fina en la que normalmente predomina entre otras, una sal estable que puede ser de Sodio, Calcio, Potasio u otra, proviene de los fenómenos de erosión de la intemperie y abrasión de las corrientes de agua ó aire durante las edades geológicas. No es producto de fabricación ni de formulación, tiene usos diversos principalmente en perforaciones rotatorias, confección de moldes y de pastas industriales diversas, se les utiliza también como componente de alimentos y de explosivos ó como aglutinante base para rellenos terrosos de Puesta a Tierra; solo se la tiene que tomar del yacimiento y someterla a un simple depurado de otros sólidos, desmenuzado o remolido, antes del embolsado para su comercialización.

6.4.6. Tierra Limosa Neutra Es una tierra natural que tiene la cualidad de ser mayormente neutra (pH 7) hacia el lado alcalino, su matriz fina a muy fina, con mínimas arenas o areniscas debe ser predominante, por tanto en estado húmedo será plástica, también debe tener de bajos a moderados contenidos salinos con mínima presencia de compuestos de Nitrógeno; su existencia es común en las riberas de los ríos o en los antiguos lechos de río, son el producto de fenómenos de erosión del flujo de agua durante las edades geológicas, no obedece a fabricación ni formulación, tiene usos diversos en el mismo sitio donde se halla, principalmente en agricultura y fabricación de ladrillos, solo se la toma del yacimiento elegido y se la transporta en camiones tolva hasta el lugar de uso.


141


6.4.7. Piedra Picada (Grava) Es una piedra fragmentada mediante proceso de golpe, luego de lo cual es seleccionada mediante un tamizado sucesivo que finalmente excluye todos los guijarros de tamaño superior e inferior al especificado (Ej. 2 pulgadas) que es en este caso el tamaño de tamiz especificado para la grava; la piedra proviene de depósitos aluviales o deluviales y tiene mínimo contenido de sales solubles.

6.4.8. Cloruro de Sodio Industrial Molido o en Grano Es un compuesto químico natural muy estable que se halla en abundancia en zonas geográficas cuyas condiciones geológicas acusan presencia antigua de aguas salobres; se le recoge directamente del suelo ; su contextura es cristalina y según su extracción en las canteras puede conformar bloques de distintos tamaños; para puestas a tierra normalmente se le conoce con la denominación de Sal Común o Sal de Roca, y al estar disuelta en agua constituye una Salmuera o solución salina; su fórmula química es ClNa , su peso molecular de 58.44, normalmente no contiene gases disueltos ni materias extrañas, se le da innumerables usos en la industria; para obtenerlo sólo se lo tiene que tomar del yacimiento y transportarlo.

6.4.9. Materiales Menores Constituyen mayormente materiales e insumos de carácter fungible y de poco monto económico de adquisición así como de uso y manipuleo común; entre los principales que se utilizan en la instalación de las redes de Puesta a Tierra se cuentan la soga de nylon, las cintas de plástico, las cintas adhesivas (de electricista), las bolsas de plástico grueso (especificadas para clavos), el wype de hilo de algodón lavado, la pintura anaranjada, y complementariamente para el uso de dichos materiales menores las cuchillas retráctiles y las brochas de pelo de nylon.


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CAPITULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1. CONCLUSIONES -

Siguiendo la metodología IEEE-80 se logra obtener el valor de RObj solicitado por el cliente, al igual que mantener los valores de las tensiones de toque y paso por debajo de los valores tolerables antes de producir fibrilación ventricular, haciendo así segura la CT Pisco ante una eventual falla, para el personal y los equipos.

-

En la actualidad existen prácticas recomendadas de diseño de redes de tierra específicamente aplicadas al análisis del comportamiento de sistemas industriales. En general como guía de diseño en el presente informe se trabaja con el documento IEEE-80.

-

Siguiendo la metodología IEEE-80 se logra obtener el valor de RObj solicitado por el cliente, al igual que mantener los valores de las tensiones de toque y paso por debajo de los valores tolerables antes de producir fibrilación ventricular, haciendo asi segura la CT Pisco ante una eventual falla, para el personal y los equipos.

-

Comparado con el Estándar IEC-479-I y con métodos computacionales más sofisticados pero de mayor costo, el Estándar IEEE 80-2000 nos brinda el método más simple y completo existente en el medio para el cálculo de Redes de Puesta a Tierra en Subestaciones de Corriente Alterna.

