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PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS

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PUESTA A TIERRA DE

SISTEMAS

ELECTRICOS

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Diferencia entre :

neutro: Retorno de la línea de alimentación

tierra: Conexión que se usa para derivar corrientes no

deseadas

PUESTA A TIERRA

Ligazón o enlace metálico directo, sin fusibles ni protección, entre partes

de una instalación eléctrica y uno o varios electrodos enterrados en el

suelo con el objeto de eliminar diferencias de potencial peligrosas y

derivar corrientes de defectos o atmosféricas.

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La puesta a tierra tiene doble misión:

ESTATICA: Fijar un potencial de referencia para máquinas y equipos

DINAMICA: Dirigir a tierra corrientes pequeñas o elevadas para protección de

personas expuestas al peligro de contacto.

Electrodo

conductor

unión

Carcaza de motor

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Función Dinámica

Función Estatica: por ejemplo maquinas / computadoras etc

Objetivos: Seguridad. Protección de instalaciones. Potencial de referencia.

Disipar desc. Atmosf. Dispersar cargas estáticas.

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RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA

Resistividad . Propiedades eléctricas del suelo. Ohms x mts.

Sirve para: Calculo de la puesta a tierra.

Calculo del gradiente de potencial. Tensión de toque y paso

Calculo de acoplamiento inductivo entre circ. Elec. y comunicaciones

Resistencia de puesta a tierra. Mide la eficiencia de un sistema de

electrodos enterrados en términos de resistencia. Ohms ( barra, jabalina,

malla etc.)

Sirve para:

Determinar la resistencia actual de las conexiones a tierra

Verificar la necesidad de cambios o un nuevo sistema de puesta a

tierra.

Determinar las tensiones de toque y paso

Diseñar protecciones para el personal y circuitos.

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RESISTIVIDAD DEL TERRENO

Depende de los sig. factores :

Composición del terreno

Concentración de sales disueltas

Contenido de humedad

Temperatura

s

lR

ml

sR

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Algunos valores de Resistividad

NATURALEZA DEL TERRENORESISTIVIDAD EN

OHM*M

Terrenos pantanosos de algunas unidades a 30

Limo 20 a 100

Humus 10 a 150

Turba húmeda 5 a 100

Arcilla plástica 50

Margas y arcillas compactas 100 a 200

Margas del jurásico 30 a 40

Naturaleza del terrenoValor medio de la

resistividad en Ohm*m

Terrenos cultivables y fértiles,

terraplenes compactos y húmedos50

Terraplenes cultivables poco fértiles

y terraplenes500

Suelos pedregosos desnudos, arenas

secas permeables..3.000

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RESISTENCIA DE TIERRA

*rE

drr

IdrEdU

r

r

r

r

r

2

1

2

1

22

21

11

2 rr

IV

Si R2 y r1 = a (radio del electrodo)

Ley de Ohm microscópica

La diferencia de potencial será:

22 r

I

Densidad de Corriente

Resistividad

V

a

IV

1

2

El potencial

del electrodo

será:

aR

IV 1

2

El valor de

la Resistencia

de Tierra será:

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2221 r

drR

I

Vrr

21

12

21 2

11

2 rr

rrI

rr

IV

... MaxGrada

I

dr

dVEMax

2

1

2

Potencial Grad.2

2 1

2

2

r

I

dr

r

drI

dr

dV

RESISTENCIA DE TIERRA

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RESISTENCIA DE TIERRA

La resistencia de tierra esta compuesta por tres factores

1) Resistencia del electrodo.

2) Resistencia de contacto del electrodo y la tierra.

3) Resistencia del suelo desde la superficie del electrodo hacia afuera por

donde circula la corriente.

Superficies equipotenciales en un

electrodo de puesta a tierra

U1 a una distancia r1 será

U1 = (ρ.I) / 2π * 1 / r1

U2 a una distancia r2 será

U2 = (ρ.I) / 2π * 1 / r2

R = (U1-U2) / I = ρ * (r1 –r2) / 2π * r1 * r2

R = ρ * dr / 2π * r2

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CARACTERISTICAS DE LA CORRIENTE DE TIERRA

La resistencia de tierra queda definida por la primera superficie equipotencial que

envuelve al electrodo.

