ResumenElsistemadepuestaatierraesunaparte primordialyalavezimportanteenlassubestaciones pertenecientesalSistemaNacionalInterconectado(SNI),conla cualseaumentalaconfiabilidadoperativadelossistemas,equipos y loms importante el personal humano que desempea sus funciones dentro de la instalacin anteriormente mencionada. Debido a la alta confiabilidad requerida en este nodo del sistema, nos vemos en la necesidadde disear e implementar de acuerdo alasnormasnacionaleseinternacionalesysiguiendola metodologa adecuada el diseo que se detalla a continuacin. El sistema de puesta a tierra ser implementado para los tres patios de Alto Voltaje, 69, 138, 230 [kV] respectivamente. Palabras clave: Alto Voltaje: SeconsideraAltoVoltajeatodo nivel de voltaje que supere los 1000 voltios. Confiabilidad:Probabilidaddequeuntem lleveacabounamisinasignada satisfactoriamente por el perodo establecido y bajo las condiciones especificadas. Voltaje de paso: Es la diferencia de voltaje que duranteuna falla sepresenta entredos puntos delasuperficiedeunterreno,separadospor una distancia de un paso. Voltajedetoque:Diferenciadevoltajeque durante una falla puede resultar aplicada entre lamanoyelpiedelapersona,quetoquecon aquellaunamasaoelementometlico, normalmente sin tensin. Puestaatierra:Caminoconductivo permanenteycontinuoconcapacidad suficienteparaconduciratierracualquier corriente de falla probable que le sea impuesta por diseo, de impedancia suficientemente baja paralimitarlaelevacindetensinsobreel terrenoyfacilitarlaoperacindelos dispositivos de proteccin en el circuito.

Este trabajo fue elaborado por: I. Hernndez, alumno de Ing. Elctrica de la Escuela Politcnica Nacional, Quito-Ecuador, (e-mail: dino_ngln@hotmail.com ).F.Lozada,alumnodeIng.ElctricadelaEscuelaPolitcnicaNacional, Quito-Ecuador, (e-mail: fabri.lozada@gmail.com). C.Pinta,alumnodeIng.ElctricadelaEscuelaPolitcnicaNacional, Quito-Ecuador, (e-mail: criss_xx@hotmail.com). D.Viscarra,alumno deIng.Elctricadela EscuelaPolitcnicaNacional, Quito-Ecuador, (e-mail: damianviscarra@yahoo.com). Subestacin:Lassubestacioneselctricasson lasinstalacionesencargadasderealizar transformacionesdelatensin,dela frecuencia,delnmerodefasesolaconexin de dos o ms circuitos. I.INTRODUCCIN El presente artculo es unejemplo de cmo se debe disear un e implementar un Sistema de Puesta a Tierra Lainterconexindelaspuestasatierraenunainstalacin permite obtener la resistencia global ms pequea y as reducir las diferencias de tensin entre las partes de la instalacin a un mnimo durante fallas mejorando su confiabilidad y vida til.Unsobrevoltajetemporalrequiereunvalorbajode resistenciadepuestaatierranica,loquepuedehacerla impracticableparavaloresaltosderesistividaddelsuelo,y tambinunvalorbajodelacorrientedefallaatierra,que dependedelsistemadeneutroadoptadoenelsistemade69, 138 y 230 [kV]. Losprocedimientosdediseodeunsistemadepuestaa Diseo del sistema de puesta a tierra para la subestacin San Gregorio I. Hernndez, F. Lozada, C. Pinta, D. Viscarra Escuela Politcnica Nacional (EPN), Quito - Ecuador tierrasebasanenconceptostradicionales,perosuaplicacin puedesermuycompleja,esdecir,elproyectosepuedever comociencia,perolaaplicacincorrectaesunarte,yaque cadainstalacinesnicaensulocalizacin,tipodesuelo,y equipos a proteger. Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores elctricos(cablesyelectrodos)directamenteenterradosenel sueloydistribuidosatravsdeunainstalacinexpresamente diseadaparasoportarcorrientesexcepcionalesencasode cortocircuitoodescargaatmosfrica,entreotras eventualidades.Aestesistemaseconectantodosycadauno delos elementos delainstalacin querequieran ser puestos a tierra,talescomolosneutros,tanquesycarcasasdelos equipos, los cables de guarda, las estructuras metlicas y todas aquellas partes metlicas que deben estar a potencial de tierra. Lamentablementelainterconexindelaspuestasatierra noessiempreprcticadesdeelpuntodevistatcnicoy econmico.Cuandoseproduceuncortocircuitodelladode altatensinsepuedenpropagarsobretensionestemporarias inadmisiblesatravsdelapuestaatierraalosusuariosde baja tensin.II.CARACTERSTICAS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA SUBESTACION Este proyecto consiste en laconstruccin total delanueva SubestacinPortoviejo,parasatisfacerlademandacreciente deenergaelctricadelaProvinciadeManabymejorar las condiciones de entrega del servicio. EstasubestacinrecibirenergadelSistemaNacional Interconectado, medianteuna lnea deun solo circuito de 230 kV, desde la Subestacin Quevedo. La subestacin de Portoviejo estar compuesta por: Patio de 230 kV, con una posicin de interrupcin de lnea de 230 kV.Patiodetransformacinconunbancode autotransformadoresmonofsicosde230/138kVy 55 MVA cada uno. Patiode138kVenesquemadebarraprincipaly transferenciacondosposicionesdeinterrupcinde lneade138kV,unaparaalimentarlasubestacin Portoviejoactualyotraparaalimentarlafutura SubestacinPortoviejoaestaniveldevoltaje, permanecientealaEmpresaEMELMANABIyuna posicin de interrupcin de transferencia. Seprevconstruirenelfuturounpatiode69kVen esquemadebarraprincipalytransferencia,conunaposicin deinterrupcindetransformador,dosposicionesde interrupcin de lnea de 69 kVy una posicin de interrupcin de transferencia. Adicionalmente se ampliar el patio de transformacin con un transformador de 138/69 kV.Los interruptores a emplearse usarngasSF6 comomedio de aislamiento y extincin de arco.Lasdimensionesaproximadasdeestasubestacin Portoviejoson320x150m,lamismaqueseencuentra ubicada a 1.5 Km de la zona norte de la Ciudad de Portoviejo.