-

Es importante tener un conocimiento de la aplicación de los métodos de medición de la resistividad del suelo, cuando se desea calcular en forma apropiada un buen sistema de puesta a tierra. El desconocimiento de estos nos puede conducir a una mala interpretación de los datos obtenidos, dando lugar a sobre costos en el diseño del mismo o cálculos erróneos que se traducen en un valor final por fuera de las reglamentaciones.


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-

Todavía quedan muchas cuestiones por resolver en la norma IEEE 80 relacionadas con la soportabilidad de corriente del hombre, la caracterización de terrenos por más de dos capas, las limitaciones del método de las dos capas, otras consideraciones sobre la resistividad de la capa superficial en tiempo húmedo, consideraciones probabilísticas sobre la resistividad, la probabilidad de ocurrencia de las peores fallas y su simultaneidad con la presencia de personal en la subestación, la aparición de la tensión de toque máxima en ese momento, el bajo peso de la persona afectada, y la no operación oportuna de las protecciones, consideraciones que probablemente llevarían a un diseño más óptimo.

7.2. RECOMENDACIONES -

Debido a que el sistema de puesta a tierra es de gran importancia para garantizar la seguridad de las personas que laboran en la CT Pisco, se recomienda realizar mantenimientos al menos 2 veces al año que consistirán en rociar agua potable con cisterna sobre el área de influencia, teniendo en cuenta que en épocas de verano la temperatura en la localidad de Pisco sobrepasa los 30°C, siendo perjudicial para el terreno por la evaporación de la humedad contenida en su interior.

-

Dentro del plan de mantenimiento de la CT Pisco deberá incluirse la medición de la resistencia de tierra así como de los valores de tensión de toque y paso, por lo menos una vez al año, para así comprobar que sigue dentro de los valores óptimos de operación.

-

Deberá excluirse el uso de suelos de cultivo tratados con fertilizantes o suelos cultivables con contenidos orgánicos como rellenos al utilizar electrodos de Puesta a Tierra de Cobre, debido a que ocasionarán su destrucción acelerada, con el consiguiente aumento de la Resistencia de Dispersión y los Potenciales de Toque y Paso.


144


-

Se recomienda la utilización de rellenos químicamente neutros y naturales de menor resistividad que la del suelo natural alrededor del electrodo tales como la bentonita para incrementar la capacidad de dispersión de la Red de Puesta a Tierra en suelos de alta resistividad.

-

Para realizar un eficiente diseño del sistema de puesta a tierra, se deberá calcular la corriente de falla que circulará hacia tierra, esto para no sobredimensionar dicho sistema, en el caso del presente informe fue por requerimiento del cliente quien fijo el valor.

-

Para hallar un valor más real de la resistividad del terreno, se recomienda realizar las mediciones en el terreno, antes de realizar alguna construcción, así tener el espacio disponible para realizar la mayor cantidad de medidas, para aproximar a un valor y modelo más cercano al real.


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BIBLIOGRAFIA 1. IEEE STD 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding. 2. IEEE STD 142-1991 (GREEN BOOK) Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 3. ASTM G 57 – 95a Field Measurement of Soil Resistivity Using the WENNER Four – Electrode Method. 4. IEEE Std 81 - 1983 Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System. 5. Tagg, G.F., “Earth Resistances” G. Newnes Ltd. London 1964 pp:13-14, 35-37. 6. Kinderman, Geraldo y Campagnolo, Jorge Mário, “Aterramiento Eléctrico” 1ra edición 2010 Español. 7. Lee Chien-Hsing y Meliopoulos, A. P.; “A Comparison of IEC 479-1 and IEEE Std

80 on Grounding Safety Criteria” Proc. Natl. Sci. Counc. ROC (A) Vol.23, No.5, 199. 8. La Puesta a Tierra de Instalaciones Eléctricas - 1999 Rogelio García Márquez. 9. Problemas de Ingeniería de puesta a Tierra Miguel de la Vega Ortega 10. Fundamentos e ingeniería de las puestas a tierra: Respuesta ante fallas eléctricas y rayos – 2007. German Moreno Ospina 11. Sistemas de Puesta a Tierra: Diseñado con IEEE-80 y evaluado con MEF. Jose Ramirez Castaño – Eduardo Antonio Cano Plata – Colombia 2010.


