SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA SPT EN DIEZ LECCIONES · sistemas de puesta a tierra – spt en diez...

SISTEMAS DE PUESTA A

TIERRA – SPT

EN DIEZ LECCIONES

CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA

Tunja, 20 de septiembre de 2013

SE DICE QUE…

© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

1 • LA HISTORIA

2 • LA DURA REALIDAD

3 • EL LÉXICO

4 • LAS CIENCIAS CONEXAS

5 • LA NORMALIZACIÓN

6 • EL DISEÑO

7 • LA CONSTRUCCIÓN

8 • LAS MEDICIONES

9 • EL MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO

10 • APLICACIONES


1 •LA HISTORIA


BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA

1720 S. GRAY y G. Wheeler realizan los primeros estudios sobre resistividad de rocas.

1879

Primera muerte con energía generada por el hombre

1892 El New York Board of Fire Underwriters (NYBFU) determina que la práctica de las conexiones a tierra es peligrosa y estas deben ser retiradas antes del 01/10/1892.

1904 VDE Publica las primeras recomendaciones sobre sistemas de puesta a tierra en Alemania.


1915 Schlumberger y Wenner, independientemente idean los arreglos tetraelectródicos.

1915 Invención de los electrodos marca Copperweld.

1936 Charles A. Cadwell y F. H. Neff, realizaron con éxito una soldadura, mediante una reacción de oxido de cobre y aluminio.

1970 IBM y HP comenzaron a utilizar el cable aislado de tierras para equipo electrónico.

BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA


PASO 1

GC.C.

+

-

PASO 2

G


PASO 3

PASO 4

G

G


PASO 5

PASO 6

G

G


PASO 7

E


2 •LA DURA REALIDAD


El error fue…


COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DETRANSFORMADORES FALLADOS

TOTAL: US$6'052.000

U$1,489,000

U$466,000

U$384,000

U$486,000

U$319,000

U$2,908,000 CODENSA

EEPPM

CHEC

ELECARIBE

EPSA

OTRAS

COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DE TRANSFORMADORES


Más de 20 43%

Entre 10 y 20 25%

Menos de 10

32%

ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

EN TORRES DE TRANSMISIÓN


MAYOR DE 5

OHMIOS

76%

MENOR DE 5

OHMIOS

24%

ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

EN ESTACIONES DE COMUNICACIÓN

MUESTRA DE 100 ESTACIONES EXAMINADAS © Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]

RESISITENCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN FALLADOS


CORRIENTES EN MODO

COMÚN

88,7


CASO TÍPICO


BARRAJE?


EXAGERACIÓN DEL SOFTWARE


HAY DOS VIOLACIONES…


CEMENTERIO DE ELECTRODOS


MUY PROFUNDO !!!


ACABAN DE TRAER LA HELADERA

NUEVA

OCÚPESE DE CONECTAR

LA TOMA A

TIERRA

AL

RATO

YA ESTÁ, SE-

ÑORA

LA CONECTÉ A LA

TIERRA DE

ESTA MACETA


Aire

Tierra (Earth / Ground)

LEY DE PARETO EN SPT

80 %

20 %


3 •EL LÉXICO

Ground (USA) Earth (Mundo)

TIERRA


TIERRA (Ground o Earth)

Masa conductiva de la tierra con potencial cero. Para sistemas eléctricos, es una expresión que generaliza todo lo referente a conexiones con la tierra.

En temas eléctricos se asocia a suelo, tierra, masa, chasis, carcasa, armazón, estructura o tubería de agua.


MASA


Aire

Puesta a Tierra

(Grounding / Earthing)

Tierra (Earth / Ground)

r

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA


Puesta a Tierra

(Grounding / Earthing)

N

T

Red Equipotencial

(Equipotential Network / Grounded) S

P

T

Grounding

System

Earthing

System

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA


SISTEMA DE PUESTA A TIERRA - SPT


OBJETIVOS DE UN SPT


SPT TEMPORAL

Es el que pertenece al circuito de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal como de falla.

SPT PERMANENTE

Dispositivo de puesta en cortocircuito y a tierra, para protección del personal que interviene en redes desenergizadas.