Subestacin Elctrica San Gregorio Patio de transformadores Patio de maniobras 138[kV] III.REQUISITOS DE UNA MALLA A TIERRA a. Debetenerunaresistenciatal,queelsistemase considere slidamente puesto a tierra b. Lavariacindelaresistencia,debidoacambios ambientales,debeserdespreciabledemaneraquela corrientedefallaatierra,encualquiermomento,sea capaz de producir el disparo de las protecciones. c. Impedanciadeondadevalorbajoparafcilpasode las descargas atmosfricas. d. Debeconducirlascorrientesdefallasinprovocar gradientesdepotencialpeligrososentresuspuntos vecinos. e. Alpasarlacorrientedefalladuranteeltiempo mximoestablecidodefalla,(esdecirdisparode respaldo), no debe haber calentamientos excesivos. f. Debe ser resistente a la corrosin. Paratenerundiseoquenosgaranticelaconfiabilidadde nuestra subestacin es necesario tener en cuenta la resistividad del suelo en donde se va a instalar nuestro sistema para lo cual definimos lo siguiente: Resistividad del terreno Laresistividad en otras palabras,es lapropiedad quetiene elterrenodeoponersealpasodelacorrienteelctricayest determinadaporlascaractersticasdelmismosuelo.La resistividadsemideenohms-kilmetrouohms-metro,etc.; perodeacuerdoalaNOM-008-SCFI-1993,larepresentacin dimensionaldebeestarenohms-cm.Existendosformaspara determinarelvalordelaresistividad:unaempricamediante tabulacinyconocimientodelterrenoylaotraefectuandola medicin directamente en el terreno. Los valores obtenidos en lamedicindelterrenotienenundoblepropsitoadicionala la relacin con el sistema de puesta a tierra. Estetipodedatosesusadopararealizar reconocimientosgeofsicos debajo delasuperficie comoayudaparaidentificarzonasdemineral, profundidadesderocayotrosfenmenos geolgicos. Laresistividadposeeunimpactodirectosobreel grado de corrosin en tuberas bajo tierra. Una baja resistividadtienerelacinconunaumentoen actividadcorrosivayasdictaeltratamientoa utilizar. Laresistividadesunfactordeterminanteenel valorderesistenciaatierraquepuedatenerun electrodoenterrado,puededeterminarla profundidad alacualdebeser enterrado elmismo para obtener un valor de resistencia bajo. IV.DISEO DE LA PUESTA A TIERRA El diseo de una puesta a tierra viene afectado por variables como las que se muestran a continuacin: a.Tensin permisible de paso b.Tensin permisible de contacto c.Configuracin de la malla d.Resistividad del terreno e.Tiempo mximo de despeje de la falla f.Conductor de la malla g.Conductor de la malla h.Profundidad de instalacin de la malla V.DISEO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA PARA LA SUBESTACION SAN GREGORIO DE ACUERDO A LA NORMA IEEE STD. 80-2000 Datos:

Escojo:

hs = Es el espesor del material de la superficie (m) h = Profundidad de enterramiento (m)

Donde: Sc= Seccin del conductor I = Corriente mxima de falla (A) tc = Duracin mxima de falla (s)

Donde: Vpaso = La diferencia de potencial de superficie experimentado por una persona de puente una distancia de 1 m con los pies sin contacto con ningn otro objeto conectado a tierra CS = Es el factor de reduccin de la capa superficial

s = Es la resistividad de la superficie del material ( m) tc = Duracin mxima de falla en segundos

(

)

Donde:

s = Es la resistividad de la superficie del material ( m) = Es la resistividad de la tierra debajo de la superficie del material ( m) hs = Es el espesor del material de la superficie (m)

Donde:Vtoque=Ladiferenciadepotencialentreelpotencialdetierra aumento(GPR)ylasuperficiepotencialenelpuntoenque unapersonaestdepie,mientrasquealmismotiempotener una mano en contacto con una estructura de tierra. CS = Es el factor de reduccin de la capa superficial

s = Es la resistividad de la superficie del material ( m) = Es la resistividad de la tierra debajo de la superficie del material ( m) tc = Duracin mxima de falla en segundos

Asumo:

Donde: LT = Longitud total del conductor (m) LC = Longitud del conductor horizontal (m) LV = Longitud del conductor de la varilla (m) N = Nmero total de varillas (

)(

)Donde: L1 = Longitud de la malla (m) L2 = Ancho de la malla (m) D= Espaciamiento entre conductores (m) (

)(

)

(

)

(

)

Donde: L1 = Longitud de la malla (m) L2 = Ancho de la malla (m) D= Espaciamiento entre conductores (m)

(

)(

)

(

(

)

)

Donde: Rg = Resistencia de puesta a tierra LC = Longitud del conductor horizontal (m) h = Profundidad de enterramiento (m) = Es la resistividad de la tierra debajo de la superficie del material ( m) A = Es el rea que forman la longitud de la malla y el ancho de la malla (m2)

(

(

))

Donde: GPR=Elpotencialelctricomximoqueunarejillade puesta a tierra de la subestacin puede alcanzar respecto a un puntodeconexinatierradistantesuponequeestenel potencial de tierra remota. If = Corriente mxima de falla (A) Rg = Resistencia de puesta a tierra ()

*(

)

(

)+ Donde: Km = Coeficiente que tiene en cuenta las caractersticas geomtricas de la malla h = Profundidad de enterramiento (m) D= Espaciamiento entre conductores (m) d = Dimetro del conductor (mm) n = Nmero de conductores en paralelo en una direccin

(Puesto que se colocarn varillas en el permetro)

(11) Donde: h = Profundidad de enterramiento (m)

Donde: n = Nmero de conductores en paralelo en una direccin

(

)

Donde: Lp = Longitud del permetro de la puesta a tierra (m) L1 = Longitud de la malla (m) L2 = Ancho de la malla (m) LC = Longitud del conductor horizontal (m) A = Es el rea que forman la longitud de la malla y el ancho de la malla (m2)

Donde: Lp = Longitud del permetro de la puesta a tierra (m) L1 = Longitud de la malla (m) L2 = Ancho de la malla (m)

(

)

Donde: n = Nmero de conductores en paralelo en una direccin Ki = Coeficiente de irregularidad del terreno

[(

)]

Donde: N = Nmero total de varillas Ki = Coeficiente de irregularidad del terreno L1 = Longitud de la malla (m) L2 = Ancho de la malla (m) Km = Coeficiente que tiene en cuenta las caractersticas geomtricas de la malla LC = Longitud del conductor horizontal (m) If = Corriente mxima de falla (A) = Es la resistividad de la tierra debajo de la superficie del material ( m) LV = Longitud del conductor de la varilla (m)