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ANEXO 1 MODELAMIENTO COMPUTACIONAL CON SOFTWARE ASPIX 1. Introducción Aspix es un software para el diseño de mallas de puesta a tierra de subestaciones eléctricas con base en los requerimientos de la norma IEEE 80 “IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”. Calcula la resistencia de la malla, así como las tensiones de toque y de paso para diferentes disposiciones de cables y de electrodos verticales (varillas). El programa permite simular las mallas de puesta a tierra en terrenos con modelo de resistividad de dos capas.

2. Interfaz La siguiente figura muestra la interfaz proporcionada por Aspix.

3. Creación de un proyecto nuevo Cuando el usuario abre el programa no necesita crear un proyecto nuevo. Si se tiene abierto un proyecto, la opción “New project” cerrará el proyecto actual y creará un proyecto vacío.


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Click sobre el botón

4. Ajustes La opción “Settings” permite ajustar los parámetros de la simulación.

Click sobre el botón

El programa mostrará una ventana de diálogo con los ajustes de la simulación.

Project Name Upper layer resistivity Lower layer resistivity Upper layer thickness JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

Nombre del proyecto actual definido por el usuario. Resistividad de la capa superior del terreno en Ohm_m Resistividad de la capa inferior del terreno en Ohm_m Espesor de la capa superior del terreno en metros 148


Crushed rock resistivity Thickness Crushed Fault duration (s) Maximum grid current

Resistividad de la capa de material superficial (grava). Espesor de la capa de material superficial en metros Duración de la falla a tierra para el cálculo de las tensiones de toque y de paso tolerables Corriente a través de la malla de puesta a tierra en amperios

Escriba el nombre del proyecto y ajuste los parámetros necesarios. Haga Click sobre el botón “Save” para guardar los cambios o sobre “Cancel” para mantener los ajustes actuales.

5. Adición de datos físicos El usuario debe modelar físicamente la malla de puesta a tierra para la simulación. Para el modelo son relevantes los cables o conductores horizontales y los electrodos verticales o varillas.

a. Conductores horizontales Para crear un conductor horizontal nuevo, siga la secuencia que se muestra en la siguiente figura.

Click derecho sobre “Horizontal conductors” Click sobre “ ” El programa mostrará una ventana con los parámetros del conductor.


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Puede asignar un nombre al conductor que quiere adicionar al modelo físico o dejar éste campo (Name) en blanco. Cada conductor horizontal se define por sus coordenadas iniciales (X1, Y1) y coordenadas finales (X2, Y2). El parámetro “h” es la profundidad de enterramiento del conductor y “r” es el radio del conductor. Todas las dimensiones están en metros.

Ajuste los parámetros del conductor y haga Click sobre el botón “Save” para adicionar el conductor nuevo o haga Click sobre el botón “Cancel” para abortar. 6. Electrodos verticales (varillas) Para adicionar un electrodo vertical nuevo, siga la secuencia que se muestra en la siguiente figura.

Click derecho sobre “Rods” Click sobre “ ”


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El programa mostrará una ventana con los parámetros del electrodo vertical.

Puede asignar un nombre a la varilla o dejar éste campo (Name) en blanco. Cada varilla se define por sus coordenadas (X, Y), la longitud “L”, la profundidad de enterramiento del punto superior “h” y el radio “r”. Todas las dimensiones están dadas en metros. Ajuste los parámetros de la varilla y haga Click sobre el botón “Save” para adicionar la varilla o haga click sobre el botón “Cancel” para abortar.

7. Visualización de la malla El programa proporciona vista en dos dimensiones y tridimensional del proyecto. Para mostrar la vista en dos dimensiones haga Click sobre el botón “Plan View”. Click sobre el botón


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El programa mostrará la vista en planta del proyecto. Los conductores se muestran como líneas rojas y las varillas como puntos verdes.

8. Simulación y análisis de resultados Una vez que el usuario ha realizado los ajustes de la simulación, ha modelado físicamente la malla y ha configurado las áreas, puede realizar la simulación. Haga Click sobre el botón “Run”. Click sobre el botón

Para ver la tabla con el resumen de resultados haga Click sobre el botón “Results”. Click sobre el botón


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El programa mostrará la siguiente ventana.

Los resultados corresponden a la resistencia de la malla, la elevación de tensión de la malla (GPR) y las tensiones de toque y de paso tolerables para personas de 50 kg y de 70 kg y las tensiones de toque y de paso calculadas por el programa dentro de las áreas configuradas por el usuario. Para ver la gráfica en 3D de la tensión de toque haga Click sobre el botón “Touch Voltage”. Click sobre el botón

El programa mostrará la gráfica 3D de la tensión de toque con la escala de colores que representa los valores de tensiones de toque.