PUESTO A TIERRA (GROUNDED)

FALLA A TIERRA


CIRCUITO EN MODO COMÚN Y MODO DIFERENCIAL

IextIext

ZS

ZL

IMD

IMC


CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA

(CC) (FT) F

F CC

CC FT

FFT

FT

FT

T

N


TIERRA DE PROTECCIÓN

V=120

I>0

I=0 Tubería

V=0


TIERRA DE PROTECCIÓN


V=120

Desnudo

Aislado

TIERRA AISLADA



TIERRA AISLADA

TENSIÓN NEUTRO - TIERRA


4 •LAS CIENCIAS CONEXAS


Músculos

Cerebro

Ondas

I I

NERVIOSO: La corriente (onda) extraña provoca alteración

en los impulsos

SOLUCIÓN: Corte de corriente

QUÍMICO: Disolución (electrolisis) en las células y líquidos

RECETA: 1 ó 2 cucharadas de bicarbonato de sodio en un vaso

de agua cada hora.

CALORÍFICO:Cuando por un conductor circula corriente, se

desarrolla energía en forma de calor. Se producen quemaduras

W = RI2t

RECOMENDACIÓN: Tratamiento médico a las quemaduras.

I I

+ + + + + + + +

_ _ _ _ _


ELECTROFISIOPATOLOGÍA

UMBRALES DE

SOPORTABILIDAD 0.1 0.2 0.3 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

10

20

50

100

200

500

1000

2000

5000

10000t (ms)

I(mA)

1

Habitualmente ningun efecto fisiopatológico peligroso

Habitualmente ningun riesgo de fibrilación

Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 5%)

Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 50%)

Habitualmente ninguna reacción

ZONA 2

ZONA 3

ZONA 4

ZONA 5

ZONA 1

Paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras severas

ZONA 6Riesgo de fibrilación (por encima de un 50%)

DALZIEL (IEEE)

IEC


COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE


ESTADOS DE ASOCIACIÓN DE ARCILLAS


COMPONENTES DE LA CORTEZA TERRESTRE



2

3

41ÁNODO

CÁTODO

ELECTROLITO

CONEXIÓN

Iones

CONDICIONES PARA QUE EXISTA CORROSIÓN


CORROSIVIDAD DE SUELOS NATURALES


5 •LA NORMALIZACIÓN

PRINCIPALES NORMAS

• BAJA TENSIÓN: NEC / NTC 2050 / RETIE / IEC 60364

• DISTRIBUCIÓN: ANSI C2 / IEEE 1410

• SUBESTACIONES: IEEE 80 / IEEE 837

• GENERACIÓN: IEEE 665

• TELECOMUNICACIONES: UIT / EIA / TIA / MOTOROLA

• PROTECCIÓN CONTRA RAYOS: IEC 62305 / NTC 4552

• EQUIPO ELECTRÓNICO: IEEE 1100 / IEC 61000-5-2

• MEDICIONES: IEEE 81 / IEC 61557

• TIERRAS TEMPORALES: IEC 61230 / IEEE 1048


TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO


UMBRALES SEGÚN NORMAS


CONEXIONES Y TÉRMINOS PARA SISTEMA TN-C-S



CONEXIONES PARA TN-C-S

INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA


Sistema de puestas a tierra dedicadas e interconectadas

INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA

Configuraciones prohibidas



6 •EL DISEÑO

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO


Medición de Resistividad

Modelamiento del suelo

Recolección de datos del sistema de

potencia

Asuma un diseño preliminar de la PT

Calcule la impedancia de todas las PT

Realice análisis detallado del SPT:

Resistencia, tensiones de paso y

contacto en porcentaje del GPR

Calcule el GPR

Evaluación del Nivel de Riesgo

Cumple los criterios

de seguridad?

FIN

Modificaciones a

las estructuras, si

aplica.

Modificaciones al

diseño de la

puesta a tierra

-10 -5 0 5 1010 5 0-5

-1014042

10532

7021

3511

010

50

-5

-10

-10

-5

0

5

1 0

14042

10532

7021

3511

11 70210 643

9 5858 5267 4686 409

5 3504 2923 233

2 1751116


POTENCIALES SOBRE UN ELECTRODO TIPO VARILLA

Si r0 =L R = 94%

ÁREA DE INFLUENCIA DE UN ELECTRODO

r1

r0

L

Cílindro crítico

Electrodo


CONTRAPESO


CÁLCULO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA


VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

USO PARA VALOR MÁXIMO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Estructuras de líneas de transmisión. 20 Ω