El 93% de la caída de tensión se produce en un radio de 1,8 mts. alrededor del

electrodo. El 80% de la caída de tensión se produce en un radio de 0,3 mts.

Es peligroso pisar en las proximidades de los electrodos.

Tipos de sistemas de puesta a tierra

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Valores de Resistencia

Los valores recomendados son los siguientes:

• Para grandes subestaciones, líneas de

transmisión y estaciones de generación:

menor a 1 Ohm.

• Para Subestaciones de plantas industriales,

edificios y grandes instalaciones comerciales:

entre 1y 5 Ohm.

• Para un electrodo simple: menor a 10 Ohm

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TIPOS DE PUESTA A TIERRA

Varilla Copperweld

Porcentaje de disminución de R en función

de la configuración de electrodos

Numero de

electrodos

Valor

original

El valor

original se

reduce al

Un solo

electrodo

100%

Dos electrodos

en línea

55%

Tres electrodos

en línea

38%

Tres electrodos

en triángulo

35%

Cuatro

electrodos en

simetría

28%

Ocho electrodos

en simetría

16%

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Pica o jabalina.(T)

4 m

4 m

Punto de inspección

Unión con

pernos

Conductor

desnudo

Malla

Placa.

En estrella.

En anillos.

Otras

TIPOS DE PUESTA A TIERRA

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VARIACION DE LA RESISTENCIA EN FUNCION DE LA

PROFUNDIDAD,DIAMETRO Y TEMPERATURA

0

50

100

150

200

250

25 100

200

300

Profundidad cm

Re

sis

ten

cia

oh

m

Líne

as 1

R = /2L[In(4L/a)-1]

R = resistencia en

= resistividad del

terreno .cm

L = longitud del electrodo

a = radio del electrodo en

cm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 4 7 10 13 16

Radio cm

Resis

ten

cia

oh

m

R = /2L[In(4L/a)-1]

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TEORIA DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD

DE LOS SUELOS

I ' = - I

1

1.

.2

.1 X

IUP

2

1.

.2

.2 X

IUP

1.

.2

´.´

1 X

IU P

1.

.2

´.´

2 X

IU P

11 ´

11.

.2

111 XX

IUUU PPPT

22 ´

11.

.2

222 XX

IUUU PPPT

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TEORIA DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD

DE LOS SUELOS

I ' = - I

11 ´

11.

.2

111 XX

IUUU PPPT

22 ´

11.

.2

222 XX

IUUU PPPT

2121 12 PTPTPP UUUU

221112

`

11

`

11.

.2

.

XXXX

IU

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TEORIA DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD

DE LOS SUELOS

aI

URR a

PATd..2

Si P1 se conecta con C1

aX 1

aDXDX 11́

22´ XDX

Si hacemos DX .2 Siendo 1

Se tiene

DDDaDa

IU

.

1

.

111.

.2

.12

)(12

1.

.2

.

a

IU

221112

`

11

`

11.

.2

.

XXXX

IU

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TEORIA DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD

DE LOS SUELOS

)(12

1.

.2

.

a

IU

)(

12 ..2

1.

.2

aI

URm

mdm RRR

0 mR

0)(

Para que

Debe

1

11

1

1

.

1

.

11)(

D

aDDDaD

01

12

12

KK

a

DK Siendo

Ecuación de 2º

grado

D

X 2

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TEORIA DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD

DE LOS SUELOS

01

12

12

KK

1 1

2 0,707

5 0,643

10 0,629

1000 0,618

∞ 0,618

a

DK

D

X 2

Teoría del 62%

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MEDICION DE LA RESISTIVIDAD. METODO DE WENNER

dX 1

dX .22

dD .3

dXDX .2´ 11

dXDX 22´

dddd

IU

1

.2

1

.2

11.

.2

.12

d

IU

1.

.2

.12

mRdI

Ud ...2...2 12

Haciendo que:

Se tiene .

La resistividad

Será:

DondemR es la resistencia medida

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MEDICION DE RESISTIVIDAD

Metodo de Wenner

1)Los electrodos se colocan en linea recta

2)Las distancias seran iguales a a

3)La profundidad sera b y esta será mucho menor que 1/10 de a4)Se inyecta corriente por C y se mide tensión por P.