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Para ver la gráfica en 3D de la tensión de paso haga Click sobre el botón “Step Voltage”. Click sobre el botón

El programa mostrará la gráfica 3D con la escala de colores que representa los valores de tensiones de paso.


154


Para ver la gráfica en 2D de la tensión de toque haga Click sobre el botón “Touch Voltage 2D”. Click sobre el botón

El programa mostrará la gráfica 2D con la escala de colores que representa los valores de tensiones de toque.


155


Para ver la gráfica en 2D de la tensión de paso haga Click sobre el botón “Step Voltage 2D”. Click sobre el botón

El programa mostrará la gráfica 2D con la escala de colores que representa los valores de tensiones de paso.


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PASO A PASO SOLUCIÓN DE LA MALLA A TIERRA USANDO ASPIX 1.- Llenado de parámetros de entrada

2.- MODELADO DE MALLA A TIERRA


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3.- INGRESO DE DATOS DE CONDUCTORES HORIZONTALES HORIZONTALES

4.- INGRESO DE DATOS DE CONDUCTORES VERTICALES VERTICALES


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5.- RESULTADOS

6.- VOLTAJE DE TOQUE 2D


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7.- VOLTAJE DE PASO 2D

8.- CONCLUSIONES -

El software ASPIX nos da una buena aproximación del comportamiento de la malla a tierra diseñada, pudiendo validar los resultados calculados anteriormente.

-

Se puede puede saber saber las áreas áreas donde se tendrá valores fuera de de rango rango y que podrían poner en riesgo al personal.

-

Se puede controlar mediante diseño los valores de tensión de toque y paso, según graficos con escala de valores y asi saber los lugares con valores altos y poder realizar los ajustes necesarios para mantener los valores dentro de lo permitido.


161


ANEXO 2 SOLDADURA EXOTERMICA INSTRUCCIONES GENERALES DE SEGURIDAD 1.

Siempre que maneje soldadura exotérmica deberá de utilizar la ropa de seguridad adecuada, lentes y guantes de seguridad.

2.

Utilice siempre el molde adecuado para la conexión que se desea realizar.

3.

No utilice moldes que se encuentren rotos o desgastados ya que pueden causar derramamiento de soldadura fundida.

4.

Asegúrese que todos los materiales a soldar se alojan adecuadamente dentro del molde y que este cierra firmemente alrededor de los materiales.

5.

No altere la configuración del molde sin contar con la autorización previa del fabricante.

6.

Evite respirar altas concentraciones del humo resultante de la reacción ya que puede ser dañino para su salud.

7.

Evite el contacto con materiales y superficies calientes.

8.

Proteja o remueva los materiales que pueden ser inflamables del área donde se va a realizar la soldadura.

9.

Evite que exista humedad y demás contaminantes en el molde y los materiales que se van a soldar. En caso de que el material fundido llegará a entrar en contacto con humedad o contaminantes puede causar que se expulse bruscamente fuera del molde.

10. Cuando se realice una soldadura a tuberías o recipientes, deberán de tenerse en cuenta los siguientes detalles: 

El efecto que la soldadura puede llegar a tener en los miembros estructurales y en las paredes delgadas de tuberías o recipientes.



Las tuberías o recipientes que están presurizados o que contengan (o puedan llegar a contener) materiales explosivos, inflamables o peligrosos deben de ser evaluados previamente para conocer su peligrosidad en caso de que se llegara a atravesar la pared y la soldadura fundida llegara a entrar en contacto con los materiales


162


antes detallados. 11. El no cumplir con las recomendaciones descritas en los puntos anteriores así como el no llevar a cabo los procedimientos de soldadura correctamente, pueden producir soldaduras inadecuadas, daño en los materiales a soldar o bien, causar situaciones de riesgo para las personas.

PREPARACIÓN DEL CABLE 1.

El cable debe de estar brillante, limpio y seco.

2.

El cable que está saturado de aceite o grasa deberá de ser limpiado a través del calentamiento con un soplete (de gasolina, butano o acetileno). Una vez quemado el aceite o grasa, se deberá de utilizar un cepillo de alambre para remover los residuos.

3.

