PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELECTRICOS - … DE LA MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD DE LOS...
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PUESTA A TIERRA DE
SISTEMAS
ELECTRICOS
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.
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
Función Dinámica
Función Estatica: por ejemplo maquinas / computadoras etc
Objetivos: Seguridad. Protección de instalaciones. Potencial de referencia.
Disipar desc. Atmosf. Dispersar cargas estáticas.
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.
RESISTIVIDAD DEL TERRENO
Depende de los sig. factores :
Composición del terreno
Concentración de sales disueltas
Contenido de humedad
Temperatura
s
lR
ml
sR
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
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:
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
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
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
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
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%
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
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]
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
1́
1.
.2
´.´
1 X
IU P
2´
1.
.2
´.´
2 X
IU P
11 ´
11.
.2
.´
111 XX
IUUU PPPT
22 ´
11.
.2
.´
222 XX
IUUU PPPT
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
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
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
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%
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
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)
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.
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.
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.
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
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
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.
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.
EQUIPOS DE MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISITVIDAD
EQUIPOS DE MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISITVIDAD
EQUIPOS DE MEDICION DE RESISTENCIA Y RESISITVIDAD
Partes que comprenden un sistema de p.a.t
Elementos de una puesta a tierra
Esquema global de p.a.t en edificios
Esquema de un sistema de p.a.t (vista en corte )