5)Luego se calcula R y por lo tanto la Resistividad

Ra**2

= Resistividad promedio a la profundidad b (Ohms * mts)

a = Distancia entre electrodos (cm)

R = Resistencia medida por el instrumento (Ohms)

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MEDICION DE RESISTENCIA

Mide la resistencia del electrodo en estudio mas una auxiliar muy pequeña.

Sirve para sistemas céntricos donde existe suministro de agua por red.(aprox. 1 Ohms)

La resistencia del electrodo no será superior a 25 Ohms.

El método da una idea aproximada de la R del sistema.

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METODO DE LOS TRES PUNTOS

Rx = (R1 + R2 - R3) / 2

• Se utilizan dos electrodos

auxiliares con Ry y Rx.

• Los electrodos forman un

triangulo y se miden

resistencias entre ellos.

• Se obtienen mejores

resultados cuando las

resistencias son parecidas.

• Distancia recomendada 8 mts.

• Buen método cuando no se

pueden poner los electrodos

en línea recta.

• El método da resultado cuando

el suelo el completamente

homogéneo.

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METODO DE LA CAIDA DE POTENCIAL

Método del 62%

•C1 y P1 están conectados mediante un

puente.

•Se inyecta una corriente y se mide la

tensión.

•Mediante la ley de Ohm se determina R.

•1) Desconectar del sistema todos los

componentes

• 2) Determinar la distancia del electrodo de

corriente

• 3) Realizar varias determinaciones de

resistencia para distintas ubicaciones del

electrodo de potencial.

• 4) Todos los electrodos se ubicaran en línea

recta.

• 5) Graficar la curva de tensión hasta obtener

una porción plana bien demarcada.

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GRADIENTE DE POTENCIAL

En este caso los electrodos se

encuentran muy cercanos entre si.

Existe un solapamiento de los

gradientes generados por cada

electrodo.

La resistencia se incrementa como

consecuencia de ello.

La distancia entre electrodos es

suficiente como para no producir

solapamiento de los gradientes.

El valor de la R asociada al sector

plano es el correcto.

Se lo denomina zona de equilibrio

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INTENSIDAD EFECTOS FISIOLOGICOS

DE LA CORRIENTE

1 a 3 mA Prácticamente imperceptibles. No

hay riesgo

De 5 a 10 mA Contracciones involuntarias de

músculos y pequeñas

alteraciones del sistema nervioso

De 10 a 15 mA Principio de tetanización

muscular, contracciones

violentas e incluso permanentes

de las extremidades

De 15 a 30 mA Contracciones violentas e

incluso permanentes de la caja

toráxica.

Mayor de 30 mA Fibrilación ventricular cardiaca

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EFECTOS FISIOLOGICOSDE LA CORRIENTE

zona 1 – Normalmente sin reacción. Por debajo de 0,5 mA la corriente eléctrica no se percibe.

zona 2 - Sin efectos fisiológicos. La corriente eléctrica se percibe sin efecto dañino.

zona 3 – Contracciones musculares. Dificultad en la respiración, alteraciones reversibles en el ritmo cardíaco. Paros cardiacos transitorios sin fibrilación ventricular se incrementan con la corriente y el tiempo. Aumento de la presión sanguínea.

zona 4 – Paros cardiacos, respiratorios y quemaduras. Pueden ocurrir con el incremento de la corriente y el tiempo.

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FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL

ACCIDENTE ELECTRICO

1)Valor de la intensidad de la corriente

eléctrica.

2)Valor de la tensión.

3)Tiempo de paso de la corriente eléctrica.

4)Valor de la resistencia ohmica que presenta

el organismo

5)La trayectoria que siga la corriente por el

organismo.

6)Naturaleza de la corriente

7)Valor de la frecuencia en el caso de c.a.

8)Capacidad de reacción del organismo.

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EQUIPOS DE MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISITVIDAD

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EQUIPOS DE MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISITVIDAD

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Partes que comprenden un sistema de p.a.t

Elementos de una puesta a tierra

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Esquema global de p.a.t en edificios

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Esquema de un sistema de p.a.t (vista en corte )