Se deberán de secar perfectamente los cables que estén húmedos utilizando un soplete de mano.

4.

Se deberán de limpiar perfectamente los cables que estén oxidados. Es muy importante que las puntas de cada uno de los cables a conectar se encuentren limpios antes de iniciar el proceso de soldadura. Esto puede ser alcanzado más fácilmente al realizar un corte nuevo en cada uno de los cables a utilizar.

5.

Los cables deberán de ser enderezados antes de que se coloquen en el interior de los moldes. Un cable doblado no permitirá que el molde cierre herméticamente causando posible fugas de soldadura.

6.

En caso de utilizar arco y segueta para cortar el cable, deberá de remover el aislamiento antes de cortarlo ya que, de lo contrario, las puntas podrían contener pedazos de material aislante en su interior y traer como consecuencia soldaduras defectuosas.

7.

Cable flexible. Cuando se esté soldando cable flexible, es necesario utilizar una laminilla de cobre que proteja el conductor.


163


PROCEDIMIENTO PARA SOLDADURA EXOTÉRMICA 1.

Verifique la placa de datos del molde para asegurarse que corresponde al tipo de material y tamaño de cartucho que planea utilizar.

2.

Asegúrese que todas las superficies de los conductores a unir están limpias, secas y son del tamaño indicado de acuerdo a la placa de datos del molde a utilizarse.

3.

Los moldes pueden secarse al calentarlos a una temperatura aproximada de 250 °F. Esta operación de secado puede llevarse a cabo con un soplete de butano o bien utilizando una carga de sacrificio en el molde, previamente a la realización de la conexión deseada.

4.

Coloque los conductores dentro del molde de acuerdo al tipo de conexión que se desea. Cierre el molde utilizando las manijas o prensas adecuadas de acuerdo al tipo de molde que se utilice.

5.

Coloque el disco metálico asegurándose que este centrado sobre el orificio central. El no colocar el disco metálico dentro

6.

del molde dará como resultado conexiones inadecuadas y que la soldadura fundida sea expelida bruscamente del molde (vomitada) durante la reacción.

7.

Vacié los cartuchos de soldadura dentro del molde, teniendo cuidado de no mover el disco metálico. Golpee el fondo del cartucho para aflojar el polvo de ignición y espolvoréelo uniformemente sobre la parte superior de la soldadura. Coloque una pequeña cantidad de este polvo de ignición en la orilla del molde que se encuentra debajo de la media luna de la tapa para facilitar la ignición.

8.

Antes de realizar la ignición, verifique la correcta posición de los conductores y asegúrese que el molde esta completamente cerrado.

9.

Cierre la tapa del molde e inicie la reacción del polvo de ignición utilizando el chispero. Retire el chispero lo más rápido posible

10. para prevenir que se atasque. En caso necesario, mantenga cerrada la tapa del molde utilizando alguna herramienta larga que le permita estar alejado de la flama que produce la reacción del polvo de ignición. 11. Espere aproximadamente 30 segundos antes de abrir el molde para JOSE LUIS ESCUZA VIZCARDO

164


permitir la solidificación del metal. 12. Para limpiar el molde utilice un cepillo de cerdas blandas, un paño suave o bien papel periódico antes de proceder con la siguiente soldadura. En moldes de soldadura horizontal utilice varillas de diámetro pequeño o un desarmador para remover la escoria de la cavidad superior. Deberán de tomarse las precauciones necesarias cuando se estén limpiando los moldes a fin de evitar quemaduras por contacto directo con los moldes calientes.


165


ANEXO 3 GUIA METODO SUNDE PARA MODELO DE DOS CAPAS Este método ofrecerá resultados razonables cuando el suelo se puede estratificar en dos capas y la curva p(a) vs a tuviera una de las formas típicas indicadas en la figura A-1, con una tendencia de saturación asintótica en los extremos y paralela al eje de las abscisas.

Fig. A-1 Ref. Aterramiento Eléctrico – Geraldo Kindermann La Asíntota para pequeños espaciamientos es típica por la contribución de la primera camada del suelo. Ya que para espaciamientos mayores, se tiene la penetración de la corriente de la segunda camada y su asíntota caracteriza un suelo distinto. Así un modelo de suelo de dos capas se puede representar por una capa superior de profundidad finita sobre una capa inferior de profundidad infinita. El método sunde se resume en los siguientes pasos: PASO # 1

A partir de los datos obtenidos en campo, graficar la curva de resistividad aparente

ρa [Ω-m] versus el espaciamiento “a” entre electrodos [m].


