1 Puesta a Tierra

7/18/2019 1 Puesta a Tierra

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INTRODUCCIÓNLos procedimientos para diseñar Sistemas

de Puesta a Tierra (SPAT) se basan enconceptos tradicionales, pero su aplicaciónpuede ser muy compleja. Los conceptos

son ciencia, pero la aplicación correcta esun arte, ya que cada instalación es únicaen su localización, tipo de suelo, y equipos

a proteger.



PELIGROSIDAD DE LACORRIENTE ELECTRICA

ZONA 1

Area estadísticamente nopeligrosa para la integridad de

las personas

ZONA 2Area peligrosa. Siguiendo lavariación de la curva, desde

arriba hacia abajo, se pasa del

peligro de tetanización al deasfixia y luego a la fibrilación

cardíaca



EFECTOS FISIOLOGICOS DE LA

CORRIENTE ELECTRICA



DEFINICION DE PUESTA A TIERRA

Puesta a Tierra (Grounding o Earthing)

Grupo de elementos conductoresequipotenciales, en contacto eléctrico conel suelo o una masa metálica de referencia

común, que distribuye las corrienteseléctricas de falla en el suelo o en la masa.

Comprende electrodos, conexiones y cablesenterrados.



ELEMENTOS QUE COMPONEN UNAPUESTA A TIERRA

Comprende:

1.- Electrodos2.- Conexiones y

3.- Cables enterrados.



ELEMENTOS QUE COMPONEN UNAPUESTA A TIERRA



TIPOS DE PUESTA A TIERRA

Puesta a Tierra de los sistemas eléctricos

El propósito de aterrizar los sistemaseléctricos es para limitar cualquier voltajeelevado que pueda resultar de los rayos,

fenómenos de inducción o de contactos nointencionales con cables de voltajes másaltos.

Se logra uniendo mediante un CONDUCTORAPROPIADO a la CORRIENTE DE FALLA ATIERRA TOTAL DEL SISTEMA.




Puesta a tierra de los equipos eléctricos

Su propósito es eliminar los potenciales de toqueque pudieran poner en peligro la vida y laspropiedades y, para que operen las proteccionespor sobrecorriente de los equipos.

Se logra conectando al punto de conexión delsistema eléctrico con TIERRA, todas las partes

metálicas que pueden llegar a energizarse,mediante un CONDUCTOR APROPIADO a laCORRIENTE DE CORTO CIRCUITO DEL PROPIO

SISTEMA EN EL PUNTO EN CUESTION.




Puesta a tierra en señales electrónicas

Su propósito es evitar la contaminacióncon señales en FRECUENCIAS diferentes a

la deseada.Se logra mediante BLINDAJES de todo tipoconectados a una REFERENCIA CERO, quepuede ser la TIERRA.




Puesta a tierra de protección

electrónicaSu propósito es evitar la destrucción delos elementos semiconductores porVOLTAJE, se colocan dispositivos deprotección conectados entre los

conductores activos y la referencia cero,que puede ser TIERRA.





atmosférica

Sirve para canalizar la ENERGIA de los

rayos a tierra sin mayores daños apersonas y propiedades.

Se logra instalando un dispositivo

denominado PARARRAYOS el cual seconecta a TIERRA.





electrostáticaSirve para neutralizar las CARGASELECTROSTÁTICAS producidas en los

materiales dieléctricos.Se logra uniendo todas las partes

metálicas y dieléctricas a TIERRA.



RESISTIVIDAD DEL SUELO

• La resistencia R de un conductor alargado yhomogéneo de forma cilíndrica vale:

R= ρ l/sdonde: R= resistencia en Οhm

ρ = resistividad en Ohm-metrol = longitud del conductor en metros m.s = sección en metros cuadrados

• La resistividad es una medida de la dificultad quela corriente eléctrica encuentra a su paso en un

material determinado.• La Conductividad, es lo inverso a la resistividad yse expresa en siemens-metro.