*(

)+

Donde: If = Corriente mxima de falla (A) = Es la resistividad de la tierra debajo de la superficie del material ( m) Ks = Coeficiente que tiene en cuenta, la influencia combinada de la profundidad y del espaciamiento de la malla Ki = Coeficiente de irregularidad del terreno LV = Longitud del conductor de la varilla (m) N = Nmero total de varillas LC = Longitud del conductor horizontal (m)

*

+

*

+

VI.CONCLUSIONES Eneldiseodepuestaatierra,requieredeunanlisis minucioso, en el quehay que tener en cuenta varios criterios, comolascondicionesdeespaciorealesdellugarde instalacin,puestoquenotodoslosterrenososuelossonlos mismos, etc. Eltemadelasmallasdetierraesanhoyendaunodelos ms dinmicos y polmicos de la ingeniera elctrica.Elpresentediseopresentaunpequeo sobredimensionamiento,noobstantedadoqueelobjetivo principalesproporcionarantetodolaseguridadhumana,el costoquedarelegadoaunsegundoplano,dependiendodel sobredimensionamiento de las varillas (conductores). Sielvoltajedemallacalculadaesmenorqueelvoltajede pasotolerableporelcuerpohumano,eldiseopuededarse porconcluido,casocontrario eldiseotienequeserrevisado nuevamente. Enunsistemadepuestaatierralascondicionesambientales puedendeteriorarlaconelpasodeltiempo,porlosquees aconsejablemonitorearlaperidicamenteparacerciorarsede que se tieneel valor de resistencia deseado. Se concluye que para conseguir un voltaje de malla adecuado paraquecumplalacondicin

serequiere colocarlasvarillasmsjuntasunasconotras.Peroelcosto quesepagaeselaltoprecioqueseharaencomprarlos materiales. Eldiseodelaspuestasatierradelassubestacionesdebe considerar necesariamente las tensiones de paso y toque, o sea nodebeimplicarriesgodemuerteparalaspersonas,oeste riesgo debe ser muy bajo. VII.BIOGRAFIA IvnIsraelHernndezSilvanacien Ambatoel27deFebrerode1991, realizosusestudiosprimariosenla EscuelaCentroEscolarEcuadorsus estudiossecundariosloscursenel InstitutoSuperiorTecnolgicoDocente Guayaquil,actualmenteseencuentra cursando el Sexto nivel de la carrera de Ingeniera Elctrica en la Escuela Politcnica Nacional. FabricioIsmaelLozadaJordannacien Ambatoel16deMayode1993,realizo susestudiosprimariosenelLiceoJuan Montalvosusestudiossecundarioslos cursenelInstitutoTecnolgico SuperiorBolivar,actualmentese encuentracursandoelSptimonivelde lacarreradeIngenieraElctricaenlaEscuelaPolitcnica Nacional. CristianMarceloPintaGarcanacien Quitoel18deSeptiembrede1990, realizosusestudiosprimariosenla EscuelaCesarArroyosusestudios secundariosloscursenelInstituto TecnolgicoSuperiorNelsonI.Torres, actualmente se encuentra cursando el Sexto nivel de la carrera de Ingeniera Elctrica en la Escuela Politcnica Nacional. Damin Jahiel ViscarraCalero naci enel 29deAbrilde1989,realizosusestudios primariosenlaEscuelaExperimental EugenioEspejosusestudiossecundarios loscursenelColegioAtenasSchool, actualmenteseencuentracursandoelSptimoniveldela carreradeIngenieraElctricaenlaEscuelaPolitcnica Nacional. VIII.BIBLIOGRAFIA Estndares: NORMA ANSI/IEEE Std 80 _2000. Libros: GARCIA MARQUE ROGELIO LA PUESTA A TIERRA DE INSTALACIONES ELCTRICAS Editorial Alfa y Omega 1999 DIAS PABLO SOLUCIONES PRACTICAS PARA LA PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS Editorial Mc Graw Hill 2001. Artculos: BLANDON JAIME, PROCESAMIENTO DE MEDIDAS DE RESISTIVIDAD, IEB Ltda. 1989.