166


Ejemplo: Figura A-1. guía paso # 1. Resistividad aparente vs. Espaciamiento entre electrodos

Fuente: ANSI/IEEE Std 80 – 2000. Guide for Safety in AC Substation Grounding.

PASO # 2

Por inspección de la curva anterior estimar los valores de ρ1 y ρ2 siguiendo las siguientes instrucciones:



ρ1

es un valor de resistividad aparente que corresponde a pequeños

espaciamientos. 

ρ2

es un valor de resistividad aparente que corresponde grandes

espaciamientos. 

Ejemplo:

Por inspección visual se estiman los siguientes valores:

ρ1=100 Ω-m y ρ2= 300 Ω-m. PASO # 3

Calcular la relación ρ1 /ρ2 y seleccionar una curva de la gráfica de Sunde.

O

interpolar y dibujar una nueva curva en la gráfica.


167




Ejemplo:

  300 3 100 





Figura A-2

PASO # 4

Ubicarse en el punto medio dentro de la región inclinada de la curva y seleccionar

un valor correspondiente de ρa/ρ1 del eje y. Leer el correspondiente valor de a/h en el eje x. 

Ejemplo:

Se selecciona ρa/ ρ1 =2. Entonces a/h = 2,7. Figura A-3


168


Fuente: ANSI/IEEE Std 80 – 2000. Guide for Safety in AC Substation Grounding

PASO # 5

Calcular el valor de ρa a partir de la relación obtenida en el paso 4 y el valor asumido de ρ1 en el paso 2.

  ∗   . 





 

Ejemplo



  ∗   . 









 

= (2) * (100) = 200 .m

PASO # 6

En la gráfica de resistividad aparente (paso 1), obtener el espaciamiento a que corresponde al valor de ρa.


169




Ejemplo:

Al valor de ρa=200 Ω-m corresponde un espaciamiento a=19 m. Figura A-4. Guía paso # 6.

Fuente: ANSI/IEEE Std 80 – 2000. Guide for Safety in AC Substation Grounding.

PASO # 7

Calcular la profundidad h, a partir del espaciamiento a obtenido en el paso 6 y la relación a/h obtenida en el paso 5. 

Ejemplo:

ℎ ⁄ℎ  ℎ ⁄ℎ  2,197 7.0 

PASO # 8

El modelo de dos capas queda definido por los tres parámetros:

ρ1 es la resistividad de la capa superior en Ohm-metro (Obtenido en paso 2). h es la profundidad de la capa superior (Obtenida en paso 7). ρ2 es la resistividad de la capa inferior en Ohm-metro (Obtenido en paso 2).


170




Ejemplo:

Figura A-5. modelo de dos capas del suelo obtenido.


171


ANEXO 4 MODELO DE SUELO UNIFORME METODO COX – BOX 

PASO 1 Revisar los datos obtenidos en campo y calcular la variable X i como el logaritmo natural de cada una de las medidas. Aplicar la siguiente ecuacion:

  ln Con los datos de medida de resistividad del terreno: Tabla A4-1 Calculo de la variable X i



Separación de electrodos (m)

Resistividad pa (Ω.m)

Xi = ln (pa)

0.5

297

5.694

1

371

5.916

2

373

5.922

4

329

5.796

6

293

5.680

8

215

5.371

12

193

5.263

PASO 2

Calcular el promedio x de los datos Xi, por medio de la siguiente ecuación:

 ∑  =   .+.+.+.+.+.+.

5.663


172




PASO 3

Calcular la desviación estándar S de los datos:

 ∑  =− Previo calculamos (Xi-x)2:

Separación de electrodos (m)

Resistividad pa (Ω.m)

Xi = ln (pa)

(Xi – x)2

0.5

297

5.694

0.0009

1

371

5.916

0.0641

2

373

5.922

0.0669

4

329

5.796

0.0177

6

293

5.680

0.0003

8

215

5.371

0.0855

12

193

5.263

0.1603

 .+.+.+.+.+.+. 0.2377 

Paso 4 Hallar la resistividad del modelo. Esta será la resistividad con probabilidad del 70% de no ser superada.

.∗+  326..26∗.+. Ω.m


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ANEXO 5 REPORTE FOTOGRAFICO


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Procedimiento de malla a tierra

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