Subestaciones de alta y extra alta tensión. 1 Ω

Subestaciones de media tensión en poste. 10 Ω

Subestaciones de media tensión de uso interior. 10 Ω

Protección contra rayos. 10 Ω

Neutro de acometida en baja tensión. 25 Ω

Descargas electrostáticas. 25 Ω

Equipos electrónicos sensibles. 5 Ω



TRANSFORMADOR CON PANTALLA ELECTROSTÁTICA


7 •LA CONSTRUCCIÓN

DISPOSICIÓN ÓPTIMA DE CABLEADOS


MATERIAL POTENCIALES

ELECTROQUÍMICOS

TEMPERATURA

DE FUSIÓN

CONDUCTIVIDA

D RELATIVA

CATÓDICO

S

Oro

Plata

Cobre

Bronce

Latón

+ 1,69

+ 0,80

+ 0,52

1063

960

1082

71%

106%

100%

30%

21%

Hidrógeno 0,00

ANÓDICO

S

Estaño

Níquel

Hierro

Cromo

Zinc

Aluminio

- 0,14

- 0,23

- 0,44

- 0,74

- 0,76

- 1,66

232

1452

1535

1890

419

660

14%

16%

14%

----

30%

60%

CARBÓN DE COQUE 0.03%

TERRENO MUY BUEN CONDUCTOR 1X10-8 %


CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA

1. ALTA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.

2. ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.

3. ALTA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.

4. MÍNIMA DILATACIÓN LINEAL.

5. MÍNIMA ELONGACIÓN PERMANENTE.

6. GRAN ESTABILIDAD ESTRUCTURAL.

7. RESISTENCIA AL ATAQUE ELECTROQUÍMICO


REQUISITOS DE LOS ELECTRODOS DE PT

REQUISITOS PARA ELECTRODOS DE PT


Tipode

Electrodo

Materiales

Dimensiones mínimas

Diámetro (mm)

Área (mm2)

Espesor (mm)

Recubrimiento

(mm)Varilla Cobre 12,7

Acero inoxidable 10

Acero galvanizado en caliente 16 70

Acero con recubrimientoelectrodepositado de cobre

14 250

Acero con recubrimiento totalen cobre

15 2000

Tubo Cobre 20 2

Acero inoxidable 25 2

Acero galvanizado en caliente 25 2 55

Fleje Cobre 50 2


Cobre cincado 50 2 40

Cable Cobre 1,8 para cada hilo

25

Cobre estañado 1,8 para cada hilo

25

Placa Cobre 20000 1,5


INSTALACIÓN DE ELECTRODOS TIPO VARILLA


CONEXIONES MECÁNICAS


PROCESO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA EXOTÉRMICA


1 2

3 4

1 2

3 5 4

AP

LIC

AC

IÓN

SO

LDA

DU

RA

1 2

3 4

AP

LIC

AC

IÓN

SO

LDA

DU

RA

USO DEL BARRAJE EQUIPOTENCIAL


PUENTE EQUIPOTENCIAL



8 •MEDICIONES

MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO


MÉTODO DE LA CURVA DE CAÍDA DE POTENCIAL


MEDICIÓN DE RESISTENCIA EN ZONAS URBANAS


MÉTODO DE LA PENDIENTE


MONTAJE DE COMPROBACIÓN DEL TELURÓMETRO DE ALTA FRECUENCIA


MONTAJES PARA MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO



9

•MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO


MÁXIMO PERIODO ENTRE MANTENIMIENTOS DE UN SPT

Nivel de

tensión de la

instalación

Inspección

visual

(años)

Inspección

visual y

mediciones

(años)

Sistemas

críticos(1)

Inspección

visual y

mediciones

(años)

Baja 1 5 1

Media 3 6 1

Alta y Extra Alta 2 4 1

TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE PUESTAS A TIERRA

• INSTALAR CONTRAPESOS

• HACER ANILLOS ALREDEDOR DE ESTRUCTURAS

• HACER MALLAS DE TIERRA EXTENSAS

• UTILIZAR CONCRETOS ESPECIALES

• UTILIZAR CONCRETOS CONDUCTIVOS

• INTRODUCIR ELECTRODOS AL CONCRETO

• UTILIZAR ELECTRODOS QUÍMICOS

• HACER RELLENOS

• UTILIZAR SUELOS ARTIFICIALES


ECUACIONES PARA MEJORAMIENTO


06,0*5,01*12ln* sa

dhl

lR rr

r

06,0*5,01*8ln*

2sad

ll

R rr

r

Contrapeso

Varilla

l

d

d

l

2

3 4

1 A

PLI

CA

CIÓ

N S

UEL

O A

RTI

FIC

IAL


10 •APLICACIONES

ENTRADA A UN CUARTO DE

EQUIPOS

MALLA PARA SUBESTACIÓN



PUESTA A TIERRA EN SISTEMAS DE

DISTRIBUCIÓN

CONDUCTOR AISLADO Y CONDUCTOR DE PROTECCIÓN



PREGUNTAS Y COMENTARIOS

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