• = 1/ρ




Metales

Electrónica Semiconductores

Conductividad Electrólitos sólidos

Iónica (dieléctricos)

Electrólitos líquidos




NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD EN - m Terrenos PantanososLimoHumusTurba HúmedaArcilla PlásticaMarga y Arcillas CompactasMargas del jurásicoArena Arcillosa

Arena SilíceaSuelo Pedregoso Cubierto de CéspedSuelo Pedregoso DesnudoCalizas BlandasCalizas Compactas

Calizas AgrietadasPizarrasRoca de Mica, Feldespato o CuarzoGranito y Gres procedentes de AlteracionesRoca Ígnea

De algunas unidades a 3020 a 10010 a 1505 a 10050

100 a 20030 a 4050 a 500

200 a 300300 a 5001,500 a 3,000

100 a 3001,000 a 5,000

500 a 1,00050 a 300500

1,500 a 10,0005,000 a 15,000



10-8

10-6

10-4

10-2

1 102

104

106

108

1010

1012

1014

Metales Calcopirita Margas Anhidrita Cinabrio Feldespatos Sal Gema

Pirrotita Galena Blenda Azufre Grafito Arcillas Calizas

Limos Cuarzo

Arenas Pirita y Magnetita Gravas Micas

Pizarras Rocas hipogénicas y metamórficas

Agua de mar Agua Dulce




FACTORES QUE DETERMINAN LA


POROSIDAD

HUMEDAD

SALES NATURALES DISUELTAS

COMPACTACION

TEMPERATURA



POROSIDAD

TIPO DE FORMACION % POROSIDAD RESISTIVIDAD Ohm-m

Rocas Igneas y

Metamórficas 0.5 - 2 10,000

Limos densos y RocasAreniscas

3 – 4 50 – 1000

Arcillas 8 – 15 200 – 400

Limos porosos.Dolomitas

15 - 40 30 – 200

Greda, TerrenosArenosos y Arcillosos 40 – 75 150 – 200

Turba 80 – 90 100 – 150



CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA

HUMEDADLa influencia de la humedad dependerá del tipo de material que

compone el terreno. Una determinada cantidad o porcentaje de

humedad afectará en forma diferente por ejemplo : a una Arenao a una Arcilla. Existe sin embargo, una expresión analítica

aproximada que indica la influencia de la humedad y la

temperatura en la Resistividad debido a ALBRECHT.

1.3 x 104

ρ = ————————————— (Ohm-m)

(0,73 w2

+ 1)(1+ 0,03 t)

Donde w es la humedad del suelo en % de peso y t es la

temperatura en oC (t >0 oC).



CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA 2

ρ

1

Compactación kg/cm2

COMPACTACION

La resistividad del suelo es influenciada por la compactación

del terreno ya que esta tratará de llegar hasta los nivelesnaturales de cohesión, un terreno homogéneo y limpio tiende aque sus poros de conexión sean pequeños y uniformes, por lotanto la curva tiende a ser asintótica a mayor y exagerada

compactación.



CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA

TEMPERATURA

Curvas esquemáticas de la Resistividad en función de latemperatura, en las proximidades del punto de congelación del

agua : a) Roca de grano grueso b) Roca de grano fino



METODOS PARA DETERMINAR LA

RESISTIVIDAD DEL SUELOTOMA DE DATOS EN EL TERRENO USANDO UN TELURIMETRO DE 4 POLOS



METODO DE SCHLUMBERGER



CURVAS PATRON PARA MÉTODO GRÁFICO

0 .1 1 1 0

0 .1

1

1 0

X-Ax is

Y - A x i s

19

9

5.67

4

3

2.33

1.86

1 .5

1.22

0.82

0.67

0.54

0.43

0.33

0.25

0.18

0.11

0.05

C urvas P atró n de R es ist iv ida d(Método de Sc h lumberger )

E l a b o ra d o p o r : P a ra - R a y o s S . R . L .SISPROINT E.I.R.L.



MINIS ERIO DE ENERGIA Y MINAS

A B C P

E SP A CIA MIE NTO E SP ACIA M IE NTO RESISTEN C IA RESISTIVIDAD

O A MN R = PI *L^2* R /a2.00 1.00 8.79 110.46

2.50 1.00 6.72 131.95

3.16 1.00 5.10 159.994.00 1.00 3.86 194.02

5.00 1.00 2.93 230.126.30 1.00 2.07 258.11

8.00 1.00 1.36 273.4410.00 1.00 0.93 292.17

12.50 1.00 0.61 299.43

16.00 1.00 0.34 273.4420.00 1.00 0.19 238.76

25.00 1.00 0.11 215.98

31.60 1.00 0.00 0.00

RES U L A DO S PA RC I AL ES

D E A C UE R D O A L A J US T E D E L A S C U R V A S P A T R O N Y L A S C U RV A S

O B T E N ID A S D E L O S DA T O S D E C A M P O T E N E M O S L A S S IG U IE N T E SCO NCLUSI O NES:

P2/P1 = 1.86 C U R V A D E A J U S TE = 0.33

P1 = 240 R esis t iv idad de la prim era capa en ohm ios-m

P2 = 446 R esis t iv idad de la segunda capa en ohm ios-m= 147 es s v a e a e rc era c apa en o m os -m

E1 = 0.90 Espes or de la pr im era capa en m .

E2 = 2.10 Espes or de la segunda capa en m .

DATOS DE CAMPO EN HOJA DE CALCULO



1 1 0 1 0 0

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

D i st a n c i a -p r o f u n d i d a d m .

R e s i s t i v i d a d a p a

r e n t e

O h m - m

P a

P L O T E O D E D A T O S S C H L U M B E R G E R

M I N I S T E R I O D E E N E R G I A Y M I N A S

E l a b o ra d o p o r : P A R A R A Y O S S A C

SISPROINT E.I.R.L.

PLOTEO DE DATOS



METODO DE WENNER

O

V

A

A N BM

TELURIMETRO

C1 C2

P1 P2



CALCULOS PARA DETERMINAR LA

RESISTIVIDAD POR WENNER• La Resistividad del terreno se calcula con la siguiente fórmula:

ρ =2 R a

Siendoρ:Resistividad del terreno, expresada en ohm-m

R: Valor medido por el telurómetro, expresado en ohm

a: Separación entre piquetas, expresada en metros

: constante (3,1416)

• La resistividad calculada corresponde a la resistividad del terreno

correspondiente a una profundidad a igual a la separación de

piquetas.

• Variando la distancia a obtendremos la resistividad a distintas

profundidades.

• Es práctica usual obtener los valores de a = 2,4,6,8,16 y 32 metros.



DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA

PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA

b

SEMIESFERA

R = _________

2 b





CABLE (HORIZONTAL)

l

h2r

R = _________

2 l

lnl ___

r

ln

2h

___ l

+ )( h ≥ 6r





VARILLA (VERTICAL)

l

2r

R = _________

2 l

ln 2l ___

r

)(





FLEJE

l

h

2a

h

R = _________

2 l

ln 2l ___

a

ln

2h

___ l

+ )( h ≥ 3a





ELECTRODOS EN LÍNEA RECTA

s s

1 2 ..n

R = _________

n0,404 ln 0,655n+ )( 0,16 ____

s

DISEÑO DE MALLAS MEDIANTE LA



DISEÑO DE MALLAS MEDIANTE LAMETODOLOGIA DE SCHWARTZ

A.- Red mallada y jabalinas

•Reticulado

ρ 2L k 1L

R1 = ----- ( ln------- +------- - k 2) L √hd √S

•Barras

ρ

4l 2k 1l

R2 = -------- ln(----) - 1 + ------- (√

N - 1 )2 l = Longitud de cada barra en m.

2 Nl a √ S

•Resistencia mutua

ρ

lR12 = R21 = R1 - ----- ln(------) - 1 L √hd

•Resistencia combinada

R1 R2 - R122RT = --------------------

R1+ R2 - 2 R12

Donde:

ρ = Resistividad aparente en ohm-m

L = Longitud reticulado en m

h = Profundidad enterramiento en m.

S = Superficie cubierta por malla en m2

N = Numero de barras

a = Radio de las barras en m.

d = Diámetro del contrapeso en m.

