DISEO DE UNA MALLA PUESTA A TIERRA CON PROTECCION PARA DESCARGAS ATMOSFERICAS ANTECEDENTES Previa a la obtencin de Ttulo de Ingeniero Elctrico Mecnico se realiza la puesta en prctica de lo anunciado en la Tesis de Grado con un proyecto de PROCEDIMIENTO PARA DISEO DE UNA MALLA PUESTA A TIERRA CON PROTECCION PARA

DESCARGAS ATMOSFERICAS

OBJETIVO Presentar la memoria de clculo y diseo proyectado de la malla puesta a tierra aplicando teoras, normas y procedimientos enunciadas en la tesis de grado. Detallando lo siguiente:1.1 Proporcionar una impedancia lo suficientemente baja para facilitar la operacin de

protecciones puestas a falla. 1.2 Mantener los voltajes del sistema dentro de lmites razonables bajo condiciones de fallas (descargas atmosfricas ondas de maniobra o contactos inadvertidos con sistemas de voltajes mayores) asegurando que no se excedan los voltajes de ruptura dielctrico de las aislaciones. 1.3 Drenar las corrientes de fallas o de descargas atmosfricas (rayos) de forma segura bajo rgimen de baja impedancia. 1.4 Proteger a las personas que transitan por el rea de la malla, para que no queden expuestos a potenciales inseguros en rgimen permanente o en condiciones de fallas. 1.5 Equipotenciar todos los elementos cercanos a las mallas

1.6 Limitar el voltaje a tierra sobre materiales conductivos que circundan conductores o equipos elctricos. NORMAS Y TEOREMAS Para estudiar los Sistemas de Puesta a Tierra, se ha tomado como referencia las siguientes normas y estndares tanto nacionales como internacionales que en este tema casi siempre coinciden, casi todos los pases coinciden sus reglamentaciones en el aspecto de la puesta a tierra.

ANSI/IEEE Std 81 1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System.

IEEE Std. 81 (1983) IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and

Earth Surface Potentials of a Ground System 32 Standard Requirements, Terminology Test Procedure for Neutral Grounding Devices. 80 Guide for Safety in AC Substacin Grounding. 81 Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System. 665 Standard for Generating Station Grounding. 142 Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 1100 Recommended Practice Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment.

IEEE Std. 1100 (1999) - IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electrical Equiment.

Instruccin MIE BT 008 Puesta a neutro de masas en redes de distribucin de energa elctrica (Reglamento Espaa)

National Electric Code, Article 250 Grounding. NFC 7 102

Teoremas de S.J.Schwartz (calculo de mallas) y Burgsdorf Yacobs (resistencia equivalente) NFPA National Fire Protection Association 78 30 321 325 Lightning Protection Code. Flammable and Combustible Liquids Code. Standard on Basic Classification of Flammable and Combustible Liquids. Fire Hazard Properties of Flammable Liquids, Gases and Volatile Solids.

PREMISAS Y CONSIDERACIONES

a. Como sistema de proteccin se adopto una malla de conductores de cobre electroltico tipodesnudo en calibre AWG #2/0 (33,6 mm2).para la puesta a tierra que limitar la temperatura alcanzada por stos, cuando transporten la corriente mxima de falla a tierra. Para estos

conductores desnudos se trasmite energa calrica por el orden de a 250 0C si las conexiones al cable estn hechas con conectores de presin y 4500C las conexiones son soldadas.

b. La malla a proporcionar tendr forma de algo cuadrado y se alojara a un costado de la sala decmputo ubicada en la Facultad Tcnica de la Universidad Catlica Santiago de Guayaquil.

c. El radio mnimo de curvatura que se respeto para todas las bajantes ser de 15,24 cm (nomenor a 900y dirigida hacia el alo de tierra a instalarse.

Disposicin de los Conductores Bajantes

d. Todos los acoples o puntos de unin fros debern ser de tipo soldado con cargas exotrmicas(Cadweld). La energa calrica para un punto soldado tiende a soportar los 4500C

e. Se considero la instalacin de varillas de cobre marca Cooperweld de 5/8 x 1,80mts de 10micras (alta camada) en porcentaje de cobre.