k 1=1,43 - 2.3h - 0,044 A √

S Bk 2=5,50 - 8h +(0.15 - h ) A

√S √S B

METODO DE SCHWARTZ EN UNA



METODO DE SCHWARTZ EN UNA

HOJA DE CALCULOCALCULO DE RESISTIVIDAD DE MALLAS POR EL METODO DE SCHWARZ

1 2

RESISTIVIDAD DEL TERRENO 360 360 Ohm-m90 180 m

PROFUNDIDAD 0.5 0.5 m

DIAMETRO CONDUCTOR DE COBRE 0 0.00945 0.00945 m 3 2

AREA TOTAL DEL RETICULADO 300 800 m2

RESISTENCIA RETICULADO 10.02091 5.45172 Ohm

ELECTRODOS

PROFUNDIDAD EFECTIVA DEL ELECTRODO 1.80 2.80 m

0.01588 0.01588 mNUMERO DE ELECTRODOS 6 10 Und

30.82427 12.79347 m

RESISTENCIA MUTUA 6.62391 3.75323 Ohm

RESISTENCIA TOTAL 9.60276 5.18308 Ohm



TRATAMIENTOS QUIMICOS

•Debe ser empleado cuando:•Existe una puesta a tierra con una resistencia queno es la deseada y no puede ser mejorada.•No existe otra alternativa posible; por ejemplo:cambiar de ubicación la puesta a tierra.

•Características del Tratamiento Químico:• Altamente higroscópico•No lixiviable•Baja la resistividad del suelo

•No corrosivo•Químicamente estable•No es tóxico•No causa daño a la naturaleza





TRADICIONALES•Bentonita:Material arcilloso que tiene las siguientes propiedades:

Altamente higroscópicoRetiene la humedadBuena conductora de la electricidadBaja resistividad(1,2 a 4 Ω-m)No es corrosiva (Ph alcalino)Protege al electrodo contra la corrosión

natural del suelo.





TRADICIONALES•Gel:Constituído de una mezcla de distintas sales que, en

presencia de agua, forman un agente activo.Sus propiedades son:

Químicamente estable

No es soluble en aguaHigroscópicoNo es corrosivo

No es atacado por los ácidoscontenidos en el suelo.Su efecto es de larga duración.

CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A




TIERRA VERTICAL TRADICIONALCON GEL

CEMENTO CONDUCTIVO GEO GEM



CEMENTO CONDUCTIVO GEO-GEM

Características:

Polvo fino, empacado en

bolsas de 11 kg

Fácil instalación

No requiere

mantenimiento

Ecológico

Reduce la impedancia a

las sobre tensiones

Previene el hurto de

conductores

TECNICAS MODERNAS DE ATERRAMIENTO




CONTRAPESOS CON CEMENTO CONDUCTIVO

TECNICAS MODERNAS DE



TECNICAS MODERNAS DEATERRAMIENTO

RESISTENCIA DEL CONTRAPESO

Dada la resistividad del suelo y laresistencia deseada, uno puede

determinar aproximadamente lalongitud requerida de Contrapeso queserá necesario usando el gráfico de la

Figura dada a continuación.





Por ejemplo, si la resistencia requerida es 10

Ohm y la resistividad del suelo es 100 Ohm-m,una longitud de cerca de 10m o 33 pies esrequerida.

Con una resistividad del suelo de 500 Ohm-m,una longitud de cerca de 100m o 328 pies

debería ser necesaria para alcanzar los 10Ohm de resistencia.





La resistencia puede ser calculada usando la fórmula.

donde:ρ = resistividad in Ohm-ml = longitud en metros

w = ancho en metrosD = profundidad en metros

.




CONSTRUCCIÓN DE PUESTA ATIERRA HORIZONTAL CON CEMENTO

CONDUCTIVO

1. Excavar una zanja de 40

a 50 cm. de ancho y de50 a 70 cm. deprofundidad y tan larga

como se requiera.Coloque el conductordesnudo a lo largo de la

zanja, donde sube a lasuperficie deberá aislarsepara prevenir la corrosión.





CONDUCTIVO

2. Rellene la zanja con lacantidad necesaria decemento conductivo,descargando la bolsa de

GEO-GEM a lo largo de lazanja.

Aproximadamente una

bolsa de 11k por cada dosmetros lineales.





CONDUCTIVO

3. Compacte ligeramente con

los pies, empujando elcemento conductivo GEO-GEM hacia el centrocubriendo completamenteel cable desnudo cuidandoque no quede descubierto.




TIERRA HORIZONTAL CON CEMENTOCONDUCTIVO

4. El conductor desnudoquedará cubiertocompletamente por elcemento conductivo GEO-GEM y la instalación estaterminada.





5. Cubra el cementoconductivo GEO-GEMcuidadosamente por unapequeña capa de tierra decultivo libre de piedras eimpurezas.





6. Compactedirectamente con lospies o con un pisón

de 40Kg. Y luegocubra totalmente lazanja con el resto detierra.

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