Colocacin de Varilla de 6x 5/8 Cooperweld

f. Se conecto tanto la estructura de la torreta (soldado exotrmicamente con cable 2/0) comolos templadores que sujetan a la misma dirigida a la malla de tierra proyectada.

g. El halo de tierra de la malla fue enterrada a 0,60cm del nivel del piso y compactada contierra firme libre de roca, se utilizaron sales electroqumicas para mantener el ohmiaje estable durante el ao y el electrodo horizontal (cable desnudo 2/0) libre de corrosin.

h. Se equipotencializan todos los elementos mecnicos involucrados en el criterio de diseo dela malla puesta a tierra (torreta templadores), unindose a la malla existente.

i. Las varillas instaladas quedan con una caja registro (rejillas y tuvo PVC 4), paramantenimiento preventivo durante el ao.

Caja de Registro usada en el sistema de puesta a tierra

j. Se instalo una torreta ventada (h= 12 mts) de estructura metlica asentada en la losa deconcreto propia del centro de computo, ya que esta es el rea a proteger contra descargas atmosfricas.

Armado de la Torreta de Viento Galvanizada

k. Se utilizo como proteccin de descarga atmosfrica un pararrayos tipo dipolo marcaPARRES, considerando como cono de proteccin teoremas del fabricante tales como se demuestran en el capitulo 4 de la Tesis de Grado:

Cono de proteccin 710 igual a su equivalente de 3 veces la altura de la estructura utilizada (torreta de viento)

Instalacin del Pararrayo Dipolo Corona

Equipo Utilizado para Mediciones.

Telurmetro Digital Ground Probe GP-1

Aplicaciones del Equipo. Medicin de resistividad de tierra. De acuerdo con procedimientos fsicos establecidos, es posible determinar la resistencia del terreno por medio al mtodo de Wenner (Mtodo tetraelectrdico,) con toma de series de datos de acuerdo con formato preestablecido, dando como resultado la resistividad aparente del suelo. Consiste en introducir cuatro electrodos de prueba en lnea recta y separados a distancias iguales (a), enterrados a una profundidad (b) que es igual a la vigsima parte de la separacin de los electrodos de prueba (b= a/20) y van conectados al equipo de medicin, el cual introduce una intensidad de corriente entre los electrodos C1 y C2, generando una diferencia de potencial entre los electrodos P1 y P2 (VP1 ,P2), que ser medida por el equipo, a su vez en la pantalla tendremos el resultado de la relacin (V/I) que por ley de Ohm es R.

Foto DE MEDICION DE RESISTIVIDAD 28.1OHMS Realizando una medicin de campo, mediante el mtodo de las 4 picas equidistantes a una distancia a se encontraron los siguientes valores de resistencia del terreno:

Diagrama esquemtico del mtodo Wenner

Colocacin de jabalinas para aplicacin de mtodo de Wenner

Mtodo de Wenner para clculo de Resistividad Realizado en Campo.

Distancia [m] 1 2 3

Resistividad [*m] 20.5087 25.7463 1.8931

Calculo de la Resistencia de Puesta a Tierra PAT. Resistencia Equivalente de los Estratos: Para el estudio geoelctrico del terreno, tomaremos

en consideracin el mtodo de Burdof-Yakobs, el cual propone una equivalencia de un sistema de 3 o ms estratos, a un sistema de 2 estratos, equivalente dentro de un margen aceptable.

Nota: El estudio geoelctrico se denota en los 3 estratos siguientes:

Mtodo de Burgsdorf & Yakobs Resistividad Equivalente.

eq= 22.2156 [*m]

Mtodo de Schwartz para Clculo de Malla PAT.

RESULTADO RESISTENCIA EQUIVALENTE

Rms =

2,21223

RESISTENCIA DE CABLE ENTERRADO RESISTENCIA DE BARRAS VERTICALES ENTERRADAS RESISTENCIA MUTUA ENTRE CONDUCTORES RESISTENCIA TOTAL O COMBINADA

Re =

1,81085

Rme =

1,11764

Rtc =

1,54206

CARACTERISTICAS DE LA MALLA P A T

AREA PROPUESTA DE MALLA PAT TIPO DE MALLA VARILLAS COPERWEL NUMERO DE VARILLA SEPARACION ENTRE VARILLAS CABLE DE CONTRAPESO UNIONES CAMA DE CABLE DE CONTRAPESO ACOPLADOR QUIMICO x ml RESISTENCIA DE MALLA OBTENIDA

3X3 mts / 9 m2 1 Triangular 1.80 mts x 5/8" 3 und +/- 2 mts #2/0 desnudo / 67.4 mm2 Soldadura Exotrmica 0.60X0.40 mts 1 unidades 1.54

Diseo de Malla Propuesta

Cable de tierra #2/0 desnudo para alo de tierra

EElectrodo vertical de cobre 1,80 mts x 5/8

Jumper de cobre para conectividad de templadores a tierra

MINERALIZACION PARA TERRENO Composicin al % Capa de Concreto 50 % Relleno Natural 100% de la 40 % Tierra Vegetal Zanja de la Malla Bentonita Composicin de Acopladores Qumicos Carbn Mineral Thor Gem Cemento Conductivo San Earth 10% Acopladores Qumicos

TIPO DE TERRENO Arcilla plstica Margas y arcillas compactas Arena arcillosa Piedras calizas blancas Turba hmeda Humus & Limos Granitos y areniscas muy alterados Piedras calizas agrietadas Subsuelo pedregoso Arena silcea Suelo pedregoso desnudo Aluviones con agua dulce Subcapa hmeda

X

X

Si

CAMA DE ELECTRODO HORIZONTAL 0.60 x 0.40 metros 1 2 3 4 5 Cable Cu #2/0 ( 67,4 mm2) Solucin qumica no toxica Capa de concreto Tierra orgnica vegetal Acopladores Tierra de relleno en compactacin

3

+

Nota: El relleno ideal debe compactarse fcilmente, ser no corrosivo y a la vez buen conductor elctrico. Los compuestos qumicos utilizados para el mejoramiento del terreno, no deben tener una resistividad mayor a 1,0 ohm-m. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES Despus de ser inspeccionada el rea donde se propone la instalacin del sistema

de malla PAT (grafico), se determina lo siguiente:

a.- Segn la medicin de resistividad equivalente, demuestra que presenta algo de agresividad en el terreno, puede ser por la arcilla compacta semihmeda de las subcapas. b.- Como la resistencia a tierra en cualquier punto del sistema PAT no debe ser mayor a 5 ohm (sistemas de baja tensin), se debe aplicar el criterio que a niveles de proteccin a tierra para sistemas de descarga atmosfricos se tomara en cuenta el diseo de mallas PAT con resistencias calculadas menores a este valor. c.- Se ha comprob en la prctica que ningn mtodo de medicin de la resistencia es 100% efectivo (calculo de mallas) y con esto no se quiere decir que sean malos, sino que hay que aplicar en la prctica experiencias adquiridas para este efecto. d.- Se recomienda utilizar acopladores de tierra minerales (Cementos conductivos Thor Gel - Qumicos) tanto para dar seguridad al material instalado (oxidacin degradacin por tiempo) como para bajar y mantener la resistividad del suelo. e.- Para la medicin se tomo la porcin de terreno ms uniforme. f.- Los templadores de la torre ventada sern aterrizados con jumper conectados a varillas previamente instaladas, las mismas que no requieren de ser unidas al alo principal de la malla ya que pasan de los 10 metros de separacin, como se sabe estas varillas solo serviran de drenaje secundario para descarga inducida en la torreta ya que la descarga principal la absorber el pararrayos llevndola al alo de tierra principal.